西沙CINRAD/SC型天气雷达故障统计与分析

2023-01-18张建青李昭春

气象水文海洋仪器 2022年4期

张建青，李昭春

(1.海南省三沙市气象局，三沙 573100；2.海南省气象探测中心，海口 570203)

0 引言

新一代天气雷达系统建设是中国一项跨世纪的气象现代化工程，至今为止，已经基本完成全国范围内的组网，国内学者在雷达保障研究方面做了大量工作，总结并提出了许多宝贵经验[1-12]，极大地提高了天气雷达的维护维修效率。

西沙CINRAD/SC型天气雷达于2006年12月通过了中国气象局监测网络司组织的专家组现场测试。在业务运行期间，成功监测南海各类重大灾害性天气过程，获取了大量宝贵的监测资料，在天气预报服务，尤其是南海灾害性天气监测预警、航线天气预报、重大社会活动气象保障及相关科学技术研究等工作中发挥了重要作用。文章对西沙 CINRAD/SC型天气雷达在2007—2020年的故障分布情况进行了统计分析，旨在为新一代天气雷达保障提供更好的维护维修经验。

1 数据来源

文章的数据来源于2007—2020年海南省三沙市气象局西沙雷达站记录的故障信息。为确保故障数据的真实性和有效性，因光纤线路中断、交流电压不稳、计算机重启、网络病毒等雷达实际无故障发生的记录不列入此次讨论范围。但由于保障人员操作不当引起的故障，如因仪器校准或参数设置错误而引起的设备故障或损坏等仍在考虑范围内。

2 雷达故障系统分布

2.1 雷达故障时间分布特征

2.1.1 年变化情况

通过逐年统计西沙天气雷达故障的发生次数可以看出，2007—2010年，雷达故障次数呈明显上升趋势，因为2010年之前西沙雷达站未配备专职的雷达机务人员，雷达保障工作由测报人员兼任，欠缺维护维修经验和相关理论基础，加之雷达系统在运行初期稳定性低，导致故障较多。随着时间的推移，系统运行逐渐稳定，台站也配备了专业的雷达机务人员，人员的保障能力显著加强，维护和维修水平得到了很大提高。2013年西沙雷达正式列入国家局业务考核，汛期(4—10月)24 h开机运行。2015年故障次数有所增加，主要是因为雷达运行多年，系统性能明显下降，多个部件的检测结果无法达到指标要求，在更换汇流环、速调管和微波功放等备件后，雷达故障次数和故障持续时间均明显下降，雷达处于相对稳定的运行状态。

2.1.2 月变化情况

通过逐月统计西沙天气雷达故障的发生次数，可以看出，雷达故障发生的主要时间为2—5月，主要集中在非汛期时段，每天运行时间维持在 5 h 左右，虽然开机时间少，但因每天要进行开关机操作，反而容易引发电子元器件故障。其中4—5月故障次数合计达到 38 次，主要是因为西沙雷达站每年汛前巡检基本安排在4—5月进行，以保障雷达在主汛期能够稳定运行，而很多设备在巡检时才能检测出性能指标不达标。其次，每年4月15日左右西沙雷达转入汛期工作模式，需全天候 24 h开机，雷达负荷时间突然变长，因而故障次数较多。

2.2 雷达故障系统归属情况

据统计，2007—2020年西沙CINRAD/SC型天气雷达共发生故障118次，将西沙雷达故障按分系统归属进行整理，得出西沙雷达各系统故障次数分别为：天伺系统44次、发射系统22次、接收系统16次、信号处理系统12次、监控采集系统9次、配电系统3次、标校系统2次及其他附属设备10次。

由此可见，西沙天气雷达的天伺系统和发射系统是故障高发区域，天伺系统大部分组件处于长期机械运转状态，而发射系统长时间处于高功率工作状态，这两个系统涉及部件非常多，信号传输链路复杂，应重点加强对汇流环、电机、伺服驱动器、微波功放和钛泵电源等常见故障部件的日常维护与保养工作。

2.2.1 天伺系统故障

通过逐年统计天伺系统故障的发生次数，可以看出，2007—2013年，雷达天伺系统运行较不稳定，故障次数较多。2013年12月，由于雷达天伺系统电机出现故障，厂家技术人员无法及时上岛修复，曾导致西沙天气雷达停止观测18 d。2014年7月，通过西沙新一代天气雷达伺服系统升级改造项目建设，将直流伺服系统升级改造为交流伺服系统，有效增强了西沙雷达天伺系统的稳定性和可靠性。

2.2.2 发射系统故障

通过逐年统计发射系统故障的发生次数，可以看出，雷达发射系统故障次数呈逐年上升趋势。主要是因为随着雷达运行时间增加，且发射系统各部件长时间工作在高压状态下，虽然于2015年更换过速调管等关键部件，但整体性能仍在不断下降。

2.2.3 接收系统故障

通过逐年统计接收系统故障的发生次数可以看出，雷达接收系统运行相对稳定。2015年故障次数较多(4次)，主要是因为雷达运行多年，接收系统性能明显下降，部分指标无法达到要求，因此更换了频综(双机)和机内功率计等备件。

2.2.4 信号处理系统故障

通过逐年统计信号处理系统故障的发生次数，可以看出，雷达信号处理系统故障次数呈下降趋势。西沙CINRAD/SC天气雷达信号处理器性能良好，随着台站机务人员维护和维修水平不断提高，系统运行状态逐渐趋于稳定。

2.2.5 监控采集系统故障

监控采集系统主要故障原因是采集分机部件故障和软件故障(表1)。

2.2.6 配电系统故障

2007—2020年西沙天气雷达配电系统共发生3次故障，故障大部分是由西沙电网电压不稳定所致，具体情况如下：2013-08-24，雷达报“B相输入”故障，故障原因为配电箱K5继电器损坏，更换继电器后故障解决；2015-01-17，雷达无法开启低压，故障原因为配电箱交流接触器K1损坏，更换交流接触器后故障解决；2016-03-05，雷达报“配电故障”，故障原因为配电箱交流接触器损坏，更换交流接触器后故障解决。

表1 西沙CINRAD/SC雷达监控采集系统故障情况统计

2.2.7 标校系统故障

2007—2020年西沙天气雷达标校系统共发生2次故障，故障次数较少，具体情况如下：2008-04-14，机内噪声系数测量值异常(169)，与实际情况不符，故障原因为噪声源和+24 V电源接触不良，清洁连接线接头后恢复正常；2013-08-30，雷达无测试信号输出，故障原因为RVP8和IFD接触不良，清洁RVP8和IFD的连接接口，并更新RVP8各个硬件的驱动程序后故障解决。

2.2.8 附属设备故障

如表2所示，2007—2020年西沙天气雷达附属设备共发生10次故障，主要故障原因是柴油发电机故障(3次)、UPS故障(2次)和天线罩漏水(2次)。2018年3月，西沙天气雷达天线罩漏水情况愈加严重，通过海南三沙雷达天线罩大修项目建设，更换了整套雷达天线罩。