西沙CINRAD/SC型天氣雷達(dá)故障統(tǒng)計與分析

張建青，李昭春

(1.海南省三沙市氣象局，三沙 573100；2.海南省氣象探測中心，?？?570203)

0 引言

新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)是中國一項(xiàng)跨世紀(jì)的氣象現(xiàn)代化工程，至今為止，已經(jīng)基本完成全國范圍內(nèi)的組網(wǎng)，國內(nèi)學(xué)者在雷達(dá)保障研究方面做了大量工作，總結(jié)并提出了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)[1-12]，極大地提高了天氣雷達(dá)的維護(hù)維修效率。

西沙CINRAD/SC型天氣雷達(dá)于2006年12月通過了中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司組織的專家組現(xiàn)場測試。在業(yè)務(wù)運(yùn)行期間，成功監(jiān)測南海各類重大災(zāi)害性天氣過程，獲取了大量寶貴的監(jiān)測資料，在天氣預(yù)報服務(wù)，尤其是南海災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警、航線天氣預(yù)報、重大社會活動氣象保障及相關(guān)科學(xué)技術(shù)研究等工作中發(fā)揮了重要作用。文章對西沙 CINRAD/SC型天氣雷達(dá)在2007—2020年的故障分布情況進(jìn)行了統(tǒng)計分析，旨在為新一代天氣雷達(dá)保障提供更好的維護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)。

1 數(shù)據(jù)來源

文章的數(shù)據(jù)來源于2007—2020年海南省三沙市氣象局西沙雷達(dá)站記錄的故障信息。為確保故障數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性，因光纖線路中斷、交流電壓不穩(wěn)、計算機(jī)重啟、網(wǎng)絡(luò)病毒等雷達(dá)實(shí)際無故障發(fā)生的記錄不列入此次討論范圍。但由于保障人員操作不當(dāng)引起的故障，如因儀器校準(zhǔn)或參數(shù)設(shè)置錯誤而引起的設(shè)備故障或損壞等仍在考慮范圍內(nèi)。

2 雷達(dá)故障系統(tǒng)分布

2.1 雷達(dá)故障時間分布特征

2.1.1 年變化情況

通過逐年統(tǒng)計西沙天氣雷達(dá)故障的發(fā)生次數(shù)可以看出，2007—2010年，雷達(dá)故障次數(shù)呈明顯上升趨勢，因?yàn)?010年之前西沙雷達(dá)站未配備專職的雷達(dá)機(jī)務(wù)人員，雷達(dá)保障工作由測報人員兼任，欠缺維護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論基礎(chǔ)，加之雷達(dá)系統(tǒng)在運(yùn)行初期穩(wěn)定性低，導(dǎo)致故障較多。隨著時間的推移，系統(tǒng)運(yùn)行逐漸穩(wěn)定，臺站也配備了專業(yè)的雷達(dá)機(jī)務(wù)人員，人員的保障能力顯著加強(qiáng)，維護(hù)和維修水平得到了很大提高。2013年西沙雷達(dá)正式列入國家局業(yè)務(wù)考核，汛期(4—10月)24 h開機(jī)運(yùn)行。2015年故障次數(shù)有所增加，主要是因?yàn)槔走_(dá)運(yùn)行多年，系統(tǒng)性能明顯下降，多個部件的檢測結(jié)果無法達(dá)到指標(biāo)要求，在更換匯流環(huán)、速調(diào)管和微波功放等備件后，雷達(dá)故障次數(shù)和故障持續(xù)時間均明顯下降，雷達(dá)處于相對穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

2.1.2 月變化情況

通過逐月統(tǒng)計西沙天氣雷達(dá)故障的發(fā)生次數(shù)，可以看出，雷達(dá)故障發(fā)生的主要時間為2—5月，主要集中在非汛期時段，每天運(yùn)行時間維持在 5 h 左右，雖然開機(jī)時間少，但因每天要進(jìn)行開關(guān)機(jī)操作，反而容易引發(fā)電子元器件故障。其中4—5月故障次數(shù)合計達(dá)到 38 次，主要是因?yàn)槲魃忱走_(dá)站每年汛前巡檢基本安排在4—5月進(jìn)行，以保障雷達(dá)在主汛期能夠穩(wěn)定運(yùn)行，而很多設(shè)備在巡檢時才能檢測出性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。其次，每年4月15日左右西沙雷達(dá)轉(zhuǎn)入汛期工作模式，需全天候 24 h開機(jī)，雷達(dá)負(fù)荷時間突然變長，因而故障次數(shù)較多。

2.2 雷達(dá)故障系統(tǒng)歸屬情況

據(jù)統(tǒng)計，2007—2020年西沙CINRAD/SC型天氣雷達(dá)共發(fā)生故障118次，將西沙雷達(dá)故障按分系統(tǒng)歸屬進(jìn)行整理，得出西沙雷達(dá)各系統(tǒng)故障次數(shù)分別為：天伺系統(tǒng)44次、發(fā)射系統(tǒng)22次、接收系統(tǒng)16次、信號處理系統(tǒng)12次、監(jiān)控采集系統(tǒng)9次、配電系統(tǒng)3次、標(biāo)校系統(tǒng)2次及其他附屬設(shè)備10次。

