自复位断路器在地震台站供电系统中的应用

肖雯静，张诺男，张钧琪



自复位断路器在地震台站供电系统中的应用

肖雯静，张诺男，张钧琪

（河南省郑州地震台，河南 郑州 450000）

随着科学技术的快速发展，数字地震台站的数量呈快速增加的趋势。在实际地震观测中，经常会有交流供电故障或开关跳闸情况出现，尤其是开关出现跳闸情况时，严重阻碍着观测工作的开展，同时还增加了维护成本。只有加强自复位断路器在地震台站供电系统中的应用，才能有效避免出现开关跳闸的情况。

自复位断路器；地震台站；供电系统；开关跳闸

1 引言

近些年来，地震造成的危害和出现频次逐渐加大，已经引起了政府部门和人民大众的高度关注，在全国范围内不同种类的数字地震台网布设不断得到完善。在科学技术的推动下，无人值守台站在我国建成并投入使用，各个省市的无人值守台站数量较为庞大，地震监测网络的形成和完善在地震监测、预报、科研、应急和防震救灾宣传中发挥着十分重要的作用。

供电系统的日常维护是台站工作的重要环节，可靠稳定的供电系统是台站地震相关设备和技术系统连续可靠运行的保障。数字地震台站主要由专业地震信号获取器、数据传输设备（包括有线和无线）、数据采集器和功能多样的电源设备构成，稳定可靠的交流电源供应才能保证这些设备正常运行。在实际运行中，由于损坏交流电源而引发的数字地震台故障几乎占台站所有故障的50%.实际上，停电和开关跳闸引发的交流供电故障是损坏交流电源的主要形式，严重阻碍着地震观测工作的顺利开展。

随着国家电网不断发展完善，停电出现的频率逐渐下降，即使出现停电也能借助于备用电池来缓解这类故障带来的影响。如果交流供电故障是开关跳闸引起的，为了及时解决该故障，需要利用人工方式在现场进行合闸。这些均会增加地震台站中的成本，再加上天气、地理等因素共同影响，在台站跳闸后，不能第一时间进行合闸，直接导致工作中断。开关跳闸现象对地震台站中的维护工作提出了更高的要求，为了确保数字地震台站可以正常运行，应加强自复位断路器在地震台站供电系统中的应用。

2 数字地震台站开关跳闸原因

2.1 外部因素

对于数字地震台站来说，其供电系统主要是引入220 V低压，并分别在低压开关和避雷器上接入。通常情况下，线路短路、过载和漏电等事故是造成低压开关正常动作的主要原因。在进行开关动作的过程中，为了保护供电线路，此时会切断供电线路开关，以确保设备安全和人员生命财产安全。开关跳闸故障发生后，工作人员会在维护现场发现设备和供电线路，维护人员可以对开关进行合闸操作，就能排除故障。开关跳闸引起的地震台站停测事故也可能是电压异常、线路老化、雷雨天气等原因造成的，严重阻碍着地震观测工作的顺利开展。在这些故障中，线路问题、设备故障等占据的比例相对较低，而线路或设备的非永久性故障是引起开关跳闸的主要因素。尤其是雷雨天气引发的开关跳闸问题，可能是雷击、雨天潮湿、漏电等共同作用的结果。雷电时会有强大的电流产生，一旦观测技术系统被雷电击中，很容易损坏电气设备和元器件。相关研究表明，雷电对供电系统的危害主要有直击雷和感应雷两种方式，其中感应雷对供电系统的危害占了将近70%，主要是借助电源线进入，还可以通过传输线和信号线。如果防雷器受损，则可能是短路状态引起的。应在相应的空气开关上串联对应级别的电源防雷器，防止电源线路出现短路故障问题。为了防止地震台站遭受雷击，应始终确保电源线避雷开关可以正常运行。

2.2 内部因素

内部因素是空气开关自身的原因，普通空气开关内部主要包括2个脱扣装置，分别为电磁脱扣器和热脱扣器。电磁脱扣器可以为供电系统提供短路保护，也就是电磁保护，可以将其作为磁回力，电磁脱扣器的电流达到一定数值时，就会产生磁场力，该磁场力达到一定数值后会克服反力弹簧吸合衔接对牵引杆进行击打，会产生机构动作将电路切断。热脱扣器相当于过载保护，是提供热保护器的装置。如果脱扣器内有电流通过，会造成热元件发热，引发双金属片变形，变形达到一定程度后，会对牵引杆进行击打，进而引发机构动作切断电路。电路中大多都选择热脱扣器进行过载保护，通过电磁脱扣器提供短路保护。热脱扣器在长期过载的情况下达到切断电流的目的，而电磁脱扣器则可以在出现短路情况时瞬间切断电流。

雷击出现时，雷电中会产生热效应和电磁效应，一旦雷电流超过40 kA，很容易引发开关跳闸。相较于普通开关，漏电保护功能开关很容易产生误动作，如果对地泄露的电流达到30 mA时，就会造成漏电开关跳闸，由于浪涌保护器总是对地泄放浪涌电流，如果在漏电保护开关后安装浪涌保护器，开关出现跳闸的频率会急剧增加，这也是地震监测台经常性跳闸的重要原因。

