一次雷雨天气过程导致自动气象站设备故障的排查与分析

一次雷雨天气过程导致自动气象站设备故障的排查与分析
摘要分析一次雷电天气过程引起的自动站设备故障的检查和排除，在该故障中，间接的雷击事件引起过电压，导致自动站采集器电源控制器、采集器主板和主机串口等一系列硬件设备被损毁，而且此次故障持续间隔24h，故障情况虽然较为少见，但是具有一定的典型性。

故障的处理和排查过程，对于今后避免自动气象站出现类似情况具有较好的指导性，而且如何将故障带来的损害降低至最低，确保自动气象站设备的正常运行具有较好的实际操作参考价值。

关键词雷雨天气；自动气象站；设备故障；排查；分析
近年来，各类自动气象站和遥测自动气象站系统已陆续在山东省各地市得到普及，使得气象要素的采集、处理、传输无需人工干预并且更加准确和及时，基本实现了地基气象探测技术的现代化。

但是，由于这些仪器设备的电子化程度高，结构复杂，长期在室外各类环境下工作，因此故障相对较多。

特别时在汛期，雷雨多发季节，经常受到雷电的袭击，设备的损毁率较高，甚至造成自动气象站系统的全面瘫痪。

因此，在雷电天气如何做好自动气象站的设备的维护，是目前气象技术装备工作中的一个亟待解决的问题。

1故障现象
2007年8月25日，淄博市周村区一次雷阵雨天气过程中导致周村区部分电网遭受雷击，气象局市电跳闸，瞬间断电，自动气象站系统随即也出现故障，地面测报软件主用微机显示：打开自动站失败，自动站初始化失败。

2故障处理过程
根据系统提示的信息，首先查看应用软件关于采集器型号的配置，确定配置信息是正确的，然后，重新启动机器，故障仍然存在。

后又更换为备用计算机，故障依旧，初步确定该故障与主机和系统软件和应用软件没有关系。

将故障定位在采集器和主机连接部分，查看采集器串口和串口隔离器，用万用表测量主机串口的4个连接针，发现主机串口有9V左右电压，而采集器RS232口的1针、3针也有电压输出，因此将通讯线上的串口隔离器摘除，计算机系统立即提示采集
器连接成功，数据开始接收和传输，该次故障定位为采集器的串口隔离器在雷电天气中受损不能工作。

测报业务用机与自动站连接示意图如图1。

但是，自动站系统持续工作了24h以后，系统提示又出现同样的故障。

按照前一天的操作执行后，仍然不能修复错误提示。

开始查看采集器内部的设备状态，发现主板已经不能启动，随之检查供电系统即主板的电源系统。

发现电源控制板状态灯、直流输出指示灯与充电指示灯频繁的闪烁。

通过使用万用电表，测量出主板电源220V交流电输入是正常，而电源板的输出直流电为6～18V，而且在上下跳变，同时也测得还有7V交流电输出，正常状态交流电压应该为0V，没有交流电输出。

因此，确定为电源的DY01控制板故障，致使该控制板不能起到转化和稳压作用。

正常的电源系统需要将220V的市电通过变压变为19V交流，然后经过电源控制板转化为12V的直流电，为采集器主板和电池系统供电，电源系统输出12V稳定的直流电提供给采集器主板使用。

确定故障原因后，更换新的电源控制板，经查看和测量电源已经处于正常状态。

但是，此时，采集器仍然没有反应，状态一直没有起来，经仔细检查，确定为采集器主板DT50已经损毁，不能工作。

当天重新购入采集器主板，设置好参数，拷机1h后安装，经检测，采集器状态一切恢复正常。

连接好所有设备后，仍然发现系统提示：与采集器连接失败。

开始通过万用表检查采集器至值班室通信电缆的连接情况，发现一切正常。

后将采集器连接至备用微机，连接状态立即恢复正常，应用软件恢复正常，数据开始传输，判断为主用机器的COM1口出现故障，后更换至主用微机的COM2口，同时更新软件设置，系统立即显示连接采集器成功，状态也显示正常，数据的采集和传输也恢复正常。

3故障原因分析
通过淄博市防雷中心进行现场检测，以及和华创客服工程师的远程沟通，本次故障基本定性为雷雨天气中，雷电击中输电线路，导致电网中断，产生过电压。

所谓过电压是指电源系统外部（主要是雷电）和系统内部工作造成的工作电压超过正常供电值，即为过电压。

暂态过电压存在的时间非常短，只有几十微秒的时间。

瞬间的过电压波将采集器的串口隔离器击毁。

同时采集器的电源控制板也被击坏，导致采集器电源控制板不能输出稳定的低压直流电。

系统故障之所以能够短时恢复，系统能够维持24h正常运行，主要是由于摘除了发生故障的串口隔离器后，主机和采集器的联机恢复正常，当时，虽然采集器主板电源控制器已经处于不正常状态，但是由于主板电池自身还留有一定的电量，能够维持采集器供电，后来电池电量消耗殆尽，当通过控制板使用市电供电时，损坏的电路控制板将极不稳定的电流输出，持续运行了一段时间，最终将采集器的主板线路损毁。

而后来主机COM1口的故障，应该是由于串口隔离器被
雷击损坏后，影响了主机串口，同时，系统故障修复期间频繁的带电插拔，也是导致COM1口出现故障的原因之一。

4结语
本次自动站故障虽然是分2次提示，间隔24h，但是均为同一故障所致，在此次故障中，该站导致近10h的正点数据未能及时传输，同时更换采集器主板、电源控制板、串口隔离器花费一共达高达近1.7万元，还不包括主机串口损毁造成的经济损失，同时故障也影响了正常的业务。

现将本次自动站故障排查和分析过程总结如下：
（1）在特殊天气过程中，特别是雷雨多发季节，要注意自动站设备的检查和巡视。

本次故障中，在系统出现第1次提示时，虽然将串口隔离器摘除，系统暂时处于正常状态，但当时采集器电源系统已经处于不正常状态。

状态灯和充电指示灯都在频繁闪动。

暂时由备用电池供电的情况下，采集器的状态指示灯是正常闪烁（每3s闪烁1次），采集器处于正常状态，但是，由于值班人员虽然也查看了采集器内的设备状态但是将电源状态指示灯和采集器状态指示灯混淆，误以为电源的运行状态是正常的。

在故障初期未能及时发现电源的不正常状态，导致主板被持续的不稳定的电压所损毁。

（2）采集器电源虽然带有防雷设施，但根据华创公司的工程师介绍，电源自带的防雷设备仅仅起到基本的防雷作用，对于像过电压这些瞬间的强电流的冲击时，是无法避免的。

因此，在雷电多发期，特别是雷暴时，及时切断交流电闸，自动站设备则自行转换为后备电源供电状态。

（3）在对计算机系统进行维护时，尽量减少带电插拔各类串口和并口。

本来这些设备就不是即插即用的，因此在使用外设或者进行设备切换时，一定不要心存侥幸热插拔配件，最好将计算机和外设的电源都关闭后，才能插拔外设。

就算是USB接口的设备，能不热插拔时尽量也不要热插拔，以避免不必要的损坏。

（4）有关技术人员利用下站维修和现场校准的机会，对自动站设备的维护工作多做技术上的指导；同时，还应督促台站健全规章制度、强化测报人员的工作责任心。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。