時間:2020年03月06日 分類:科學技術論文 次數(shù):
摘要:對常用4種接地技術的原理、要求及功效進行分析,在此基礎上,應用接地技術對地震臺站觀測系統(tǒng)的2起故障進行案例式分析,認為接地技術對地震觀測系統(tǒng)正常運行,觀測數(shù)據可靠產出,具有重要的意義和價值。
關鍵詞:地震臺站接地技術應用故障分析
相關論文投稿刊物:《山西地震》(季刊)1973年創(chuàng)刊,以刊登地震監(jiān)測、預報、科研、工程地震、地震社會學等方面的成果以及防震減災知識為主,亦刊登國內外地震科技情報資料等。讀者對象:從事防震減災的專群工作者,大專院校師生及業(yè)余愛好者。
隨著地震監(jiān)測水平的不斷提高,用于地震監(jiān)測的設備日趨先進,模擬信號系統(tǒng)逐漸被數(shù)字化設備所淘汰。目前,地震臺站運行著大量的辦公設備、網絡設備以及各種觀測設備,組成了地震臺站綜合觀測技術系統(tǒng)。地震臺站綜合觀測技術保障系統(tǒng)為保障數(shù)字化設備正常工作提供保障功能(供電系統(tǒng)、通信鏈路、避雷系統(tǒng))。
2017年山西省地震局在中國地震局監(jiān)測司的統(tǒng)一領導下,在中國地震局地殼應力研究所的統(tǒng)一安排部署下,立項從“交流配電、通信及信號線路、接地與等電位、綜合布線”等環(huán)節(jié)入手,重點解決困擾地震臺站觀測系統(tǒng)配電、通信的布線及防雷等問題,以提高臺網的運行率,從而為地震科學研究和地震監(jiān)測預報提供穩(wěn)定、連續(xù)、可靠的數(shù)據資料。近年來,許多學者在防雷系統(tǒng)中對接地技術進行了簡單的論述(13),但沒有提出一個絕對正確接地方案,只能依靠經驗來解決,多少會遺留一些問題,造成這種情況的原因是接地沒有一個系統(tǒng)的理論或模型。接地技術作為最典型的技術內容,將其應用到地震臺站綜合觀測技術保障系統(tǒng)當中,解決配電系統(tǒng)不完善和線路布設不規(guī)范等一系列地震臺觀測公共環(huán)境方面存在的問題,排除故障隱患。在保證設備正常運行的基礎上,防止觀測數(shù)據受到干擾,這對于不斷提高觀測數(shù)據的質量具有重要意義,本文以此為切入點展開分析和探討。
1電路系統(tǒng)接地技術的相關概述
接地技術是為了電流返回其源所提供的一條阻抗值相對較低的通道,當線路或電氣設備出現(xiàn)接地故障時,為故障電流流回電源提供一條低阻抗的路徑。在實施的過程中主要目的是對電流進行傳導,使其能夠與大地或者金屬導體之間返回,在接線方式上有永久性接地和臨時接地兩種。地震臺站綜合觀測技術保障系統(tǒng)中的接地主要是通過各類觀測儀器、通訊設備的金屬部分經由接地線與接地電極相連。通過這樣的方式能夠減少與人體觸電的情況,還能夠保證地震臺站觀測儀器設備的正常運行。
2地震臺站綜合觀測保障系統(tǒng)接地技術應用類型
2.1工作接地技術
在臺站觀測工作當中,為了保證各種觀測儀器設備的運行,需要供電設備系統(tǒng)來作為后臺支持。在這些設備中,既有高壓系統(tǒng)設備,也有低壓系統(tǒng)設備,它們各盡職能、互不干擾。但如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障,就有可能出現(xiàn)高壓電流進入低壓設備,導致設備超壓而出現(xiàn)損壞的情況,一旦出現(xiàn)漏電等問題,就會給使用者帶來無法估計的傷害。工作接地可以將變壓器的低壓中性點與大地建立連接,從而避免抵押節(jié)點可能產生的觸電危險⑷。在實際工作中,為了保證接地技術的有效性,工作人員要定期對接地點予以檢查,以保證其隨時處于良好狀態(tài)下,發(fā)揮接地技術的保護作用。
2.2防雷接地技術
防雷接地技術是地震臺站綜合觀測保障系統(tǒng)當中非常關鍵的接地技術類型,在臺站各個觀測站點布設避雷接地網,并與建筑物鋼筋相連,接地體地埋深度為2.0米,避雷接地網接地電阻&4'(5),使儀器接地極、避雷器接地極有良好的接地回路以釋放雷電感應電流。進入觀測室的電話線路、天線、饋線均串接相應的避雷器。
2.3保護接地技術
保護接地技術也是地震臺站綜合觀測保障系統(tǒng)當中最典型的接地技術,其也是為保護儀器設備而進行的接地技術,保護接地主要針對金屬支架,電氣設備金屬外殼,電纜的金屬保護層以及接地線的金屬管進行保護「6)。可以避免金屬外殼導電而產生的對地電壓,確保電氣設備使用者、建筑物以及設備本身的安全,保護接地電阻值應在452'以下。
2.4屏蔽接地技術
