西沙CINRAD/SC型天氣雷達故障統計與分析

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，海口 570203)

0 引言

新一代天氣雷達系統建設是中國一項跨世紀的氣象現代化工程，至今為止，已經基本完成全國范圍內的組網，國內學者在雷達保障研究方面做了大量工作，總結并提出了許多寶貴經驗[1-12]，極大地提高了天氣雷達的維護維修效率。

西沙CINRAD/SC型天氣雷達于2006年12月通過了中國氣象局監測網絡司組織的專家組現場測試。在業務運行期間，成功監測南海各類重大災害性天氣過程，獲取了大量寶貴的監測資料，在天氣預報服務，尤其是南海災害性天氣監測預警、航線天氣預報、重大社會活動氣象保障及相關科學技術研究等工作中發揮了重要作用。文章對西沙 CINRAD/SC型天氣雷達在2007—2020年的故障分布情況進行了統計分析，旨在為新一代天氣雷達保障提供更好的維護維修經驗。

1 數據來源

文章的數據來源于2007—2020年海南省三沙市氣象局西沙雷達站記錄的故障信息。為確保故障數據的真實性和有效性，因光纖線路中斷、交流電壓不穩、計算機重啟、網絡病毒等雷達實際無故障發生的記錄不列入此次討論范圍。但由于保障人員操作不當引起的故障，如因儀器校準或參數設置錯誤而引起的設備故障或損壞等仍在考慮范圍內。

2 雷達故障系統分布

2.1 雷達故障時間分布特征

2.1.1 年變化情況

通過逐年統計西沙天氣雷達故障的發生次數可以看出，2007—2010年，雷達故障次數呈明顯上升趨勢，因為2010年之前西沙雷達站未配備專職的雷達機務人員，雷達保障工作由測報人員兼任，欠缺維護維修經驗和相關理論基礎，加之雷達系統在運行初期穩定性低，導致故障較多。隨著時間的推移，系統運行逐漸穩定，臺站也配備了專業的雷達機務人員，人員的保障能力顯著加強，維護和維修水平得到了很大提高。2013年西沙雷達正式列入國家局業務考核，汛期(4—10月)24 h開機運行。2015年故障次數有所增加，主要是因為雷達運行多年，系統性能明顯下降，多個部件的檢測結果無法達到指標要求，在更換匯流環、速調管和微波功放等備件后，雷達故障次數和故障持續時間均明顯下降，雷達處于相對穩定的運行狀態。

2.1.2 月變化情況

通過逐月統計西沙天氣雷達故障的發生次數，可以看出，雷達故障發生的主要時間為2—5月，主要集中在非汛期時段，每天運行時間維持在 5 h 左右，雖然開機時間少，但因每天要進行開關機操作，反而容易引發電子元器件故障。其中4—5月故障次數合計達到 38 次，主要是因為西沙雷達站每年汛前巡檢基本安排在4—5月進行，以保障雷達在主汛期能夠穩定運行，而很多設備在巡檢時才能檢測出性能指標不達標。其次，每年4月15日左右西沙雷達轉入汛期工作模式，需全天候 24 h開機，雷達負荷時間突然變長，因而故障次數較多。

2.2 雷達故障系統歸屬情況

據統計，2007—2020年西沙CINRAD/SC型天氣雷達共發生故障118次，將西沙雷達故障按分系統歸屬進行整理，得出西沙雷達各系統故障次數分別為：天伺系統44次、發射系統22次、接收系統16次、信號處理系統12次、監控采集系統9次、配電系統3次、標校系統2次及其他附屬設備10次。

由此可見，西沙天氣雷達的天伺系統和發射系統是故障高發區域，天伺系統大部分組件處于長期機械運轉狀態，而發射系統長時間處于高功率工作狀態，這兩個系統涉及部件非常多，信號傳輸鏈路復雜，應重點加強對匯流環、電機、伺服驅動器、微波功放和鈦泵電源等常見故障部件的日常維護與保養工作。

2.2.1 天伺系統故障

通過逐年統計天伺系統故障的發生次數，可以看出，2007—2013年，雷達天伺系統運行較不穩定，故障次數較多。2013年12月，由于雷達天伺系統電機出現故障，廠家技術人員無法及時上島修復，曾導致西沙天氣雷達停止觀測18 d。2014年7月，通過西沙新一代天氣雷達伺服系統升級改造項目建設，將直流伺服系統升級改造為交流伺服系統，有效增強了西沙雷達天伺系統的穩定性和可靠性。

2.2.2 發射系統故障

通過逐年統計發射系統故障的發生次數，可以看出，雷達發射系統故障次數呈逐年上升趨勢。主要是因為隨著雷達運行時間增加，且發射系統各部件長時間工作在高壓狀態下，雖然于2015年更換過速調管等關鍵部件，但整體性能仍在不斷下降。

2.2.3 接收系統故障

通過逐年統計接收系統故障的發生次數可以看出，雷達接收系統運行相對穩定。2015年故障次數較多(4次)，主要是因為雷達運行多年，接收系統性能明顯下降，部分指標無法達到要求，因此更換了頻綜(雙機)和機內功率計等備件。

2.2.4 信號處理系統故障

通過逐年統計信號處理系統故障的發生次數，可以看出，雷達信號處理系統故障次數呈下降趨勢。西沙CINRAD/SC天氣雷達信號處理器性能良好，隨著臺站機務人員維護和維修水平不斷提高，系統運行狀態逐漸趨于穩定。

2.2.5 監控采集系統故障

監控采集系統主要故障原因是采集分機部件故障和軟件故障(表1)。

2.2.6 配電系統故障

2007—2020年西沙天氣雷達配電系統共發生3次故障，故障大部分是由西沙電網電壓不穩定所致，具體情況如下：2013-08-24，雷達報“B相輸入”故障，故障原因為配電箱K5繼電器損壞，更換繼電器后故障解決；2015-01-17，雷達無法開啟低壓，故障原因為配電箱交流接觸器K1損壞，更換交流接觸器后故障解決；2016-03-05，雷達報“配電故障”，故障原因為配電箱交流接觸器損壞，更換交流接觸器后故障解決。

表1 西沙CINRAD/SC雷達監控采集系統故障情況統計

2.2.7 標校系統故障

2007—2020年西沙天氣雷達標校系統共發生2次故障，故障次數較少，具體情況如下：2008-04-14，機內噪聲系數測量值異常(169)，與實際情況不符，故障原因為噪聲源和+24 V電源接觸不良，清潔連接線接頭后恢復正常；2013-08-30，雷達無測試信號輸出，故障原因為RVP8和IFD接觸不良，清潔RVP8和IFD的連接接口，并更新RVP8各個硬件的驅動程序后故障解決。

2.2.8 附屬設備故障

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

表2 西沙CINRAD/SC雷達附屬設備故障情況統計

3 結束語

文章針對西沙CINRAD/SC型天氣雷達2007—2020年發生的故障次數及分布情況，逐年逐月分析雷達故障的時間變化特點，并對各個雷達分系統故障態勢進行了梳理，所得結論可為雷達機務人員提供借鑒。