3 自动复位断路器在地震台供电系统中的应用

在《低压配电设计规范》中规定，配电线路应装设短路保护、过负载保护和接地故障保护。漏电开关在接地故障保护中使用的频率较高，而漏电开关的使用很容易产生经常性的误动作，特别是在布设防雷器后，误动作出现的频率也会随之增加。因此，为了避免因误动作的出现而影响地震台观测工作的顺利开展，应积极选用具有自动合闸功能的漏电开关。在使用自动合闸功能之前，还需解决自动合闸中的安全方面的问题。

如果地震台站中出现开关跳闸现象，此时自动合闸功能的漏电开关会在负载侧进行自动检测，检查是否有短路、漏电等故障问题出现，只有确保没有这方面的故障问题后，才能使用合闸操作，发现任意一种故障问题存在，将会只发送报警信号不会执行合闸操作。线路检测功能则是自动合闸的必备条件之一，可以避免出现故障问题后自动合闸，会进一步扩大故障范围。

因此，自复位开关应包括2部分：①普通开关所具有的短路保护功能、过载保护功能和漏电保护功能。②检测模块和复位模块。在包含有普通开关锁具有的功能外，还应能实现跳闸后对故障问题进行自动检测功能、自动合闸功能和可选远程控制功能。

此时可以选用线路检测、开关模块和带过电流保护的漏电开关。线路检测和开关合闸模块功能主要有5种：①开关跳闸后分别检测线路和漏电情况，主要是结合检测线路对地电阻值进行判断，如果该数值比地电阻要高，则应允许合闸，如果低于地电阻，则不允许合闸。短路的检测主要是检测开关自动合闸情况，如果检测到的电阻值比规定数值要高，此时允许合闸，反之则不允许。②开关自动合闸功能。分别将漏电和短路检测的数值进行结合，判断是否进行合闸或输出报警信号。③远程控制开关。利用远程方式来操作开关，始终保证开关断开或闭合，并对开关量信号进行输入。④线路故障报警。在设置报警触点时主要有常开、常闭、开闭间歇转换状态3种方式。⑤辅助触点输出。主要报告开关闭合或断开情况。对于过电流保护的漏电开关来说，其功能主要有短路、过载和漏电保护3种。这种类型开关的主要技术参数包括过载脱扣特征C曲线、漏电脱扣器纯电磁式、漏电动作特性A型。

4 供电系统的日常维护

不间断供电系统的日常维护主要有电源管理器日常维护和后备电池日常维护2部分。对于电源故障问题可以对电源模块进行更换；在电源供电正常的状态下，做好后备电池的日常维护工作，进一步确保地震台站正常运行。

供电系统的日常维护具体包括以下几个方面：①禁止在距离热源较近的位置放置蓄电池，应优先选用通风、干燥的环境。如果野外温度较低，应做好蓄电池的保温工作，确保蓄电池容量；②应选择性能良好的自动稳压限流充电设备，以确保蓄电池的使用寿命达到最长，在非工作期间禁止对浮充电池进行浮充；③在对蓄电池进行充放电操作的过程中，应严格按照相关规范要求；④在对蓄电池进行维护测量的过程中，为了确保操作人员生命安全，禁止面对电池顶部，应在安全距离范围或角度内；⑤为了确保蓄电池可以正常运行，工作人员应每半年定期检查连接导线、连接线是否松动或腐蚀，一旦发现异常应及时采取相应的维护措施；⑥禁止将不同厂家、型号、种类、不同容量、不同性能的新旧电池进行串联或并联使用；⑦定期对电池进行检测，从而更了解电池指标，在发现蓄电池问题后及时做好维护；⑧蓄电池运行过程中，应对电池电压、周围环境温度进行定期测量，并将记录工作做好；⑨针对浮充使用的蓄电池，为了提升蓄电池的活性，每隔3个月或6个月对其进行一次恢复性的充电和放电操作。

5 结论

综上所述，在数字地震台站供电系统中引入自复位断路器，可以有效降低开关跳闸问题引发的台站停电问题，为地震监测、预报、科研、应急和防震减灾等工作提供重要的数据支撑。地震台应加大对自复位断路器的使用力度，同时还要积极开发新能源，以确保地震台站观测工作顺利开展。

［1］郭德顺，李敬，赖细华，等.地震台站新型太阳能供电系统设计［J］.华南地震，2014，34（1）.

［2］刘永刚，刘新.地震台供电系统的探讨与实践［J］.地震地磁观测与研究，2009，30（6）.

［3］张东海，赵谊，马宝君.牡丹江地震台与密山地震台供电系统故障分析［J］.防灾减灾学报，2012，28（3）.

P315.78

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.154

2095－6835（2018）22－0154－02

〔编辑：严丽琴〕