澤庫(kù)縣氣象觀測(cè)站遭UPS零地電壓反擊故障排除概述

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(tái) 青海 西寧 810001

引言

澤庫(kù)縣國(guó)家氣象站在機(jī)房安裝UPS設(shè)備，在通電測(cè)試時(shí)觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致氣壓、地溫、溫濕度、能見(jiàn)度等多個(gè)觀測(cè)要素缺測(cè)。通過(guò)排查發(fā)現(xiàn)，機(jī)房零地電壓達(dá)67V。經(jīng)判斷，發(fā)生此次事故的直接原因是機(jī)房零線和地線間電壓過(guò)高，通電后瞬時(shí)高壓反擊至觀測(cè)場(chǎng)弱電設(shè)備接地端，導(dǎo)致多個(gè)設(shè)備燒毀或觸發(fā)了過(guò)壓保護(hù)程序。

1 故障發(fā)生原因和設(shè)備破壞程度簡(jiǎn)述

青海省澤庫(kù)縣國(guó)家氣象觀測(cè)站采用的是無(wú)錫DZZ4新型自動(dòng)氣象站，2020年12月15日，該站在通信機(jī)房安裝UPS設(shè)備，通電測(cè)試過(guò)程中值班員發(fā)現(xiàn)地面測(cè)報(bào)軟件中氣壓、地溫、氣溫、濕度、能見(jiàn)度等多個(gè)要素突然同時(shí)出現(xiàn)了缺測(cè)現(xiàn)象，由于是國(guó)家級(jí)氣象站，其觀測(cè)數(shù)據(jù)納入了中國(guó)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(cè)員第一時(shí)間啟動(dòng)備份站，發(fā)現(xiàn)備份站正常，并立即用備份站觀測(cè)數(shù)據(jù)替代主站數(shù)據(jù)發(fā)送報(bào)文。由于備份站只觀測(cè)常規(guī)六要素，而主站觀測(cè)是全要素，故需在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)主站正常運(yùn)行[1]。

2 故障排查診斷解決過(guò)程

2.1 強(qiáng)電部分故障排查

用萬(wàn)用表測(cè)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(cè)量零地電壓數(shù)值顯示異常達(dá)67V，正常零地電壓應(yīng)在2V以內(nèi)，斷開(kāi)新裝UPS接線恢復(fù)原線路供電，再次測(cè)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(shuō)明新的UPS供電線路存在問(wèn)題，工作人員立刻通知廠家進(jìn)行線路故障原因排查。

2.2 自動(dòng)站故障解決

2.2.1 弱電部分故障排查，通過(guò)WUSH-BH主采集器直流弱電供電電壓測(cè)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(jiàn)度等數(shù)據(jù)仍然缺測(cè)。在WUSHBH主采集器上分別測(cè)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(kāi)主采集器上所有連接設(shè)備，測(cè)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(kāi)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(cè)試命令，發(fā)現(xiàn)氣壓值仍然出現(xiàn)缺測(cè)符號(hào)，更換一臺(tái)氣壓傳感器，在主采集器氣壓端口測(cè)量電壓，沒(méi)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(kāi)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(cè)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(guò)壓保護(hù)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(cè)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(kāi)防雷模塊直接跨接地溫分采集器供電端口，地溫分采開(kāi)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(cè)試命令，發(fā)現(xiàn)草溫、淺層地溫、深層地溫仍然缺測(cè)，更換新地溫分采集器再次測(cè)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(shí)燒毀[2]。

能見(jiàn)度儀：由于能見(jiàn)度儀是通過(guò)RS232接口直接連接到WUSH-BH主采集器，主采集器端沒(méi)有供電端口，而是在傳感器端進(jìn)行獨(dú)立供電，主采集器恢復(fù)正常后重啟能見(jiàn)度儀，能見(jiàn)度數(shù)據(jù)隨即恢復(fù)正常。由此判斷能見(jiàn)度儀觸發(fā)了過(guò)壓保護(hù)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(jì)算機(jī)測(cè)報(bào)軟件上又出現(xiàn)了所有觀測(cè)要素同時(shí)缺測(cè)的現(xiàn)象，也就是新增了觀測(cè)場(chǎng)到值班室線路通信故障。

2.3 通訊故障排查

觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)一條多模光纖實(shí)現(xiàn)通信，在值班室，安裝了光電轉(zhuǎn)換器，觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換輸出為RJ45網(wǎng)絡(luò)電信號(hào)，再通過(guò)網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)采集至計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)軟件。在觀測(cè)場(chǎng)，同樣安裝了光電轉(zhuǎn)換器，各種觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成光信號(hào)發(fā)送到值班室實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間相互通信。

隨著近年來(lái)觀測(cè)要素不斷地增加，很多傳感器都是采用RS232串口進(jìn)行通信，例如：天氣現(xiàn)象儀，日照儀、智能天氣現(xiàn)象識(shí)別儀等都采用串口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。同時(shí)WUSH-BH主采集器也需要通過(guò)RS232串口與業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。為了解決上述問(wèn)題，廠家在觀測(cè)場(chǎng)設(shè)計(jì)了一臺(tái)串口服務(wù)器，該服務(wù)器內(nèi)集成了8個(gè)光口轉(zhuǎn)RSS32串口模塊，一個(gè)光口轉(zhuǎn)RJ45網(wǎng)口模塊，所有需要通過(guò)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(jì)算機(jī)實(shí)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(shuō)明光纖沒(méi)問(wèn)題，再分別檢查計(jì)算機(jī)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(shuō)明光纖沒(méi)問(wèn)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(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)故障仍未排除。感覺(jué)問(wèn)題又回歸到WUSH-BH主采集器，雖然在其串口能夠讀出觀測(cè)數(shù)據(jù)，但是采集器和串口服務(wù)器之間卻無(wú)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(jìn)行測(cè)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(yǔ)

此次故障從12月15日15時(shí)39分發(fā)生，到17日0時(shí)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(jiàn)度傳感器由于零地電壓過(guò)高觸發(fā)了自我保護(hù)模式。整個(gè)過(guò)程時(shí)間緊、難度大、問(wèn)題復(fù)雜且發(fā)生面大，加之天氣寒冷室外溫度達(dá)到了-21℃，給排查工作帶來(lái)了不少困難。由于自動(dòng)氣象站絕大多數(shù)采集器和傳感器都是弱電設(shè)備，對(duì)接地電壓和零地電壓的要求非常高，在供電線路升級(jí)改造或擴(kuò)容的時(shí)一定要做好前期測(cè)試，以確保自動(dòng)站設(shè)備的安全運(yùn)行和數(shù)據(jù)的連續(xù)性。通過(guò)這次事故，鍛煉了裝備技術(shù)保障隊(duì)伍，所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)也對(duì)今后的工作具有較好的指導(dǎo)意義。