无人值守地震台站公共技术系统实用化技术研究与分析

无人值守地震台站公共技术系统实用化技术研究与分析

易江

重庆市地震局 重庆市渝北区 401147

0. 课题背景

据统计，全国地震台站约（不含港澳台）4085个，国家预警项目新建约3524个，其中无人值守地震台站（以下简称台站）约占95%。

据调查，台站目前存在配电不规范、雷击灾害严重、接地及防雷地网布设不合理、布线混乱等状况。通过公共技术系统实用化技术研究与分析，对配电、防雷、布线等方面进行合理设计，能够有效提高数据观测质量，是实现台站信息化、智能化、标准化的有效途径。

2018年以来，重庆市地震局通过台站标准化改造工作，在公共技术系统实用化技术研究方面积累了一定经验，为取得更好经验成果，完善设计方案，结合辖区实际，对台站公共技术系统实用化技术进行研究与分析，主要涉及：配电系统、防雷系统、综合布线、接地系统研究。

0. 研究思路

1.1、配电系统研究

台站位置多处地势偏远和较高地势，实际运维过程中，因地势空旷且多为高山地带，台站受雷击导致供配电系统遭到不同程度破坏的情况较多，影响台站仪器正常产出。因此，加强高山台站供配电系统的优化设计与及时维护，能够有效提升数据运行率。

台站供配电系统设计，要充分考虑地理环境影响，如气压、温度、湿度等。设计时将仪器用电、机房用电及生活用电进行总电量分析。供电回路可采用两路外电引入同一配电柜，实现主备电路切换。另外，台站一般配置蓄电池组等备用电源，以保证设备不断记。同时加强硬件设备定期维护与检修，以保证供配电系统稳定运行。

1.1.1、外部电源接入

①线路：线路走向应根据市电到台站实际地形结构，进行安全、合理、经济布置，一般采取地埋敷设。特殊情况可采取架空敷设。

②电缆：应使用符合国家标准的铠装铜芯或铝芯电缆。在敷设前，应进行严格检查，不允许有接头或表面明显损伤。

③地埋敷设：电缆全程须有镀锌钢管保护，管口连接牢固，电缆出入口防水防鼠密封良好。埋设深度一般＞0.7米，在农田里应＞1米。直埋电缆每隔80米或拐弯处应设置明显电缆方位标志桩。

④架空敷设：电杆应采用定型钢筋混凝土产品，其构造须符合国家现行标准。长度应根据现场地质和环境情况而定，参考下表：

电杆档距一般为城区30-45米，居住区30-40米，郊区40-60米，特殊情况可根据现场实际情况而定。

钢绞吊线一般采用1*7-3.0mm-1370MPa镀锌钢绞线，吊钩敷架间距应为0.5米。

电杆在始末端和转弯处应加设拉线，拉线强度设计安全系数应≥2.0，最小截面为25m㎡。拉线与电杆夹角不应＜30度，最佳角度45度。

穿线钢管接头须引到接地极跨接，架空线路进入台站时，所有金属支架和管线都须可靠接地。

1.1.2、配电系统设计

台站主要用电设备有观测仪器、网络通讯设备、照明、视频监控等。室外电表入户后，暗线与配电箱相连。配电箱应暗箱安装，接入规范、标识清晰，底边距地1.4m，方便操作。配电箱内设漏电监测装置和防雷装置。设总空开1个（单相AC 220V 100A），各支路均设空开1个（单相AC 220V 32A），分别控制照明、插座及机柜线路等，并预留备用支路。配电箱可上下进出线，1.5mm钢板喷塑，线缆接线横截面积≥16m㎡，并根据实际需求设计合理尺寸。所有插座回路均设漏电断路器，漏电动作电流30mA。配电箱内部设计参考下图：

1.2、防雷设计研究

台站多建在野外空旷地带，加之当前大多观测设备是微电子设备，户外长期暴露容易受到雷电侵袭。调查研究显示，台站线路及设备被雷电损害事件时有发生，从而增加运维次数，影响观测质量。为此，须做好台站防雷工作，减少雷电对台站影响。

