地电观测中若干故障分析与排除

地电观测中若干故障分析与排除
摘要：地电阻率观测系统比较复杂，从电极、外线路、室内连线、避雷装置、供电电源到观测仪器任一部位出现故障都会引起观测系统不正常。

本文从实际观测工作出发，对日常观测工作中所遇到的一些故障现象进行了分析探讨。

关键词：地电阻率故障排除分析总结
地震观测台站的主要任务是保证数据产出的可靠性、完整性和连续性。

嘉山地震台ZD8B数字地电仪于2000年1月替换PZ40仪器投入观测。

该机采用了特殊的测量方法，使地电阻率的测值基本上不受环境条件和时间的影响，这对地震预报有重要的意义。

地电观测系统由装置系统和测量系统组成，分析总结地电观测中所遇到的各种问题及解决办法，对于识别干扰与异常，更好地做好地电观测工作，为分析预报研究人员提供连续、准确、可靠的数据资料，具有重要的现实意义。

1 观测系统的组成及工作原理
1.1 观测系统的组成
地电观测系统由供电电源、测量供电电流I和测量人工电位差ΔV 的仪器、室内配线板、外线路、供电电极和测量电极构成。

其中的任何一部分不可靠，都会影响到观测结果的可靠性。

如图1系统可分为二部分：一是装置系统，包括电极、外线路、室内配线及避雷系统；二是测量系统，包括测量仪器、供电设备及记录传输设备。

1.2 工作原理
在测区内建立一观测装置（电极系统及外线路），向地下供入直流电流，建立人工电场，测量人工电位差ΔV电场和供电电流I，通过装置系数K求得地下介质的视电阻率，观测装置如图2所示。