由此可見，西沙天氣雷達(dá)的天伺系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)是故障高發(fā)區(qū)域，天伺系統(tǒng)大部分組件處于長期機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而發(fā)射系統(tǒng)長時間處于高功率工作狀態(tài)，這兩個系統(tǒng)涉及部件非常多，信號傳輸鏈路復(fù)雜，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對匯流環(huán)、電機(jī)、伺服驅(qū)動器、微波功放和鈦泵電源等常見故障部件的日常維護(hù)與保養(yǎng)工作。

2.2.1 天伺系統(tǒng)故障

通過逐年統(tǒng)計天伺系統(tǒng)故障的發(fā)生次數(shù)，可以看出，2007—2013年，雷達(dá)天伺系統(tǒng)運(yùn)行較不穩(wěn)定，故障次數(shù)較多。2013年12月，由于雷達(dá)天伺系統(tǒng)電機(jī)出現(xiàn)故障，廠家技術(shù)人員無法及時上島修復(fù)，曾導(dǎo)致西沙天氣雷達(dá)停止觀測18 d。2014年7月，通過西沙新一代天氣雷達(dá)伺服系統(tǒng)升級改造項(xiàng)目建設(shè)，將直流伺服系統(tǒng)升級改造為交流伺服系統(tǒng)，有效增強(qiáng)了西沙雷達(dá)天伺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2.2 發(fā)射系統(tǒng)故障

通過逐年統(tǒng)計發(fā)射系統(tǒng)故障的發(fā)生次數(shù)，可以看出，雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)故障次數(shù)呈逐年上升趨勢。主要是因?yàn)殡S著雷達(dá)運(yùn)行時間增加，且發(fā)射系統(tǒng)各部件長時間工作在高壓狀態(tài)下，雖然于2015年更換過速調(diào)管等關(guān)鍵部件，但整體性能仍在不斷下降。

2.2.3 接收系統(tǒng)故障

通過逐年統(tǒng)計接收系統(tǒng)故障的發(fā)生次數(shù)可以看出，雷達(dá)接收系統(tǒng)運(yùn)行相對穩(wěn)定。2015年故障次數(shù)較多(4次)，主要是因?yàn)槔走_(dá)運(yùn)行多年，接收系統(tǒng)性能明顯下降，部分指標(biāo)無法達(dá)到要求，因此更換了頻綜(雙機(jī))和機(jī)內(nèi)功率計等備件。

2.2.4 信號處理系統(tǒng)故障

通過逐年統(tǒng)計信號處理系統(tǒng)故障的發(fā)生次數(shù)，可以看出，雷達(dá)信號處理系統(tǒng)故障次數(shù)呈下降趨勢。西沙CINRAD/SC天氣雷達(dá)信號處理器性能良好，隨著臺站機(jī)務(wù)人員維護(hù)和維修水平不斷提高，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定。

2.2.5 監(jiān)控采集系統(tǒng)故障

監(jiān)控采集系統(tǒng)主要故障原因是采集分機(jī)部件故障和軟件故障(表1)。

2.2.6 配電系統(tǒng)故障

2007—2020年西沙天氣雷達(dá)配電系統(tǒng)共發(fā)生3次故障，故障大部分是由西沙電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定所致，具體情況如下：2013-08-24，雷達(dá)報“B相輸入”故障，故障原因?yàn)榕潆娤銴5繼電器損壞，更換繼電器后故障解決；2015-01-17，雷達(dá)無法開啟低壓，故障原因?yàn)榕潆娤浣涣鹘佑|器K1損壞，更換交流接觸器后故障解決；2016-03-05，雷達(dá)報“配電故障”，故障原因?yàn)榕潆娤浣涣鹘佑|器損壞，更換交流接觸器后故障解決。

表1 西沙CINRAD/SC雷達(dá)監(jiān)控采集系統(tǒng)故障情況統(tǒng)計

2.2.7 標(biāo)校系統(tǒng)故障

2007—2020年西沙天氣雷達(dá)標(biāo)校系統(tǒng)共發(fā)生2次故障，故障次數(shù)較少，具體情況如下：2008-04-14，機(jī)內(nèi)噪聲系數(shù)測量值異常(169)，與實(shí)際情況不符，故障原因?yàn)樵肼曉春?24 V電源接觸不良，清潔連接線接頭后恢復(fù)正常；2013-08-30，雷達(dá)無測試信號輸出，故障原因?yàn)镽VP8和IFD接觸不良，清潔RVP8和IFD的連接接口，并更新RVP8各個硬件的驅(qū)動程序后故障解決。

2.2.8 附屬設(shè)備故障

如表2所示，2007—2020年西沙天氣雷達(dá)附屬設(shè)備共發(fā)生10次故障，主要故障原因是柴油發(fā)電機(jī)故障(3次)、UPS故障(2次)和天線罩漏水(2次)。2018年3月，西沙天氣雷達(dá)天線罩漏水情況愈加嚴(yán)重，通過海南三沙雷達(dá)天線罩大修項(xiàng)目建設(shè)，更換了整套雷達(dá)天線罩。

表2 西沙CINRAD/SC雷達(dá)附屬設(shè)備故障情況統(tǒng)計

3 結(jié)束語

文章針對西沙CINRAD/SC型天氣雷達(dá)2007—2020年發(fā)生的故障次數(shù)及分布情況，逐年逐月分析雷達(dá)故障的時間變化特點(diǎn)，并對各個雷達(dá)分系統(tǒng)故障態(tài)勢進(jìn)行了梳理，所得結(jié)論可為雷達(dá)機(jī)務(wù)人員提供借鑒。