1.2.1、主要防雷技术

①磁场防护

传统防雷技术主要借助避雷针和避雷网保护装置的作用，不能对观测场地进行全面有效保护，观测仪器用天线和信号接收器在较高地方易吸引雷电，影响设备运行。为此，应根据台站设备类型，采取针对性保护措施，如配备防雷模块或信号避雷器等。此外，还可配备综合防雷预警装置，实现全面防御保护。

②避雷网技术

雷击会对观测设备线路和信号发射器等造成不同程度破坏，甚至会烧毁仪器内部芯片，阻碍系统正常运转。为此，可采取避雷网技术，以有效地降低雷电对电磁场造成的影响，保证台站内部设备安全运行。将内部电子设备屏蔽后，能有效避免雷电所造成的损坏。

③接地设置

为实现最大程度接地，降低雷电对设备的损害，窗户可安装不锈钢网，GPS天线管道安装金属网，并对孔洞进行适当填堵。同时对较大设备进行等电位连接，缩小设备间电位差，以有效降低雷击事故。

有的线路还不能做到很好的屏蔽，有的金属屏蔽层没有接地，有的屏蔽层只做到一端等电位连接，防雷效果都不佳，所以线路间应保留足够安全距离。若台站无空间屏蔽措施，还应对金属门窗进行屏蔽。并将内部PVC套管改为金属屏蔽网套管。同时，定期检查设备接地部位连接处、防雷设施和金属外壳是否有生锈或出现脱焊和松动情况。

1.2.2、重点事项

使用避雷针和避雷网可形成良好防御系统。在防雷建设过程中，应结合台站实际情况采取有针对性防雷措施，保证防雷体系中各线路间良好兼容，防雷网络系统布局合理、屏蔽全面。为保证接地效果，全部接地设置应连接到整个接地系统中。接地线路铺设深度应该＞1米，如电阻值过大，改善土壤性质能够有效控制电阻值。

应采取科学措施对防雷装置进行定期维护和保养，在每年雷雨季节前应做全面检查，包括防雷装置电气连接器是否合理，是否存在松动和脱落现象；检查接闪带和接地装置腐蚀情况等。

此外，在进行电子设备安装过程中，应尽量安装在建筑物中心位置，和建筑物保持一定距离。

1.3、综合布线研究

综合布线线缆敷设应确保线缆间整齐，线缆路径不能交错，线缆间不应留空隙。线缆敷设过程中应保证通信设备线缆接触面完好，避免用力紧压绑扎，且不能损耗，更要防止变形。

敷设综合线缆前，应将通信线缆重点、起点和具体路径等相关信息标记在标签上，并将其粘贴于设备线缆两端，必要时需在标签上详细标明通信线缆具体用途和型号等信息。要分开敷设不同种类通信线缆，如分别在光纤槽内和专门强电走线槽内敷设通信光纤线缆和强电线缆，并在弱电走线架内敷设通信信息类弱电线缆，但需注意敷设在槽内和走线架内通信线缆不得出现接头。

线缆敷设到设备端在成端时要将预留线缆留在两端，为方便二次端接，配线间后通常预留1-3cm，设备机柜下预留0.5m-1m，光缆敷设到设备机柜下端通常预留3m-5m，也可结合实际情况，适当调整优化线缆预留长度。敷设线缆时双绞线转弯弯角应是线缆本身线径的8倍，通信线缆敷设时转弯弯角应是电缆线径的10倍。

为方便线路整理，室内上部应设置走线桥架，分为强电和弱电桥架，强电与弱电不相交且桥架接地。线缆从配电箱走出，暗线连接空开，明线走强电桥架进入机柜与智能电源相连。光纤从外部预留线井统一走弱电桥架进入室内。外部线路信号接收器均需走线槽安装在信号接收架上。信号线在室外应走相应线槽入户，室外设置线槽进行规制。地震计等传感器设置保温密闭固定装置，走弱电线槽进入机柜。

