李青平 管琴 多杰卓么 羅智勇

1. 黃南藏族自治州氣象局 青海 同仁 811399

2. 青海省氣象臺 青海 西寧 810001

引言

澤庫縣國家氣象站在機房安裝UPS設(shè)備，在通電測試時觀測場內(nèi)多個設(shè)備同時出現(xiàn)故障，導(dǎo)致氣壓、地溫、溫濕度、能見度等多個觀測要素缺測。通過排查發(fā)現(xiàn)，機房零地電壓達67V。經(jīng)判斷，發(fā)生此次事故的直接原因是機房零線和地線間電壓過高，通電后瞬時高壓反擊至觀測場弱電設(shè)備接地端，導(dǎo)致多個設(shè)備燒毀或觸發(fā)了過壓保護程序。

1 故障發(fā)生原因和設(shè)備破壞程度簡述

青海省澤庫縣國家氣象觀測站采用的是無錫DZZ4新型自動氣象站，2020年12月15日，該站在通信機房安裝UPS設(shè)備，通電測試過程中值班員發(fā)現(xiàn)地面測報軟件中氣壓、地溫、氣溫、濕度、能見度等多個要素突然同時出現(xiàn)了缺測現(xiàn)象，由于是國家級氣象站，其觀測數(shù)據(jù)納入了中國氣象局通信質(zhì)量考核，數(shù)據(jù)的連續(xù)性至關(guān)重要，觀測員第一時間啟動備份站，發(fā)現(xiàn)備份站正常，并立即用備份站觀測數(shù)據(jù)替代主站數(shù)據(jù)發(fā)送報文。由于備份站只觀測常規(guī)六要素，而主站觀測是全要素，故需在最短時間內(nèi)恢復(fù)主站正常運行[1]。

2 故障排查診斷解決過程

2.1 強電部分故障排查

用萬用表測量主采集器交流供電電壓，發(fā)現(xiàn)220V交流供電只有209V，電壓有明顯拉低的現(xiàn)象，測量零地電壓數(shù)值顯示異常達67V，正常零地電壓應(yīng)在2V以內(nèi)，斷開新裝UPS接線恢復(fù)原線路供電，再次測量發(fā)現(xiàn)供電電壓為219V，零地電壓為0.3V，供電恢復(fù)正常，說明新的UPS供電線路存在問題，工作人員立刻通知廠家進行線路故障原因排查。

2.2 自動站故障解決

2.2.1 弱電部分故障排查，通過WUSH-BH主采集器直流弱電供電電壓測量，發(fā)現(xiàn)主采集器供電電壓為13.6V正常狀態(tài)，但氣壓、地溫、溫濕度、能見度等數(shù)據(jù)仍然缺測。在WUSHBH主采集器上分別測量氣壓、溫濕度，地溫端口供電情況，發(fā)現(xiàn)氣壓端口電壓為11.6V，電壓拉低了2V；溫濕度端口電壓為11.6V，拉低2V，地溫供電端口電壓只有2.4V，電壓拉低近11.2V。斷開主采集器上所有連接設(shè)備，測量各端口供電情況，電壓值則恢復(fù)正常供電，重新接入各端口設(shè)備，則又出現(xiàn)電壓被拉低情況。

2.2.2 各分采集器及傳感器故障排查。氣壓傳感器：在主采集器上斷開所有連接設(shè)備，只保留氣壓傳感器，用筆記本連接采集器串行通訊端口，在sscom32通信軟件中輸入samples測試命令，發(fā)現(xiàn)氣壓值仍然出現(xiàn)缺測符號，更換一臺氣壓傳感器，在主采集器氣壓端口測量電壓，沒有出現(xiàn)電壓拉低現(xiàn)象，重新讀取氣壓，氣壓恢復(fù)正常，故障解決，由此判斷氣壓傳感器燒毀。

溫濕度傳感器：在主采集器上斷開所有連接設(shè)備，只保留溫濕度分采集器，用筆記本連接采集器串行通信端口，在sscom32通信軟件中輸入samples測試命令，重啟溫濕度分采集器，溫度、濕度數(shù)據(jù)顯示正常，故障解決，由此判斷溫濕度分采集器自身觸發(fā)了過壓保護模式，重啟設(shè)備后恢復(fù)正常工作。

地溫分采集器：地溫分采集器電源指示燈未亮，經(jīng)測量供電端口電壓為13.6V，但分采集器端電壓只有2.4V，初步判斷電源防雷模塊可能已被零地電壓擊穿，斷開防雷模塊直接跨接地溫分采集器供電端口，地溫分采開始工作，用筆記本連接地溫分采集器串行通訊端口，在sscom32通信軟件中輸入samples測試命令，發(fā)現(xiàn)草溫、淺層地溫、深層地溫仍然缺測，更換新地溫分采集器再次測試，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，由此判斷，地溫分采集器和防雷模塊同時燒毀[2]。

