測(cè)震、地球物理臺(tái)站系統(tǒng)
編輯：2021-06-14 17:26:03
摘要
上海測(cè)震、地球物理臺(tái)站運(yùn)行中，因電源系統(tǒng)和雷電而導(dǎo)致的故障占了較大比例。為提升臺(tái)站運(yùn)行質(zhì)量而研發(fā)的隔離電源系統(tǒng)，可有效地將市電與臺(tái)站設(shè)備間進(jìn)行物理隔離，杜絕了雷擊通過交流電供電途徑的串入。該系統(tǒng)研制成功后，在上海測(cè)震臺(tái)站試運(yùn)行，其間發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)的一些缺陷，技術(shù)人員進(jìn)行多次改進(jìn)，提升了系統(tǒng)的整體性能。該系統(tǒng)已在多個(gè)測(cè)震、地球物理臺(tái)站應(yīng)用，取得了顯著的防雷、防浪涌效果。山西防雷檢測(cè)
上海測(cè)震臺(tái)站和地球物理臺(tái)站經(jīng)常發(fā)生因雷擊而導(dǎo)致信號(hào)傳輸中斷的故障 。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，因電源因素而導(dǎo)致的故障率約為 40% 。雷擊不僅降低了臺(tái)站的運(yùn)行率，也增加了維護(hù)成本 。雖然安裝了菲尼克斯等多級(jí)交流避雷器、直流避雷器，并采用自動(dòng)充放電的UPS 供電電源，但防雷效果有限，臺(tái)站仍多次遭雷擊和電網(wǎng)浪涌，而出現(xiàn)設(shè)備損壞的情況 ?；谝陨显颍邪l(fā)了隔離電源系統(tǒng) 。通過一段時(shí)間的試運(yùn)行后，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，使其性能更加穩(wěn)定 。 山西避雷驗(yàn)收
隔離電源系統(tǒng)中的“隔離”意為利用隔離電源控制器將市電和臺(tái)站的設(shè)備電路進(jìn)行物理隔離，該方式可切斷供電的串雷途徑。太原防雷公司
利用蓄電池供電，將市電和設(shè)備進(jìn)行了物理隔離，實(shí)現(xiàn)了不間斷供電 。設(shè)計(jì)使用 2節(jié)蓄電池為 1 組，共 2 組（ A 組和 B 組），通過控制器在 24 h 內(nèi)循環(huán)對(duì) A 組或 B 組分時(shí)段經(jīng) 220 V 市電轉(zhuǎn)換充電 。當(dāng) A 組蓄電池在充電時(shí)，B 組為設(shè)備供電 。當(dāng) A 組蓄電池的電量充滿時(shí)，切換為 A 組為設(shè)備供電，B 組處于充電狀態(tài) 。對(duì)臺(tái)站設(shè)備的實(shí)際功耗進(jìn)行了跟蹤測(cè)試，考慮到隔離電源系統(tǒng)控制器自身功耗及蓄電池的充電效率，將蓄電池切換間隔設(shè)為1 — 6 h可調(diào) 。通過工業(yè)級(jí)的 KG316T 微電腦時(shí)控開關(guān)（又稱為微電腦時(shí)鐘控制器）（圖 1，圖 2），編程設(shè)置開關(guān)在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的啟閉，從而驅(qū)動(dòng)功率繼電器切換電路控制蓄電池組的輪流充電和放電（輸出），實(shí)現(xiàn)隔離不間斷供電功能 。山西避雷工程
KG316T 微電腦時(shí)控開關(guān)和外圍功能電路板組成的隔離電源控制器，僅將充電功率模塊與市電電網(wǎng)相連接，這樣即使發(fā)生雷擊，可由前端的抗雷性能強(qiáng)的高耐壓、大功率充電電路來承受，而后端的其他設(shè)備均處于蓄電池供電模式 。該系統(tǒng)可以通過高耐壓、大功率器件的充電電路來強(qiáng)化其抗雷擊性能，提高工作的穩(wěn)定性 。KG316T 電腦時(shí)控開關(guān)的控制板電路和鍵控控制、LED 指示板電路如圖 2 所示 。忻州防雷檢測(cè)
由圖2 可見，市電經(jīng)變壓器隔離、降壓后，經(jīng)D1 —D4 橋式整流、C2 濾波，一方面為控制電路提供直流工作電壓（時(shí)控開關(guān)開啟時(shí)為 12 V，關(guān)閉時(shí)為 15 V），并使 LED1 發(fā)光，指示時(shí)控開關(guān)已經(jīng)接入市電；另一方面經(jīng) R2 限流、R3 分壓、VDl 穩(wěn)壓，在 C4 兩端形成 3.6 V 的穩(wěn)定電壓，再經(jīng) D5 降壓、R4 限流，為電腦電路和液晶顯示電路提供 3 V 工作電源 。內(nèi)附電池 E 保證在停電時(shí)已設(shè)定的數(shù)據(jù)不丟失和電腦計(jì)時(shí)的不間斷，可長(zhǎng)期供液晶顯示時(shí)鐘和微電腦電路運(yùn)行 。電路中 D5 在時(shí)控開關(guān)不接入電源或停電時(shí)起隔離作用，以防內(nèi)附電池經(jīng) R3 耗電 。晉中避雷檢測(cè)
微電腦時(shí)控開關(guān)電路參考簡(jiǎn)圖及闡述部分略。
隔離電源系統(tǒng)在多個(gè)臺(tái)站運(yùn)行期間，我們發(fā)現(xiàn)了一些缺陷，針對(duì)這些問題，進(jìn)行了改進(jìn)和升級(jí) 。朔州防雷檢測(cè)