1.4、接地系统研究

在设备运行过程中，雷击会对仪器稳定性产生直接影响，且雷击对仪器危害性很大。观测仪器设备中存在导电体，如出现雷击情况，会造成设备损坏。通过接地保护，能够维持设备稳定运行，保持最佳运行状态。

接地使各设备吸引的电流能够经由专有接地电路传输到地表，形成更为安全的回路系统，避免雷击对仪器产生影响。

1.4.1、典型接地方式

①ＴＮ：供电线路在电源侧接地并引出接地线，用电侧设备外露导电部分，包括设备金属外壳，通过接地线接地；

②ＩＴ：供电线路在电源侧不接地或高阻接地，用电侧设备外露导电部分接地；

③ＴＴ：供电线路在电源侧接地，用电侧设备外露导电部分直接接地。

1.4.2、直击雷防护措施

在进行直击雷防护时，需严格按照过电压保护以及防雷接地设计标准执行防护措施。根据整体防雷布局确定避雷针设计根数、调设高度。外场地设备间进行接地公用，公用接地范围以60m为半径。

1.4.3、屏蔽与等电位处理

充分利用建筑结构中钢筋实现屏蔽笼效应。在就近原则支持下，将等电位与建筑主筋相连接。在具有预防静电功能的地板之下铺设铜排，铜排需处于地板墙体周边以及集中区域之内，从而形成防雷接地设计的环形闭合网。

1.4.4、接地与保护技术

①直接接地

在接地保护设计上，可通过直接接地来实现，尽量将大截面绝缘状态铜芯作为接地引线，并在接地连接过程中，将设备两端分别实现直接接地与电位连接处理，使设备电源、基准电位能够维持在相对稳定状态。

②防雷接地

设备要可靠运行，就必须做好防雷接地。由于设备特殊性，必须使电气系统具有较高抗干扰、防雷击能力。如电子监控设备、报警系统、智能电源等，都需要进行防雷接地设计。可利用针带组合来对接闪器实施必要处理，将屋面金属设备与网格连接，最大程度降低雷电威胁。同时，需对建筑物外墙面、钢筋等各种金属设备实施接地处理。

③屏蔽与防静电

在接地保护上，接地设备起着重要抗干扰作用，尤其是电磁与静电作用会直接影响仪器可靠运行，接地设备有效降低了这种干扰。需保障接地设备外壳与PE线连接正确性，通过确定PE线与屏蔽管线两端位置，在这些位置对屏蔽接地线加以连接处理。在相对干燥与洁净室内空间内，移动摩擦是造成静电现象直接原因，相关设备需具有极强抗静电能力，可通过接地设备可靠连接来实现。

④安全保护

主要通过设备中不含电金属配件连接作用来实现导电体与地体连接。在强弱电设备、不带电设备中，安全接地保护能够有效减少设备运行安全隐患。因此，需结合台站实际情况，做好相应安全保护接地设计，实现安全管理与控制。安全接地保护中，接地电阻大小决定压降值大小，控制接地电阻能够将压降值维持在相对安全范围内。

台站强弱电接地采用一个地网不同母线分开连接，即在台站原地网上相距较远位置分别焊接接地母线作为台站交流配电防雷与仪器设备弱电接地母线，接地母线引入室内分别设置接地铜排。地网到接地铜排采用≥16m㎡专用接地线，电源防雷箱、机柜接地采用≥10m㎡专用接地线，仪器设备接地采用2.5m㎡专用接地线。接地线采用线耳方式连接。

0. 结束语

在现有台站公共技术系统基础上，针对台站布线混乱、易受雷击等突出情况，通过科学配电、防雷、综合布线、接地设计等，提升了台站运行率，解决了运维频繁等问题。

无人值守台站公共技术系统实用化技术研究与分析，以信息化、智能化、标准化作为引领，以科技创新作为支撑，跳出现有的、已经形成的老旧模式，探索性、尝试性的向前发展，保障了台站数据安全稳定高效，并向多功能智能无人值守台站前进。

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