贺州国家自动气象站一次雷击故障处理

侯江生，杨月英

(贺州市气象局，贺州542899)

0 引言

自动气象站是中国气象观测网的重要组成部分，特别是在地面气象观测中发挥重要作用，为天气预报和气象防灾减灾服务提供基础数据保障。2020-04-01起广西国家级地面气象观测站正式开展自动化改革业务运行工作，取消人工定时观测和日常守班等工作，因此保障气象观测的连续性和稳定性是目前气象保障工作的重心[1]。为更好地保障国家自动气象站设备稳定运行，吴明江[2]等、李建宇[3]等、孙百安[4]等、郭方[5]等、王淑兰[6]、邹哲馨[7]、贾锦龙[8]等对新型站的工作原理和故障诊断都做了相关研究和阐述。但是随着气象观测自动化观测设备不断增加，如降水天气现象仪、天气现象视频智能观测仪、光电式数字日照计、温度和降水多要素融合等设备的投入使用，对气象站设备抗雷击和抗干扰能力产生了不利的影响。

文章对2021-05-14贺州国家基本气象站遭遇1次强雷击后的故障处理进行分析，探讨快速排除故障的方法和设备恢复正常观测及数据处理方法，为气象保障人员处理类似故障提供参考，提高处理雷击故障维修时效，确保国家气象站观测连续性和稳定性。

1 DZZ5型国家自动气象站设备架构

DZZ5型自动气象站按照统一的标准、功能、结构、方法和规范的设计思路，做到各部件或模块互换，形成统一型号的第2代自动气象站。贺州国家气象站硬件部分主要包括：主采集器(1个主采集器和数个分采集器)、外部总线、传感器、外围设备和外部设备。具体通信线路如图1所示。

图1 自动气象站通信线路图

采用光纤传输方式可以提高传输信息的抗干扰能力，有效增加了传输距离(传统铜芯信号线信号随传输距离的增加而减弱)。但从通信线路图可以看出，综合硬件控制器成为数据传输的最重要节点，2020年后新增的观测设备都是直接通过他传输数据到电脑端。综合硬件控制器一旦出现故障，所有数据都会中断，国家站还有1根备份的通信线路，以保证应急情况下的观测数据传输。

2 故障现象及处理

2.1 故障现象

2021-05-14T13：30左右贺州市城区有强雷暴天气现象，13：37台站收到区气象局装备中心下发的台站13：36自动气象站各要素全部缺测的告警短信。保障人员13：52赶赴值班室，发现主站ISOS软件中新型自动气象站、降水天气现象、日照、视频智能观测仪采集均失败，无任何数据。保障人员重启观测场采集器、值班室电脑和采集软件后，故障仍存在。查看备份自动气象站(CAWS600型号)数据正常。因临近正点，考虑故障一时无法排除，故退出ISOS软件的传输客户端，不上传新型站数据，区气象局信息中心自动使用该时次的备份自动气象站数据代替。

2.2 故障处理过程和分析

2.2.1 值班室电脑端处理

因重启计算机和采集软件后发现数据还是无法采集，测试使用SMOPORT软件尝试连接综合硬件控制器，结果反馈连接失败，判断原因可能是通信、综合硬件控制器和主采集器发生故障。

2.2.2 综合硬件控制器故障处理

保障人员到观测场检查综合硬件，用万用表检查供电电压正常，其余端口未发现问题，于是重启综合硬件控制器，发现值班室电脑能够连通综合硬件控制器，但仍无法获取任何数据。判断主采集器与综合硬件控制器通信或者其他3个挂接仪器可能存在故障。

2.2.3 主采集器故障排查

首先为保证尽快获取最多的气象观测要素数据，保障人员使用备份通信线直连电脑和主采集器方式读取数据，调试助手显示数据只有发送无返回数据，大概率为采集器HY3000被雷击损坏，立即连接备份主采集器的RS-232-1、供电电源和气压测试。将通信线路改回主采集器-综合硬件控制器-值班室电脑的连接方式，值班员发现电脑还是无法获取主采集器的观测数据。由此推断主采集器与综合硬件控制器通信故障概率较大。

2.2.4 通信故障处理

保障人员先测试综合硬件控制器到主采集器之间的信号线通断情况，处理方法如下：将主采集器上RS-232-1端子上通信线拔出，将3根线任意短接，在综合硬件控制器端对应3个线芯测试导通情况，经测试，3根线缆信号线正常，判断综合硬件控制器PORT1口(接主采集器的)雷击后损坏，将其插入PORT2口(对应SMOPORT的COM12口)。值班员打开SMOPORT软件，检查COM12串口的串口设置参数是否正确，正确后将ISOS软件新型自动气象站串口号调整为COM12，此时电脑端正常获取主采集器传输的气象观测数据。启动ISOS软件传输客户端，让软件自动上传新型站分钟和小时数据。

2.2.5 天气现象视频智能观测仪故障处理

天气现象视频智能观测仪没有数据传回，先打开观测仪机箱，仔细检查发现空气开关跳闸，合上空气开关后，立刻听见观测仪清洁鱼眼摄像头的喷气声音，说明仪器正常启动，故障应该是强雷暴时空开保护器自动断开电源，导致观测仪断电无法采集和传输数据。

2.2.6 降水现象仪故障处理

降水现象仪也有单独的机箱，保障人员仔细检查机箱内部空开、输入输出电压、蓄电池和电源控制器，各个部件都正常，判断综合硬件控制器接入降水现象仪端口损坏。在综合硬件控制器机箱下更换降水现象仪接入口改为PORT4，值班员将电脑ISOS软件中降水天气现象的通信端口更改为COM14，在电脑上连接串口服务器(SMOPORT)，修改COM14串口的工作方式为RS-485。上述设置完成1 min后ISOS软件成功获取到降水现象仪实时数据。

2.2.7 光电式数字日照计故障处理

光电式数字日照计机箱内部由3部分组件：防雷板、信号转换器和电源控制开关。保障人员测量输入电压为3.7 V，但正常输入电压应为+12 V。在日照计电源控制箱内检查电源控制器，发现输入为220 V，负载输出却为直流3.7 V，判断电源控制器被雷击损坏，更换一个备份电源控制器后，ISOS正常获取日照计实时数据。

2.3 数据处理

因在故障处理期间，关闭过ISOS软件及传输客户端，导致有些分钟数据未下载和上传、有些小时正点数据使用的是备份站数据，需要重新下载数据，补发分钟数据和更正编发小时正点数据。下载完成历史数据后，先进行分钟数据补发，再补发小时正点数据。补发小时正点数据时，在自定义观测界面，选择时次，点击自动补调分钟和自动补调小时，核对正点数据是否正确(与备份站数据对比)，检查小时极值是否正确(从分钟数据查找)，修改为正确值后保存，直至在MDOS平台查看到CCA或CCB标志。数据处理需在MDOS平台备注。

3 结束语

1)雷电是影响国家自动气象站稳定运行的重要因素，对采集器、通信、地温分采干扰较大，因此国家自动气象站需要做好日常的防雷防护检查和防雷装置定期检测；

2)国家自动气象站遭遇雷击产生故障时应该按照故障产生的现象，结合国家自动气象站通信结构逐一排查，理清排查故障思路能有效提供故障处理时效，保证气象观测数据及时传输。