能見度儀：由于能見度儀是通過RS232接口直接連接到WUSH-BH主采集器，主采集器端沒有供電端口，而是在傳感器端進行獨立供電，主采集器恢復(fù)正常后重啟能見度儀，能見度數(shù)據(jù)隨即恢復(fù)正常。由此判斷能見度儀觸發(fā)了過壓保護模式，重啟設(shè)備后恢復(fù)正常工作。

至此，各分采集器及傳感器故障全部排查完畢，用筆記本電腦在WUSH-BH主采集器端讀取數(shù)據(jù)，所有要素均恢復(fù)正常。主采集器也看似正常，但是在業(yè)務(wù)值班室計算機測報軟件上又出現(xiàn)了所有觀測要素同時缺測的現(xiàn)象，也就是新增了觀測場到值班室線路通信故障。

2.3 通訊故障排查

觀測場數(shù)據(jù)通過一條多模光纖實現(xiàn)通信，在值班室，安裝了光電轉(zhuǎn)換器，觀測數(shù)據(jù)通過光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換器，經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸出為RJ45網(wǎng)絡(luò)電信號，再通過網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)采集至計算機業(yè)務(wù)軟件。在觀測場，同樣安裝了光電轉(zhuǎn)換器，各種觀測數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成光信號發(fā)送到值班室實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間相互通信。

隨著近年來觀測要素不斷地增加，很多傳感器都是采用RS232串口進行通信，例如：天氣現(xiàn)象儀，日照儀、智能天氣現(xiàn)象識別儀等都采用串口與計算機進行通信。同時WUSH-BH主采集器也需要通過RS232串口與業(yè)務(wù)計算機實現(xiàn)通信。為了解決上述問題，廠家在觀測場設(shè)計了一臺串口服務(wù)器，該服務(wù)器內(nèi)集成了8個光口轉(zhuǎn)RSS32串口模塊，一個光口轉(zhuǎn)RJ45網(wǎng)口模塊，所有需要通過串口傳輸數(shù)據(jù)的傳感器和采集器都首先連接到串口模塊，串口模塊將數(shù)據(jù)匯聚到RJ45網(wǎng)絡(luò)模塊，RJ45模塊再和主光纖連接傳輸?shù)街蛋嗍覙I(yè)務(wù)計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)主通道通訊狀態(tài)排查：用紅光筆照射主光纖一端，在另一端看到明顯有紅光透出，說明光纖沒問題，再分別檢查計算機端和串口服務(wù)器端光電轉(zhuǎn)換模塊，發(fā)現(xiàn)兩端模塊狀態(tài)燈均正常。

主采集器到串口服務(wù)器通訊狀態(tài)排查：用紅光筆照射主光纖一端，在另一端看到明顯有紅光透出，說明光纖沒問題，再分別檢查WUSH-BH主采集器端和串口服務(wù)器端光電轉(zhuǎn)換模塊，發(fā)現(xiàn)兩端模塊狀態(tài)燈有異常，更換兩端通訊模塊再次進行觀察，發(fā)現(xiàn)故障仍未排除。感覺問題又回歸到WUSH-BH主采集器，雖然在其串口能夠讀出觀測數(shù)據(jù)，但是采集器和串口服務(wù)器之間卻無法通信，懷疑RS232與光纖轉(zhuǎn)換模塊間的接口被反電壓擊穿，隨即更換新主采集器再次進行測試，數(shù)據(jù)傳輸恢復(fù)正常，由此判斷WUSH-BH主采集器也被反電壓燒毀[3]。

3 結(jié)束語

此次故障從12月15日15時39分發(fā)生，到17日0時10分得到徹底解決，其中：WUSH-BH主采集器、氣壓傳感器、地溫傳感器、地溫傳感器防雷模塊被零地反電壓燒毀；溫濕度傳感器、能見度傳感器由于零地電壓過高觸發(fā)了自我保護模式。整個過程時間緊、難度大、問題復(fù)雜且發(fā)生面大，加之天氣寒冷室外溫度達到了-21℃，給排查工作帶來了不少困難。由于自動氣象站絕大多數(shù)采集器和傳感器都是弱電設(shè)備，對接地電壓和零地電壓的要求非常高，在供電線路升級改造或擴容的時一定要做好前期測試，以確保自動站設(shè)備的安全運行和數(shù)據(jù)的連續(xù)性。通過這次事故，鍛煉了裝備技術(shù)保障隊伍，所總結(jié)的經(jīng)驗也對今后的工作具有較好的指導(dǎo)意義。