屏蔽接地技術也是地震臺站綜合觀測保障系統(tǒng)接地技術,但與其它接地技術不同點在于其它接地技術以保護設備安全為目的,而屏蔽接地技術是以屏蔽外部干擾。以保證觀測數(shù)據質量為目的,屏蔽接地技術的結構形式具體可分為交變電場屏蔽和靜電屏蔽兩種,其中交變電場屏蔽需要借助屏蔽器來予以完成,通過將其放在設備與干擾設備之間來實現(xiàn)相互之間的屏蔽;靜電屏蔽則主要通過給設備安裝金屬外殼,并實現(xiàn)外殼接地來達到接地目的,以避免其受到電磁干擾而影響信號質量「7)。地震臺站監(jiān)控室及機房采用防靜電地板,內用銅帶做網格地線,與接地網等電位連接。
設備采用裝箱式,所有設備的外殼、機箱、機架良好接地,使儀器設備周圍形成良好的屏蔽網。接地母線采用。8mm2多股銅線電纜。在機房內接地時要注意:信號系統(tǒng)和電源系統(tǒng),高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)不能使用共地回路,靈敏電路的接地要各自隔離或屏蔽,防止地回路和靜電感應產生干擾。
3地震臺站綜合觀測保障系統(tǒng)接地技術的故障問題分析
2017年山西省地震局在中國地震局監(jiān)測司的統(tǒng)一領導下,在中國地震局地殼應力研究所的統(tǒng)一安排部署下,對19個臺站進行綜合觀測技術保障系統(tǒng)改造,并進行觀測環(huán)境的工作線路疏理和防雷地網的改造。通過采取合理接地方式、嚴格按照接地技術規(guī)范、科學布線、排除拉地中的干擾連接、減少地線的阻抗等措施,加上工作人員定期進行維護。地震觀測設備經受住雷雨季節(jié)考驗,雷擊故障率對比往年同期明顯下降,防雷改造取得初步成效,故障率明顯降低。但是,在實際工作中由于沒有采取合理接地方式,隨意改變儀器設備接地,造成接觸不良,接地電阻變大等原因,導致儀器設備燒壞時有發(fā)生,會在一定程度上影響觀測數(shù)據質量。以下為故障案例分析。
案例1:2019年2月4日夏縣臺CIC-200離子色譜儀觀測曲線時有階變現(xiàn)象,正常情況下基線為一條直線。查看工作面板狀態(tài)(電導率、電流、基線輸出、流量)均正常,檢查電路板工作電壓正常,無松動現(xiàn)象,檢查氣路(淋洗液、抑制器、色譜柱)無法排除故障。經與廠家聯(lián)系,認為觀測條件存在干擾。為排除供電電源干擾,更換一臺交流穩(wěn)壓電源2月6日觀測曲線出現(xiàn)大幅突跳變化。綜合分析故障原因認為:屬于電源干擾,對供電插座進行檢查發(fā)現(xiàn)接地線虛接在暖氣片上,重新接地,觀測曲線基線平穩(wěn),無雜峰出現(xiàn),記錄數(shù)據恢復正常。分析原因主要是電源線的地線沒有與大地連接,那么儀器就會產生地位變化,當外界的電磁干擾或噪聲作用到該地電位時,就會引起設備的工作不可靠或不穩(wěn)定。
案例2:2018年11月25日WYY-1氣象三要素氣壓觀測數(shù)據出現(xiàn)高頻振蕩現(xiàn)象,數(shù)據無法使用(圖2)。27日檢查儀器,數(shù)據有出現(xiàn)大幅變化,初步判斷為氣壓傳感器故障,購買新的傳感器。2018年12月11日更換新的傳感器后,故障仍然存在。對儀器進行檢查時,發(fā)現(xiàn)儀器主機有帶電現(xiàn)象,斷開儀器接地線,儀器底部與機柜隔離,數(shù)據恢復正常。查找原因發(fā)現(xiàn)接地線為串聯(lián),多臺儀器設備進行串聯(lián),形成電壓差,導致相互干擾。采用并聯(lián)接地后,將儀器設備的電荷釋放到大地,消除了對設備工作的干擾。針對以上故障案例分析認為,目前,地震臺站觀測儀器設備隨著電子器件的發(fā)展,導致了敏感電平閾值越來越低,這意味著觀測儀器更容易受到噪聲的損壞,導致儀器無法正常工作,解決此類問題的途徑就是切斷耦合途徑,良好接地是抑制電子設備電磁噪聲的有效手段,所以機房的防雷接地、安全地、交流工作地以及直流接地所使用的接地裝置必須是同一組。
4結語
地震臺站多年的運行實踐表明,接地技術在地震臺綜合觀測系統(tǒng)中的應用,可有效確保儀器設備使用者的人身安全,降低儀器故障率,提高了系統(tǒng)工作的可靠性與穩(wěn)定性。在臺站實際工作中,一些外界看似無關的干擾也會導致儀器工作不正常。故障實例充分說明故障分析思路是正常的,采取的措施也是有效的。為了更好地使用接地技術,就需要工作人員熟練的掌握接地的基本知識以及相應的國家要求,工還必須要定期進行巡護檢查,保證接地技術能夠隨時保持良好工作狀態(tài),真正實現(xiàn)對地震觀測儀器設備的有效保護。
參考文獻
(1)李文超,胡玉良,閆美蓉,等.大同中心地震臺綜合防雷改造效能評估(J).地震地磁觀測與研究,2018,06(027):187-192.
[2]郭宇,程冬焱,劉金柱,等.供電系統(tǒng)改造對靜樂地震臺前兆觀測數(shù)據的影響分析(J).山西地震,2018,04:4952.
全建軍,劉水蓮,陳珊樺,等.永安地震臺信息節(jié)點維護與管理(J).地震地磁觀測與研究,2014,35(3/4):253-258