DNQ1型能见度仪在市电断电恢复后无法运行的故障分析
2021-12-31伍立坤李明辉朱润峰韩杳
伍立坤 李明辉 朱润峰 韩杳
1. 孝感市气象局 湖北 孝感 432100；2. 汉川市气象局 湖北 汉川 431600
引言
在新型自动站运行过程中，很多设备配备有独立供电系统，如能见度仪、主采集器、天气现象仪、自动日照计等设备。在这些设备的供电系统中，均需使用“朝阳电源”来完成交直流转换以及对蓄电池充放电控制等功能，4NIC-CD系列电源控制器即气象装备保障业务中俗称的“朝阳电源”。
在近期业务工作中，我市云梦站、汉川站均出现能见度仪因交流电断电时，改用蓄电池供电直至电池电量耗尽，但在后期交流电恢复后，设备仍无法正常运行的情况。后经排查故障原因为4NIC-CD系列电源控制器过放保护功能引起。
1 能见度仪供电系统构成
DNQ1型能见度仪供电系统由市电接入、空气开关及防雷器、电源控制器、12V7AH蓄电池、负载输出等构成，市电经空开接入电源控制器后，由电源控制器输出13.8V直流电源为蓄电池和负载供电，其中蓄电池和负载共用电源输出正极。当交流电断开后，直接采用蓄电池供电[1]。
2 过放保护功能原理
（1）铅酸蓄电池放电过程。现行业务运行中，蓄电池均采用铅酸蓄电池。铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、硫酸点解液以及栅板等组成，正极板上有活性物质二氧化铅，负极板上有活性物质铅，电解液为硫酸水溶液。在放电过程中正极二氧化铅、负极铅均与硫酸水发生化学反应，造成电子运动，并生成硫酸铅和水。在蓄电池过度放电时，硫酸铅大量附着在正极板上导致反应接触面积越来越小，同时电解液被不断生成的水稀释，导致无法开展逆反应，即电池充不进电。
（2）过放保护功能。为了防止蓄电池过放，导致蓄电池彻底失效，4NIC-CD系列电源控制器配备了过放保护功能，当蓄电池放电，导致电压降低至10.63V时，电源控制器将停止输出直流电流，切断负载，防止电池过放。此时因极板上电子得不到转移，开始发生溶解反应，电压又将逐渐升高，待到电池电压升至11.76V时，电源控制器将恢复输出直流电流，为蓄电池充电，并接入负载[2]。
3 故障分析
能见度仪蓄电池容量为7AH，即在理论情况下，使用7A电流输出1小时后，电池将彻底耗尽。而DNQ1型前向散射能见度仪总功率为80W（采集器15W、传感器3W、加热器65W），在不考虑加热器部分的情况下，功率为18W。根据电功率公式：
P=UI
其中蓄电池电压输出约为12V，可知蓄电池输出电流约为1.5A。即蓄电池维持1.5A电流输出，在理论情况，且蓄电池电量完全耗尽无法恢复的情况下，仅可维持设备工作4.7小时，而在冬季需启动加热器的情况下，维持设备工作时间将更短。
而在正常业务工作中，能见度仪蓄电池已运行超过2年，且电池容量小，导致蓄电池过放临界电压不断提升，过放电压已超过过电保护电压。当过放保护功能启动时，电池已过放电，无法回升电压。而过电保护功能需电压回升至11.76V才重新为其充电并接入负载，故当交流电断电时，改用蓄电池供电直至电池电量耗尽，但在后期交流电恢复后，设备仍无法正常运行[3]。
4 故障判定
（1）蓄电池内阻。蓄电池的内阻由欧姆极化（导体电阻）、电化学极化及浓差极化电阻3部分组成。随着电池老化，其内阻也逐渐增大，剩余容量也随之下降。当蓄电池容量剩余80%以下时，蓄电池便进入极速衰退阶段，而当蓄电池内阻超过标准值2倍时，蓄电池容量在其额定容量80%以下。
（2）故障判定方法。当出现交流电断电，改用蓄电池供电直至电池电量耗尽，但在后期交流电恢复后，能见度仪仍无法正常运行时，可使用蓄电池内阻测试仪测量蓄电池内阻。如发现蓄电池内阻超过标准值2倍时（12V7AH内阻标准值23mΩ），即蓄电池容量在其额定容量80%以下，此时可判定次故障为蓄电池老化过放，电源控制器过放保护后无法升压至保护电压，导致电源控制器无法给蓄电池充电并给负责供电[4]。
5 故障解决及供电系统优化方案
（1）故障解决方案。当判定次故障为蓄电池老化过放时，应及时更换蓄电池，因12V7AH蓄电池并非常用备件，可临时外接国家站和区域站常用的12V38AH或12V65AH蓄电池，恢复业务运行。但因蓄电池太大无法放入采集箱内，考虑外界下雨和露水影响导致电池短路，还需尽快购买12V7AH蓄电池，此电池常用于电动车和摩托车电瓶，可到相应店铺购买。
（2）供电系统优化方案。因能见度仪蓄电池容量偏小，容易发生过放情况，可对能见度仪供电系统进行优化，大体可分为三种方案。①在能见度立柱上再在挂一个电源箱，电源箱内放置38AH或65AH大容量蓄电池接入电源控制器。②将铅酸蓄电池替换为镉镍蓄电池，镉镍蓄电池相较于铅酸蓄电池具有较强的过充和过放电性能，且即使过放电后，经过活化处理后，任可正常使用。③更换电源控制器，购买没有过放保护功能的电源控制器。因12V7AH蓄电池价格较低，且交流电断电需蓄电池直接供电的情况较少发生，即使蓄电池过放，重新更换蓄电池即可[5]。
6 结束语
电源控制器广泛运用于气象要素自动观测设备中，并在设备供电系统中起到枢纽作用。通过对能见度仪因交流电断电时，改用蓄电池供电直至电池电量耗尽，但在后期交流电恢复后，设备仍无法正常运行的故障情况分析，能够有效提高基层业务人员对观测设备供电系统的认识，并为之后出现其他类似供电系统故障提供排除处理方向。
