自动气象观测场配电箱标准化设计

何兴林 谢建芳

(福建省永泰县气象局，福建 福州 350700)

进入21世纪，人工观测的时代已渐渐远去。随着科技的进步，气象观测仪器的自动化水平不断提高，各种自动化观测设备陆续增加，原来观测场简单的用电模式已经跟不上时代的步伐。《福建省气象局观测场室改造指南(2015年)》对配电箱的规格、尺寸等都没有作明确规定，各个台站根据自己的理解进行安装，配电箱的尺寸大小不一，有的安放在观测场内，有的安放在观测场外，十分不规范。因此，亟需设计一款科学的供电箱，形成标准化，以满足全省自动化观测设备用电的需要。

1 自动气象观测设备供电现状及其他用电需求

1.1 采集箱内供电

观测场中安装的两套主采型号为DZZ5的气象自动化观测设备采用同一组UPS供电，即UPS安装在室内，室内UPS输出220V的交流电到观测场分别为两套观测设备供电。其中，在电源输入总开关处并联安装了一个标称电流为20kA的浪涌保护器。220V的交流电输入朝阳电源，再变压成稳定的12V直流电输出，经过刀片开关，为主采供电，其中防雷板、光电转换模块等需要直流电的设备和主采供电并联；能见度、串口服务器、地温分采等从防雷板取电。

需要220V供电的降水现象仪、日照等设备从UPS总开关输入端取电。这种与主采的输入端并联在一起的方式，给设备维护维修带来极大不便。主要体现在：维护维修降水现象仪、日照等观测设备时，必须断掉观测设备的输入电源，这时势必会影响到主采的供电，造成不可预见的后果；而串口服务器需要的12V电源，需从防雷板上另外接入，防雷板上没有多余的电源输出端口，只能和其它的电源并联在一起，十分混乱，出现故障后排查比较麻烦。

不难看出，不论是直流电，还是交流电，供电都比较混乱，有不尽合理的地方。作为普通业务人员，是不可能弄清楚的。如果供电出现问题，只有相对专业的人员才能排除故障，最直接的后果是影响业务质量。福建省每月的质量通报会上，经常会听到因电源故障影响业务质量的通报。

蓄电池使用情况：根据主采的功率，主采箱一般情况下使用65AH、100AH的蓄电池，在交流电供电中断时为主采供电。交流电正常情况下为蓄电池浮充电。

蓄电池供电的时间十分有限。理想情况下，蓄电池可以单独为观测设备供电大约7天。计算公式：

T=C×U×0.8×0.9/W/T1

其中,T——供电时长；C——蓄电池容量；U——蓄电池输出电压；0.8——蓄电池放电系数、常量；0.9——逆变器转换效率；W——负载功率；T1为24小时。以蓄电池的容量65AH为例，采集器、能见度、串口服务器等设备的总功率大约为3.5W，供电时长=65×12×0.8×0.9/3.5/24=6.69(天)。

蓄电池实际情况供电可能只有几个小时。这是因为：①各种观测设备在不断增加，用电总功率在不断增大，用电时间自然减少；②蓄电池有可能因使用时间较长、性能下降、未按要求放电等因素，导致使用寿命大大缩减却未能及时发现。如果UPS断电，那么观测设备就有断电风险，数据就会缺失，造成不可估量的损失。

1.2 观测设备以外的供电

在观测场改造、设备安装、割草等过程中，会使用电焊机、冲击钻、割草机等大功率的电动工具，每次都是从室内临时引出220V的电源，不仅麻烦，也十分危险。所以在本次设计过程中也要考虑这个因素。

2 设计思路

此次设计的主要目的是在UPS故障断电的情况下，不论自动气象观测设备是需要交流220V、还是直流12V供电，市电都能为自动气象观测设备提供稳定的电源。由于自动气象观测设备是精密的电子设备，对输入电压、电流的要求比较高，所以主要考虑以下因素：

