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马陵山地震台地电仪的故障分析及维护措施
发布时间:2018-12-03        浏览次数:29        返回列表

杜德凯 刘海刚

摘  要:针对马陵山地震台地电仪,从日常工作、定期标定及维护等方面进行探讨,结合中国地震局《區域地震前兆台网运行管理评比办法》,给出维护办法;对近年来地电场仪出现的故障及解决方法进行系统的总结分析。

关键词:地电仪  故障  维护措施

中图分类号:P315.722    文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2019)11(c)-0035-04

Abstract: Concerning the geoelectric instrument of Malingshan Seismostation, through exploration in the aspects including daily work, regular calibration, maintenance and so on , the paper, combining Rating Methods of Running and Management of the Regional Earthquake Omens of Network of China Seismological Bureau, has put forward maintenance methods and systematically summarized and analyzed faults occurring in the geoelectric instrument and resolutions.

Key Words: Geoelectric instrument; Faults; Maintenance measures

电阻率观测的物理量是地球介质视电阻率、自然电位差以及其随时间的变化。地电阻率是地震前兆观测中重要的手段之一,是地震预报中较成熟的方法。几十年来,专家们对地电阻率的数据变化进行不断的分析与研究。维护地电仪的正常运行,归纳总结运行中遇到的各种因素,分析原因,找到高效的解决办法,采取相应的措施,从而提供高精度、可靠连续的观测资料。

1  马陵山台站测区情况介绍

马陵山台位于山东郯城县东北20km马陵山的西侧,地处郯庐断裂带山东段南部沂沭带内,跨安丘-莒县断裂。台基为破碎白垩系红色砂岩。台站位于山东省郯城县泉源乡杨庄村东南,海拔高度110m,远离居民点,测区内为开阔平坦的农田,无大型厂矿企业、公路和高压线路干扰,其具备的优良环境为地电仪的运行提供了良好的平台。

2011年12月进行背景场项目改造,2011年12月10日、11日更换电极,供电极为100cm×100cm×3mm的铅板,测量极为80cm×80cm×3mm的铅板,埋深均在2m;2011年12月13~28日进行外线路更新改造。之后,2013年1月1日ZD8M地电仪开始使用。

2  故障分析

影响地电阻率观测的因素是多方面的,但归纳起来主要有两类:一是观测系统本身,仪器、线路、电极、避雷装置故障干扰等;二是测区环境的变化,包括自然气象变化干扰和环境变化干扰。

观测系统包括观测装置、测量系统和检定系统。任何一个观测环节出现问题都会导致数据出现很大的变化,有时甚至无法观测。比如一起故障、外线或仪器漏电、线路接触不良、电极不稳定等情况,这些干扰因素的存在会使记录曲线形态出现明显的畸变。在实际操作过程中,台站地电工作人员总结归纳了以下3条分析步骤。

(1)根据观测资料分析确定系统故障的性质,是地电仪还是外线路问题,分析各个测道的变化、变化幅度等,分析问题所在。

(2)进一步分析观测资料,确定故障的位置。如只是一个测向变化不正常可能是此测向的外线或电极问题,两个测向均不正常则可能为仪器问题等,初步判断是仪器问题还是外线路问题或是电极的问题。

(3)如判断为仪器原因,需要对仪器进行检查维护或是维修;如判断是外线路问题,则可以检查外线路是否漏电、查看接线头是否氧化、是否接牢等;判断是电极问题,则可以埋设备用电极等方法进行验证,观察故障是否解决。

3  针对不同故障的解决方法

马陵山地震台正在使用型号为ZD8M、ZD8BI的地电仪,该系列仪器具有准确度高、动态范围大、抗干扰能力强、长期稳定性好、观测程序改动方便等优点。

测量地电阻率的专用仪器和供电电源配合能自动定时地进行3个测道的地电阻率测量,采样间隔为每小时每通道一次,每日形成一个数据文件。

地电阻率的观测采用4级对称法,每个台站应设置2~3条取向不同的测线,实施不同方位电阻率测量,如马陵山地震台共设置了N5°W和N75°E向两条测线,每条测线由两个供电极(A、B)和两个测量极(M、N)线性排列的装置系统组成(见图1)。

图1中:A、B为供电极且AB=1.000km,M、N为测量极且MN=0.300km;外线路为绝缘架空线。

地电仪的测量工作流程如图2所示。

A、B、M、N为地面上按一定规则布设的4个电极,A、B称为供电极,M、N称为测量极。E为供电电源,K为开关,当K闭合时,电流I从E经A→大地→B流回E,从而在大地内部建立稳定的人工电场,人工电位差ΔV是指在供电电流稳定后在MN之间产生的人工电位差。