图中，E为供电电源，A、B是供电电极，M、N是测量电极。

2 观测系统的检修原则
在检修时应遵循“先想后动、多想少动”的原则，盲目乱拆、乱动可能造成更严重的后果。

系统的故障可能是测量仪器故障、供电电源故障、外线路故障、环境条件变化或其他干扰所造成。

通常将故障分为测量仪器原因和非测量仪器原因两大类来处理。

最简单实用的方法是替代法，即更换一台仪器工作，一般情况下若故障消失则可判定故障是测量仪器造成。

在检修测量仪器时，要注意故障的共性和特殊性。

例如，是所有的测道都有问题还是个别测道有问题？分析故障是在测量部分还是在控制部分。

在分析的基础上采用“替代法”可有事半功倍之效。

3 故障分析与排除
3.1 ZD8B电路结构
ZD8B仪器电路原理比较复杂，很多性能和功能是通过软件来实现的。

要使观测人员对仪器的了解达到仪器生产人员的程度是很困难的。

因此在工作现场，一般只能判断到故障的部件。

ZD8B的电路主要由主控电路、显示电路、A/D转换电路、继电器电路、电源电路及工作状态指示电路组成。

3.2 WL-5N稳流电源工作原理框图
WL-5N稳流电源是为地电阻率观测仪ZD8B（包括ZD8，ZD8A）
配套的专用电源。

具有输出电流稳定、漂移小、操作维修方便、对自动观测系统干扰小等优点。

它采用了两级稳流措施，即用可控硅开关调整作为粗调稳流，用晶体管线形调整作为细调稳流，实现了开关稳流与线形稳流较好的结合。

其工作原理框图如图3所示。

3.3 仪器故障分析与排除
现象1：ZD8B仪器a道电阻率测值异常。

异常原因是由于室内配线板上a道测量线接头接触不良（仪器集成进机柜更换测量线时未处理好所致）引起a道电阻率异常。

在检查时更换仪器主机后仍然出现同样问题，由此判定故障出在仪器以外部分，进一步检查后发现是室内配线板上避雷器下方测量线接头接触不良，处理后测值就正常了。

现象2：ZD8B仪器a道不测量，仪器给出MN开路标记（数据很大，不正常），b道工作正常。

检查方法：将a道的外线输入全部更换到仪器输入的b道上，结果工作正常。

这说明ZD8B内部a道的输入回路开路，经查为控制a道MN的继电器坏，更换后即恢复正常。

现象3：ZD8B仪器因工作参数丢失而不能进入工作状态。

这是由于意外原因（如工作中突然停电、网络故障等）造成工作参数丢失，可重新置入工作参数，并对仪器进行零输入和满度校准，校准好日历和时间即可重新工作。

现象4：不能打印数据。

机内承担并行口功能的I/O芯片82C55
损坏，这类故障出现的原因常常是带电插拔并行口电缆线或电缆线接触不良。

因此在拔并口线前一定要关机，并口线两端必须和插座锁死。

现象5：ZD8B仪器开机后即烧保险丝。

这是因为机内接地抗干扰电路中的电容被击穿，原因是电网过电压引起的，更换继电器后即可正常工作（在图3ZD8B-PR板子上）。

现象6：接通电源后，电源指示灯不亮。

这种现象应该是电源插
头没有接触上或5A保险丝烧断。

如果是5A保险丝烧断，更换后还不亮，则应该是主电路板上单相半控桥中的二极管D12、D14，可控硅SCR1、SCR2或续流管D13当中有击穿短路。

现象7：接通电源后，电源指示灯亮。

供电时，无电流输出，但电压表指针快速上升至400V左右。

这种现象多半不是WL-5N稳流源本身的问题，应该是输出电流外线路有断线或接头有接触不良现象，地电仪主机内相应的继电器不吸合也能导致这种故障出现。

现象8：电流输出时，电流表指针出现左右摆动情况。

一种原因是供电电流小了，调高输出电流即可解决问题；还有可能就是触发脉冲电路双基极管或控制电路板三端稳压源7815集成块损坏所致，更换后即可解决问题。

现象9：地电仪工作过程中出现“死机”。

应重点检查稳流电源是否有瞬间失控现象。

现象10：地电仪出错报警。

测量过程中若供电电流I小于0.1A 时，仪器启动报警装置，一般是由于供电线路断线或供电电源故障引起的，则在ρs项位置打印出ERROR2，若该道没有测量则打印出ERROR1；若测量线路断线导致仪器不能补偿自然电位差时，也会报警；如果一次测量完就停测，即“死机”时，仪器也会报警。

可根据具体情况解决问题。

现象11：ZD8B系统内部日期或时间错乱。

可通过调收仪器时钟、
仪器面板或纸带记录知道，应在调收当日及上一日原始数据后再校正时钟，以便尽量减少丢数损失。

3.4 地电线路故障排除
3.4.1 断路现象分析
断路现象发生为室内线路焊接的松脱和室外线路的断落和脱离。

一般说来，如果没有供电电流就是供电线发生了断路，如果有供电电流没有供电电位就是测量线发生了断路。

不管是测量线或供电线发生了断路，都必须在观测室按先室外再室内的办法进行检查。

具体检查方法是：
先断开接线柱，再用兆欧表任意连接两根室外线路进行摇测，如果兆欧表的指示值为0，那么说明这两根室外线路是好的。

然后在这两根外线中任选一根，并一一和其它可能有问题的外线连接摇测。

如果摇测到哪根外线兆欧表不指0时，就是哪根外线发生了断路。

查出断路后，就可以到观测室外进行宏观查看或逐段检查。

如果室内外线路都查不出问题，但供电时供电电流开始较大，后来逐渐减小，或时大时小，在这种情况下，肯定是供电线有问题，而且很可能是导线和极板的连接处有松脱或锈断现象。