（1）智能三段式充電功能替代了普通充電方式 。
（2）全物理隔離市電網(wǎng)功能 。
（3）多路、不同規(guī)格、不間斷直流輸出功能。呂梁防雷檢測(cè)
（4）增加了無線電壓監(jiān)控裝置 。
隔離電源系統(tǒng)在上海多個(gè)測(cè)震、地球物理臺(tái)站得到了應(yīng)用，不僅為臺(tái)站儀器提供了穩(wěn)定的電力資源，而且可以成功避雷，保護(hù)臺(tái)站設(shè)備的安全。 大同避雷檢測(cè)
我們?cè)谫苌脚_(tái)、金澤臺(tái)、天平山臺(tái)、上戲臺(tái)、天馬山臺(tái)、小昆山臺(tái)、竹園臺(tái)、大洋山臺(tái)等測(cè)震臺(tái)站和查山臺(tái)、長(zhǎng)興島臺(tái)等地球物理臺(tái)站安裝了隔離供電系統(tǒng) 。經(jīng)過 2010 —2019 年的運(yùn)行，這些臺(tái)站的故障率大大降低 。經(jīng)過對(duì)歷年的臺(tái)站運(yùn)維情況進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，未安裝該系統(tǒng)前的 2005 — 2008 年，每年臺(tái)站因雷電和電網(wǎng)的問題而進(jìn)行維護(hù)的平均次數(shù)為 60 次 。在隔離電源系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用后，每年維護(hù)次數(shù)下降到平均 20 次 。未安裝隔離電源系統(tǒng)時(shí)，每年的維修經(jīng)費(fèi)中有很大一部分要支付由雷擊引起的各類設(shè)備的維修，甚至需要重新購買備件；而 2010 — 2013 年相比 2006 — 2009 年平均每年至少節(jié)省經(jīng)費(fèi)近 2 萬元。 陽泉避雷檢測(cè)
隨著隔離電源系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，臺(tái)站的避雷等級(jí)也相應(yīng)升級(jí) 。從近幾年的運(yùn)行情況來看，維護(hù)任務(wù)明顯減少，臺(tái)站因雷擊所導(dǎo)致的昂貴設(shè)備受到損壞的情況有明顯改善 。2010 年至 2019 年 2 月，較容易遭受雷擊的天馬山臺(tái)、大洋山臺(tái)，小昆山臺(tái)、佘山臺(tái)，天平山臺(tái)等均未出現(xiàn)由雷擊所導(dǎo)致的嚴(yán)重設(shè)備故障，如 2011 年 10 月 9 日天馬山臺(tái)市電浪涌導(dǎo)致電力故障，隔離電源系統(tǒng)保全了后端昂貴的地震專業(yè)設(shè)備；2012 年 6 月 21 日上戲臺(tái)遭受雷擊，隔離電源與電網(wǎng)連接的充電電路損壞，但隔離電源系統(tǒng)保全了后端的多個(gè)重要設(shè)備，臺(tái)站故障很快被修復(fù)；2013 年 7 月 18 日佘山臺(tái)設(shè)備在隔離電源的保護(hù)下，未遭雷擊；2014 年 9 月 21 日、2016 年 7 月 12 日大洋山臺(tái)遭受雷擊，當(dāng)維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有隔離電源與電網(wǎng)連接的充電電路遭雷擊損壞，但保全了后續(xù)的多個(gè)重要設(shè)備，臺(tái)站故障很快被修復(fù)；2014 年 7 月 22 日天平山臺(tái)在隔離電源的保護(hù)下，臺(tái)站其他設(shè)備免受雷擊；2014 年 8 月 15 日金澤臺(tái)因?yàn)榘惭b了隔離電源設(shè)備，避免了昂貴的井下地震計(jì)和數(shù)采遭受嚴(yán)重雷擊；2018 年 1 月 13 日查山臺(tái)市電中斷，臺(tái)站的隔離電源系統(tǒng)提供了長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航，保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)；2019 年 2 月長(zhǎng)興島臺(tái)多次發(fā)生市電中斷，臺(tái)站的隔離電源系統(tǒng)為后端的地震儀器提供了長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航，保證了數(shù)據(jù)連續(xù)率 。運(yùn)城防雷檢測(cè)
隔離電源系統(tǒng)經(jīng)改進(jìn)已處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，近幾年，將其應(yīng)用在上海測(cè)震臺(tái)網(wǎng)和地球物理臺(tái)網(wǎng)的多個(gè)臺(tái)站，取得了顯著的防雷效果 。但前端的充電功率模塊因與市電電網(wǎng)未隔離，因此其抗雷性能和高耐壓性能至關(guān)重要，對(duì)此還有可提高的空間，待性能加強(qiáng)后可應(yīng)用于預(yù)警臺(tái)站、強(qiáng)震臺(tái)站等 。晉城防雷檢測(cè)