①能为多个自动气象观测设备同时提供不同需求的电源；

②能防止雷电波的入侵，避免损坏自动气象观测设备；

③为方便维护和维修，各个自动气象观测设备独立供电；既要考虑单套自动气象观测设备断电的情况，又要考虑两套自动气象观测设备同时断电的情况；

④自动观测设备供电与电动工具供电互不干扰。

3 配电箱的考量因素

3.1 配电箱的安装位置

根据《福建省气象局观测场室改造指南(2015年)》的要求，配电箱的位置在西北面。主要考虑观测场现有仪器的布局和新增观测设备的位置，适用就近原则。但是，配电箱不属于观测设备，并无严格要求，主要是根据实际情况，方便实用即可。

根据福州市气象局业务处的要求，配电箱应安装在采集箱附近，主要基于以下考虑：

①采集箱是整个观测场的核心部分，其他观测设备的供电应该以它为中心。原来为主采的供电的电缆一般只牵到采集箱处，没有预留太多电缆，配电箱安装在此处，工程量较小。

②根据观测场的总体布局，配电箱没有更合适的位置安装。如果离百叶箱、日照、地温等设施、观测设备太近，遮挡会使气温、相对湿度、日照、地温等数据失真。

③充分考虑地沟布局情况及各设备的位置关系等因素。在主采箱北面、设计安装配电箱的位置，标准观测场的地沟已经存在，无须破坏原有设计，十分方便。综上所述，配电箱应安装在紧贴采集箱的北面、风塔的东面，与采集箱并排的位置。

3.2 配电箱的外观及内部设计

从观测场的整体布局、美观及实际使用三方面考虑，配电箱的造型及大小应与采集箱基本一致。实际尺寸为高1.6m、长0.65m、宽0.55m。两套观测设备的配电部分独立，底部能放置两个100AH的蓄电池，所以在离地0.6m处水平设置一块隔板，作为上、下两部分的分区及上面部分的操作台面。在水平隔板上面正中间的位置设置一块竖直的隔板，面板面向东西方向，在面板上固定空开、朝阳电源、浪涌保护器、插座等设备。配电箱在野外使用，必须充分考虑坚固、防腐、防水、防鼠、通风等诸多因素。

线路设计：

观测场主站(西面配电图)拓扑图见图1(东面略)。

图1 观测场主站(西面配电图)拓扑图

主要通过UPS各个开关和市电各个开关的切换，实现使用UPS电源和使用市电状态的自由切换功能。

观测场主站(西面配电图)的具体线路设计如图2所示。

图2 观测场主站线路图

观测场备用站(东面配电图)的具体线路设计如图3所示。

图3 观测场备用站线路图

4 配电箱建成后的成果

配电箱建成后，与观测场的整体格调协调，融为一体，美观大方，并且不会影响各个气象传感器采集数据。

配电箱建成后，实现了以下功能：①UPS断电后，通过各个开关的配合，能够手动转换成市电供电，保障观测设备正常供电(UPS恢复供电后，可以随时切换回来，UPS和市电不会冲突，从而造成观测设备损坏)；②每个直流供电观测设备单独使用一个开关，便于开展维修维护工作；③每个交流供电观测设备单独使用一个开关，不影响采集器及其他需使用交流观测设备的供电，并且有利于开展维修维护工作；④观测设备以外的市电使用方便。观测设备不论是使用UPS供电，还是使用市电供电的状态，如使用割草机、切割机、冲击钻等，都不影响观测设备的正常运行。

5 结束语

配电箱的标准化设计，主要解决了原来交流电供电方式不合理、直流电供电方式杂乱无章等问题。随着气象服务要求的不断提高，观测场自动气象观测设备不断升级，在观测场配备标准化配电箱势在必行。希望观测场配电箱的标准化设计能得到推广使用，并在使用过程中提出宝贵意见，通过改进，使观测场配电箱的性能不断优化提高，为实现气象现代化做出更好的服务。