确定出某跟线有问题后，我们就可以到那跟线的极坑处进行接地电阻检查。

如果接地电阻比正常情况高出较多，一般是几倍甚至十几倍，如果地面上的接
头没有问题，那就肯定是该极板和导线接头处有松脱或锈断现象。

这时我们就可以挖开极坑，重新进行折压焊接。

如果是测量线发生以上情况时，往往是在测量仪器上的△V值时有时无，或时大时小，它的检查方法和供电线的检查方法一样。

3.4.2 漏电现象分析
按地电观测的要求，观测室应建在观测剖面的中心点。

但往往由于各种条件的限制，观测室不可能建在中心点。

在这种情况下，漏电可能更为复杂些，但我们可以根据电场的叠加原理和点电源的电位公式对具体情况作具体分析。

电场叠加原理：
是由实验总结出来的电场的一个基本性质：每一个点电荷激发的电场不因其他电荷的存在而改变。

如果一个电场是由若干个点电荷共同激发的，电场中某点的场强就等于各个点电荷所激发的电场强度的矢量和。

利用场强叠加原理，理论上可以计算任一带电体激发的电场在任意点的场。

可以看出，场点P的试探电荷q所受的力F，等于各个点电荷q1、q2、…、qn单独存在时电场施于试探电荷q的力F1、F2…、Fn之矢量和，即
F=F1+F2+…+Fn
当然，场点P的试探电荷q所受的总场强E，等于各个点电荷q1、q2、…、qn单独存在时在该点的场强之矢量和，即
E=E1+E2+…+En
地电观测技术中的电阻率方法，是通过A、B两个电极向地下供直流电来产生稳定电流场（称为人工电场），去测定地下电阻率的方法。

单个电极近似为点电源的电位公式为：
V=（ρI/2Π）*（l/R）
其中，ρ为介质的电阻率，I为供电电流，l为电极的入土深度，R为观测点到电极的距离。

在漏电情况发生后，我们要看△V的测值是增大还是减小，是否相反为负值等。

根据△V测值的情况，看是否各测道有漏电，或只有某个测道漏电。

如果各测道均有漏电，就有可能是仪器漏电，应对仪器进行检查。

如果只是某一个测道漏电，那就是线路漏电。

一般情况下，观测室在剖面（布极）的中心点，可减小由于引线过长增加的线路电阻和各种可能干扰的影响。

根据电场理论，测量线漏电会使△V值下降，供电线漏电会使△V值上升。

由于测量线拉线的距离一般都比供电线小的多，再加上由于测量线上的电位比较微弱，所以一般在供电线上产生漏电的时间比较多，在测量线上产生漏电的时间比较少。

而且在测量线上产生的漏电多半
在MN之间，也就是说，在测量线上产生漏电多半是使△V值下降。

在检查漏电时，不管在室内是否能确定出是哪条线漏电都要到室外进行查找。

在查找过程中，要看是否有高大树木或建筑等和导线接触，使导线胶皮磨破从而产生漏电。

或用兆欧表进行分段测量，直到找到漏电点。

在实际漏电检查中，我们应本着先室内后室外的原则，先在室内多做一些检查，以求得出正确的分析和判断，然后再到室外查找。

要得出正确的分析和判断，就要首先弄清地电的观测原理，地电场的电学理论，台站的线路布设和平时的具体观测情况。

在此基础上，查找漏电时才能得心应手，快速处理。

4 结语
地电观测系统比较复杂，地电观测系统故障现象也是多种多样的。

检修系统故障的速度在很大程度上取决于操作人员对系统工作程序的熟悉程度。

这就要求我们要熟悉仪器的工作原理和特点，在实际工作中加强对仪器的维护、外线路的巡查及观测环境保护等工作，只有这样，才能为地震分析预报提供可靠的第一手资料。

参考文献
[1] 中国地震局监测预报司.2002.地震电磁数字观测技术[M].北京:地震出版社.
[2] 中国地震局分析预报中心.ZD8B地电仪使用说明书[M].
[3] 中国地震局兰州地震研究所.WL-5N稳流电源使用说明书[M].。