自動氣象站雷擊故障處理及防御

甄晴　章火寶

摘 要：在夏季雷暴多發季節，自動氣象站極易遭受雷擊出現故障，龍口國家基準氣候站現用的自動氣象站在一次強對流天氣中，采集器和計算機均遭雷擊出現故障。通過從物理故障和軟件故障兩方面入手，對故障原因進行了分析處理。并在此基礎上對自動氣象站觀測儀器設備進行相關雷電防護措施分析，以有效防范雷電災害，確保自動氣象站正常運行。

關鍵詞：雷擊；故障；采集器；通訊；避雷針；雷電防御

中圖分類號：P415.12 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0192-02

近年來，隨著科學技術和氣象業務能力的不斷提升，地面氣象觀測已基本實現自動化。自動氣象站的廣泛應用，為氣象資料的進一步量化和數據采集的穩定準確起到了很好的作用，同時也為氣象預報服務提供了更為豐富的資料。因此，維護自動氣象站的穩定運行就顯得更為重要。

自動氣象站安裝在室外，由大量電子設備構成，對電磁干擾敏感，抗雷電過電壓的能力脆弱，極易受到雷電損害，特別是在夏季雷暴多發季節，觀測場室雷電的防御以及遭雷擊后自動氣象站各類觀測儀器設備的及時維護維修就成為重中之重。

龍口國家基準氣候站的CAWS600型自動氣象站，在夏季的一次強對流天氣中遭受雷擊，停止工作，觀測場內采集器電源燈不亮，室內計算機上的OSSSMO軟件打不開。從室外自動站采集器、傳感器到室內計算機等逐項進行故障排查，分析處理。

1 采集器故障處理

采集器工作狀態指示燈D1，位于內機殼右上角。正常狀態為紅色，閃爍間隔為3秒。

1.1 故障現象

D1燈不亮。

1.2 處理步驟

檢查供電，正常值為12VDC。用萬用表測量供電電壓，供電電池輸入交流電壓220伏，輸出電壓12VDC。供電正常。然后，拔下采集器上所有傳感器插頭，只留供電端，重新開機，D1燈仍不亮，說明數據采集器DT500故障。

1.3 解決方法

更換數據采集器DT500。

2 通訊故障排查

2.1 故障現象

采集器恢復正常，OSSSMO軟件仍然無法打開。

2.2 處理步驟

更換采集器后，OSSSMO軟件仍然無法打開。將采集器直接連到筆記本上進行調試，數據均能正常傳輸到筆記本，說明采集器已經能夠正常采集數據。

首先從通訊線路上排查，懷疑串口隔離器被雷擊壞，更換新的串口隔離器，但軟件仍然無法打開。

在室內計算機上用串口調試軟件SSCOM32進行調試，給采集器發送命令，沒有反應，但每分鐘都會收到采集器發來的自動站分鐘數據，這說明現在計算機和采集器間的通訊，不能雙向通訊，只能由采集器向電腦發送數據，所以判斷計算機的通訊串口被雷擊出現故障。

2.3 解決方法

計算機主板上的通訊串口被雷擊壞，更換新的計算機。

3 軟件問題處理

3.1 故障

WIN7系統安裝OSSSMO軟件，出現數據下載不正常情況。

3.2 處理步驟

在新的計算機上（新計算機系統為32位WIN7系統，原來用的計算機是WIN98系統）安裝軟件，將原計算機上的軟件設置和數據均復制到新的計算機上，打開軟件。軟件通過自檢之后可以打開了，但是新的問題又出現了，不下載數據。

又用串口調試軟件SSCOM32進行調試，發送和接受數據均正常。檢查發現采集器時間和計算機時間不一致，遂重新校對采集器和計算機時間，數據下載正常。

待軟件運行了幾個小時之后，發現每個整點01分數據均下載失敗，其它時次均正常。檢查OSSSMO軟件設置沒有問題，通訊情況也都正常。

檢查計算機系統相關設置，對OSSSMO軟件運行是否有影響。最后發現，是WIN7系統限制了OSSSMO軟件的訪問權限。

3.3 處理方法

在“控制面板”的“系統和安全”下，更改“用戶賬戶控制設置”，使OSSSMO軟件有權限訪問計算機，更改和保存相關設置和數據，使OSSSMO軟件有權限訪問計算機，更改和保存相關設置和數據。重啟計算機后，數據下載正常。

4 自動氣象站存在的雷擊隱患分析

此次雷擊事故，屬于較嚴重的一次。不僅室外的采集器被雷擊壞，室內的計算機也通過通訊電纜將雷電電磁脈沖引入室內，將主板上的通訊串口擊壞。各類傳感器斷電重啟后均運行正常，沒有出現故障。

