泽库县气象观测站遭UPS零地电压反击故障排除概述

李青平 管琴 多杰卓么 罗智勇

1. 黄南藏族自治州气象局 青海 同仁 811399

2. 青海省气象台 青海 西宁 810001

引言

泽库县国家气象站在机房安装UPS设备，在通电测试时观测场内多个设备同时出现故障，导致气压、地温、温湿度、能见度等多个观测要素缺测。通过排查发现，机房零地电压达67V。经判断，发生此次事故的直接原因是机房零线和地线间电压过高，通电后瞬时高压反击至观测场弱电设备接地端，导致多个设备烧毁或触发了过压保护程序。

1 故障发生原因和设备破坏程度简述

青海省泽库县国家气象观测站采用的是无锡DZZ4新型自动气象站，2020年12月15日，该站在通信机房安装UPS设备，通电测试过程中值班员发现地面测报软件中气压、地温、气温、湿度、能见度等多个要素突然同时出现了缺测现象，由于是国家级气象站，其观测数据纳入了中国气象局通信质量考核，数据的连续性至关重要，观测员第一时间启动备份站，发现备份站正常，并立即用备份站观测数据替代主站数据发送报文。由于备份站只观测常规六要素，而主站观测是全要素，故需在最短时间内恢复主站正常运行[1]。

2 故障排查诊断解决过程

2.1 强电部分故障排查

用万用表测量主采集器交流供电电压，发现220V交流供电只有209V，电压有明显拉低的现象，测量零地电压数值显示异常达67V，正常零地电压应在2V以内，断开新装UPS接线恢复原线路供电，再次测量发现供电电压为219V，零地电压为0.3V，供电恢复正常，说明新的UPS供电线路存在问题，工作人员立刻通知厂家进行线路故障原因排查。

2.2 自动站故障解决

2.2.1 弱电部分故障排查，通过WUSH-BH主采集器直流弱电供电电压测量，发现主采集器供电电压为13.6V正常状态，但气压、地温、温湿度、能见度等数据仍然缺测。在WUSHBH主采集器上分别测量气压、温湿度，地温端口供电情况，发现气压端口电压为11.6V，电压拉低了2V；温湿度端口电压为11.6V，拉低2V，地温供电端口电压只有2.4V，电压拉低近11.2V。断开主采集器上所有连接设备，测量各端口供电情况，电压值则恢复正常供电，重新接入各端口设备，则又出现电压被拉低情况。

2.2.2 各分采集器及传感器故障排查。气压传感器：在主采集器上断开所有连接设备，只保留气压传感器，用笔记本连接采集器串行通讯端口，在sscom32通信软件中输入samples测试命令，发现气压值仍然出现缺测符号，更换一台气压传感器，在主采集器气压端口测量电压，没有出现电压拉低现象，重新读取气压，气压恢复正常，故障解决，由此判断气压传感器烧毁。

温湿度传感器：在主采集器上断开所有连接设备，只保留温湿度分采集器，用笔记本连接采集器串行通信端口，在sscom32通信软件中输入samples测试命令，重启温湿度分采集器，温度、湿度数据显示正常，故障解决，由此判断温湿度分采集器自身触发了过压保护模式，重启设备后恢复正常工作。

地温分采集器：地温分采集器电源指示灯未亮，经测量供电端口电压为13.6V，但分采集器端电压只有2.4V，初步判断电源防雷模块可能已被零地电压击穿，断开防雷模块直接跨接地温分采集器供电端口，地温分采开始工作，用笔记本连接地温分采集器串行通讯端口，在sscom32通信软件中输入samples测试命令，发现草温、浅层地温、深层地温仍然缺测，更换新地温分采集器再次测试，数据恢复正常，由此判断，地温分采集器和防雷模块同时烧毁[2]。

能见度仪：由于能见度仪是通过RS232接口直接连接到WUSH-BH主采集器，主采集器端没有供电端口，而是在传感器端进行独立供电，主采集器恢复正常后重启能见度仪，能见度数据随即恢复正常。由此判断能见度仪触发了过压保护模式，重启设备后恢复正常工作。

至此，各分采集器及传感器故障全部排查完毕，用笔记本电脑在WUSH-BH主采集器端读取数据，所有要素均恢复正常。主采集器也看似正常，但是在业务值班室计算机测报软件上又出现了所有观测要素同时缺测的现象，也就是新增了观测场到值班室线路通信故障。

2.3 通讯故障排查

观测场数据通过一条多模光纤实现通信，在值班室，安装了光电转换器，观测数据通过光纤将数据传输到光电转换器，经过转换输出为RJ45网络电信号，再通过网卡将数据采集至计算机业务软件。在观测场，同样安装了光电转换器，各种观测数据通过转换器转换成光信号发送到值班室实现数据之间相互通信。

随着近年来观测要素不断地增加，很多传感器都是采用RS232串口进行通信，例如：天气现象仪，日照仪、智能天气现象识别仪等都采用串口与计算机进行通信。同时WUSH-BH主采集器也需要通过RS232串口与业务计算机实现通信。为了解决上述问题，厂家在观测场设计了一台串口服务器，该服务器内集成了8个光口转RSS32串口模块，一个光口转RJ45网口模块，所有需要通过串口传输数据的传感器和采集器都首先连接到串口模块，串口模块将数据汇聚到RJ45网络模块，RJ45模块再和主光纤连接传输到值班室业务计算机实现数据传输。

数据主通道通讯状态排查：用红光笔照射主光纤一端，在另一端看到明显有红光透出，说明光纤没问题，再分别检查计算机端和串口服务器端光电转换模块，发现两端模块状态灯均正常。

主采集器到串口服务器通讯状态排查：用红光笔照射主光纤一端，在另一端看到明显有红光透出，说明光纤没问题，再分别检查WUSH-BH主采集器端和串口服务器端光电转换模块，发现两端模块状态灯有异常，更换两端通讯模块再次进行观察，发现故障仍未排除。感觉问题又回归到WUSH-BH主采集器，虽然在其串口能够读出观测数据，但是采集器和串口服务器之间却无法通信，怀疑RS232与光纤转换模块间的接口被反电压击穿，随即更换新主采集器再次进行测试，数据传输恢复正常，由此判断WUSH-BH主采集器也被反电压烧毁[3]。

3 结束语

此次故障从12月15日15时39分发生，到17日0时10分得到彻底解决，其中：WUSH-BH主采集器、气压传感器、地温传感器、地温传感器防雷模块被零地反电压烧毁；温湿度传感器、能见度传感器由于零地电压过高触发了自我保护模式。整个过程时间紧、难度大、问题复杂且发生面大，加之天气寒冷室外温度达到了-21℃，给排查工作带来了不少困难。由于自动气象站绝大多数采集器和传感器都是弱电设备，对接地电压和零地电压的要求非常高，在供电线路升级改造或扩容的时一定要做好前期测试，以确保自动站设备的安全运行和数据的连续性。通过这次事故，锻炼了装备技术保障队伍，所总结的经验也对今后的工作具有较好的指导意义。