澤庫縣氣象觀測站遭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 青海 西寧 810001

引言

澤庫縣國家氣象站在機房安裝UPS設備，在通電測試時觀測場內多個設備同時出現故障，導致氣壓、地溫、溫濕度、能見度等多個觀測要素缺測。通過排查發現，機房零地電壓達67V。經判斷，發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備接地端，導致多個設備燒毀或觸發了過壓保護程序。

1 故障發生原因和設備破壞程度簡述

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設備，通電測試過程中值班員發現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了缺測現象，由于是國家級氣象站，其觀測數據納入了中國氣象局通信質量考核，數據的連續性至關重要，觀測員第一時間啟動備份站，發現備份站正常，并立即用備份站觀測數據替代主站數據發送報文。由于備份站只觀測常規六要素，而主站觀測是全要素，故需在最短時間內恢復主站正常運行[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，發現220V交流供電只有209V，電壓有明顯拉低的現象，測量零地電壓數值顯示異常達67V，正常零地電壓應在2V以內，斷開新裝UPS接線恢復原線路供電，再次測量發現供電電壓為219V，零地電壓為0.3V，供電恢復正常，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，發現主采集器供電電壓為13.6V正常狀態，但氣壓、地溫、溫濕度、能見度等數據仍然缺測。在WUSHBH主采集器上分別測量氣壓、溫濕度，地溫端口供電情況，發現氣壓端口電壓為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備，測量各端口供電情況，電壓值則恢復正常供電，重新接入各端口設備，則又出現電壓被拉低情況。

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，發現氣壓值仍然出現缺測符號，更換一臺氣壓傳感器，在主采集器氣壓端口測量電壓，沒有出現電壓拉低現象，重新讀取氣壓，氣壓恢復正常，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、濕度數據顯示正常，故障解決，由此判斷溫濕度分采集器自身觸發了過壓保護模式，重啟設備后恢復正常工作。

地溫分采集器：地溫分采集器電源指示燈未亮，經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，發現草溫、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，數據恢復正常，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，主采集器恢復正常后重啟能見度儀，能見度數據隨即恢復正常。由此判斷能見度儀觸發了過壓保護模式，重啟設備后恢復正常工作。

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主采集器端讀取數據，所有要素均恢復正常。主采集器也看似正常，但是在業務值班室計算機測報軟件上又出現了所有觀測要素同時缺測的現象，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

觀測場數據通過一條多模光纖實現通信，在值班室，安裝了光電轉換器，觀測數據通過光纖將數據傳輸到光電轉換器，經過轉換輸出為RJ45網絡電信號，再通過網卡將數據采集至計算機業務軟件。在觀測場，同樣安裝了光電轉換器，各種觀測數據通過轉換器轉換成光信號發送到值班室實現數據之間相互通信。

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：天氣現象儀，日照儀、智能天氣現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串口與業務計算機實現通信。為了解決上述問題，廠家在觀測場設計了一臺串口服務器，該服務器內集成了8個光口轉RSS32串口模塊，一個光口轉RJ45網口模塊，所有需要通過串口傳輸數據的傳感器和采集器都首先連接到串口模塊，串口模塊將數據匯聚到RJ45網絡模塊，RJ45模塊再和主光纖連接傳輸到值班室業務計算機實現數據傳輸。

數據主通道通訊狀態排查：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器端光電轉換模塊，發現兩端模塊狀態燈均正常。

主采集器到串口服務器通訊狀態排查：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器端光電轉換模塊，發現兩端模塊狀態燈有異常，更換兩端通訊模塊再次進行觀察，發現故障仍未排除。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據，但是采集器和串口服務器之間卻無法通信，懷疑RS232與光纖轉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，數據傳輸恢復正常，由此判斷WUSH-BH主采集器也被反電壓燒毀[3]。

3 結束語

此次故障從12月15日15時39分發生，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了自我保護模式。整個過程時間緊、難度大、問題復雜且發生面大，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采集器和傳感器都是弱電設備，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，以確保自動站設備的安全運行和數據的連續性。通過這次事故，鍛煉了裝備技術保障隊伍，所總結的經驗也對今后的工作具有較好的指導意義。