對于自動氣象站來說是技術性很強的綜合性電子電氣設備系統，它主要是集計算機計算處理數據、通信、數據存儲、數據自動采集、傳輸和數據存儲等技術為一體。因此，若防雷措施不當，極易遭受雷擊。

自動氣象站采集器和各氣象要素傳感器置于室外空曠的觀測場內，數據儲存和處理用計算機安裝在值班室內，室外采集器通過信號電纜與室內計算機相連接。

4.1 室外傳感器存在的雷擊隱患

室外傳感器有溫濕度傳感器、雨量傳感器、蒸發傳感器、地溫傳感器、能見度傳感器和風向風速傳感器等，不同傳感器都具有自身特點和布置環境，且這些傳感器處于開闊的觀測場內，四周無高大建筑物，百葉箱、能見度傳感器的探頭、安裝風向風速傳感器的風桿等都是觀測場上突出物體，而且風向風速傳感器探頭為金屬體，敏感度極高，極易引雷。盡管風桿上裝有避雷針或處于避雷針保護范圍內，但雷電擊中風桿時，感應電磁脈沖會沿著風桿連接的采集器傳輸電纜線入侵室內損壞室內設備等。觀測場安裝的避雷針設備遭到雷擊時會產生局部高電位，而地電位的反擊可損壞自動氣象站金屬探頭；而且避雷針遭雷擊還會產生強大的暫態電磁場，然后經溫濕度、雨量、地溫等傳感器信號電纜電磁耦合至弱電設備，致使其損壞。

4.2 室內采集器、計算機設備存在的雷擊隱患

雷電電磁脈沖入侵自動氣象站值班室內，會對室內的計算機、通訊盒等弱電設備造成損壞。雷電電磁脈沖沿連接采集器的傳輸線路進入室內損壞電子設備后，可致使自動氣象站系統處于癱瘓狀態；雷電電磁脈沖還可通過電源線路進入室內損壞電子電氣設備，而且室內不規范的接地系統，使得各電子設備之間存在一定的電位差，而造成電子設備等的損壞。

5 提高自動氣象站雷電防護措施

5.1 單獨設立避雷針

設計單獨避雷針可在較大程度上避免接閃雷擊對風傳感器和傳輸線的影響。防雷器在上方單獨增設避雷針，選用16米高度為宜，使避雷針與金屬管進行等電位連接后在觀測場地同存，確保整個觀測場設施均在避雷針的有效保護范圍內。安裝位置與周圍建筑物、設備之間應留有足夠的間距，確保避雷針在接閃時雷電流有單獨低阻抗泄放通道，對周圍其它設備無影響。一般選擇安裝到測風桿在觀測場所處的位置，避雷針與測風桿之間至少保持3米的距離。

5.2 做好接地防護

接地可有效防護直擊雷、感應雷等多種雷擊，良好的接地措施可以把雷電流泄入大地。根據自動站弱電子設備的特性，其防雷標準要求較高，接地電阻以小于4歐姆為宜。根據自動氣象站管線布局情況，使地網繞觀測場一周，沿著管道安裝接地體并預留接地端子。

5.3 地網鋪設

自動氣象站觀測場室的地網鋪設可采用獨立防雷或共地方式。

若采用防雷地網，則把防雷地敷設在觀測場外，與觀測場內的地網和線纜隔離，以減少對場內設備的干擾。

而常見的采用共地系統，地網由工作室地網和室外觀測場地地網構成，并對兩者進行不少于2處的等電位連接。若兩者之間間距大于100米可不連接，確保地網沖擊電阻符合要求即可。自動站觀測場的接地系統一般采用垂直接地體與水平接地體相結合的方式，接地埋入深度不小于0.5米。垂直接地體宜采用角鋼、圓鋼沿水平接地均勻、對稱分布。

參考文獻

[1]魏麗云.自動氣象站的雷電防護措施[J].科技傳播，2014，（17）：94-95.

[2]吳明江，牛萍.自動氣象站雷電防護分析與探討[J].氣象水文海洋儀器，2010，（2）：78-79.

[3]魏秀沒，崔倩，鄒林林，等.自動氣象站雷電防御存在的問題及對策[J].現代農業科技，2015，（9）：240-241.

[4]王萬金.CAWS600型自動氣象站的日常維護和故障檢測[J].現代農業科技，2013，（8）：238-239，241.

[5]李黃，王平，等.自動氣象站實用手冊[M].氣象出版社，2009.