测量过程如下。

在K未闭合前,测量MN之间的电位差Vsp,Vsp被称为自然电位差。

在K闭合后,测量MN之间的电位差ΔV;测量供电电流I。

△V=(△V+Vsp)-Vsp                                                     (1)

计算地电阻率如下。

(2)

K為装置系数,与A、B、M、N、4个电极的相对位置有关,具体公式如下:

(3)

3.1 电极腐蚀(老化)

马陵山台地电阻率2017年6月10日至7月1日,N75°E测道小时值数据多次出现突然升高现象。如图3所示,出现问题后及时巡检外线路、布极区内环境、仪器工作状态,均未发现异常问题,考虑马陵山台地电仪电极已使用多年,极可能存在电极腐蚀问题,并积极和其他地电台站的专家分析探讨,初步怀疑为电极老化,被腐蚀造成的数据变化,7月2号挖开电极坑后,发现电极锈蚀严重,7月3日更换为铅板电极,更换电极后数据及恢复如图4所示。

针对电极腐蚀、老化的问题,在日常工作中及时巡视、检查电极,按规范要求测量地电仪的电极接地电阻值,及时发现问题,按照地电观测规范要求,对到达规定使用年限、出现问题电极及时更换。

3.2 外线路漏电

观测外线均较长,特别是架空线,处在空气中风吹日晒,特别是有的地方长时间和树枝、承重线等摩擦,极易造成线路绝缘皮破损,造成漏电现象,在下雨时更严重,因此外线路漏电问题在地电阻率观测中是一个常见问题,但是又由于外线多采用架空或地埋的形式,出现问题后,查找原因极其不易。如图5所示,2016年09月马陵山台地电阻率N75°E测向在降雨时数据出现不符合客观规律的变大现象,发现问题后台站工作人员马上对地电仪的工作状态进行检查,均未发现问题,分析发现数据出现异常变化均是在降雨时,故怀疑是外线路漏电原因,检查外线路漏电,发现外线路绝缘较低,当时马陵山台外线路采用8号铁丝作为线路的承重线,承重线和测量线长时间的摩擦造成了测量线的绝缘破损,2016年9月24~25日,将外线路承重线8号铁丝去除,并对绝缘皮破损的地方进行了修复,修复后检查外线路绝缘合格,数据亦恢复正常。

针对漏电问题,平时要经常巡检外线路,发现一些潜在的问题,对与测线接触的树枝等每年均要按照规范要求后及时清理,检查线路接头、瓷壶等,同时按照规范要求认真做好外线路的漏电检查工作,发现线路漏电问题后及时修复。

3.3 稳流源故障

地电仪的观测过程中,需要一个稳流电源向大地供电,以建立人工电场。地电仪所测得的人工电位差ΔV的稳定性与该稳流电源的输出电流密切相关。如果稳流电源输出电流稳定性差,则人工电位差ΔV将随电流的变化而变化,从而使地电仪观测到的地电阻率数值不可靠。马陵山台2008年2月20日,两测道11-13时数据不稳定,经检查后发现稳流源输出的电流稳定性较差,对备用稳流源WL-5N进行稳定性检查后,进行了更换,更换稳流源后数据恢复稳定。数据不稳定是稳流源故障原因。

低电阻率测量中发现稳流源问题,发现后及时对备用稳流源进行检查,更换备用稳流源。每半年均需对稳流源和备用稳流源进行检查,确保仪器均处于正常状态。

4  结论与认识

(1)针对观测系统的具体故障对地电仪进行了逆向分析,得出产生故障的原因,给出相应的维护措施和解决的办法,并且点出了日常工作中所需要注意的事项。

(2)文中对地电仪的观测及观测系统进行了分析,总结出了在地电仪运行观测中的一些检修和维护心得,对其他相关地电台站地电仪的运行提供了宝贵的经验,有利于全国地电仪能够更好地产出高质量的观测数据。

(3)报告指出了地电仪观测中出现的故障,给出了解决的办法及维护措施,但要详尽地解决地电仪观测中遇到的问题还需要具体情况具体对待,台站工作人员一方面要提高自己的专业水平,恪守尽责,严肃对待;另一方面,要在别人研究成果的基础上,趟出一条适合自己的方式方法。

参考文献

[1] 肖宏跃.地磁观测技术[M].北京:地质出版社,2008.

[2] 席继楼,赵家骝,王燕琼,等.地电场观测技术研究[J].地震,2002,229(2):67-73.

[3] 董晓娜,鲁成义,曲利,等.山东地区地电场观测数据资料分析研究[J].地震研究,2012,35(3):420-428.