雨水自动遥测站常见故障分析及排除方法的探讨

靳 君，王宝童，董礼玮

（1.西安水文水资源勘测中心,陕西 西安 710100；2.延安水文水资源勘测中心,陕西 延安 716000）

1 柳林水文站雨量、水位一体化自动遥测站的组成

柳林水文站雨量、水位一体化自动遥测站主要由水位塔、检修平台及横臂、遥测终端机、翻斗雨量计、水位计、通信模块、4G 流量卡、太阳能光伏板、光伏板充电控制器、蓄电池、机箱、线缆、天线等组成。

2 柳林水文站雨量、水位一体化自动遥测站传感器工作原理

2.1 翻斗雨量传感器工作原理

用标准器口（内径Φ200 mm）采集自然界降雨量,降雨从雨量筒上端的承雨器口进入雨量筒汇集后,通过雨量筒漏斗,流入下方翻斗计量组件,按预先设计的感量（柳林水文站雨量翻斗计量组件为一斗0.2 mm）进行称重、计量,将mm的降雨量转换为重量g（或容积mL）的单元水量,使翻斗计量组件失去平衡翻转,并把水量排出器外。而每一次翻斗翻转,都会对干簧管磁场切断一次,每次切断会以开关量方式实时输出,供遥测终端机采集利用。

翻斗计量组件是一个机械式双稳态称重机构,若左边翻斗计量后翻转,把水量排出器外,同时由于翻斗重心发生变化,右边翻斗随即转入计量,按此方式不断地循环计量、输出信号,连续采集自然界降雨量,实现自然降雨量的连续、实时监测。

2.2 雷达水位传感器工作原理

雷达水位计的主要测量原理是雷达水位传感天线发射电磁波脉冲,其在空气介质中传播,遇到水面,在界面处将产生反射,部分电磁能被反射至发射源。经测定,电磁波在水位计和水面之间往返传播的时间为T,由于电磁波的传播速度C是个常数,因此可以测出水位计与水面之间的距离H。

雷达水位计记录脉冲波经历的时间T,而电磁波的传输速度为常数C,则可计算出雷达天线到水面的距离D=C×T/2；水底到雷达天线的距离是L,计算可得出水位高度H=L-D。

水位值需要在参数设置里增加基准高程,若不设置测到的是相对高程。

3 柳林水文站雨量、水位一体化自动遥测站的主要故障分类及其排除方法

在实践中,柳林水文站雨量、水位一体化自动遥测站在使用过程中出现很多不同原因、这样那样的问题,经过反复维修和多年养护经验,总结归纳出存在故障主要有以下五类,故障表现为数据时通时断、数据不通、畅通无量、数据精度不高、水位值固定不变、水位报大值（跳大值）。

3.1 电源故障

柳林水文站雨水自动遥测站供电系统由太阳能光伏板、光伏充电控制器、蓄电池组成,太阳能光伏板为蓄电池充电。如果出现蓄电池更换频繁,白天正常而阴天不正常,白天正常而晚上不正常。分析故障：一是太阳板供电不足；二是蓄电池蓄电能力不足；三是供电连接线问题。

排除方法：第一种情况,排除太阳板破损；排除太阳能板接线柱焊点是否氧化脱落；排除太阳能板是否遮档,用干净软布或者软餐巾纸清除太阳板硅晶表面杂物,保证表面清洁；再用万用表检查太阳板与光伏充电控制器连接线的太阳板供电电压是否正常,确保蓄电池的有效充电；第二种情况,断开太阳能充电板,用万用表检查蓄电池电压值,若低于11V,说明蓄电池电量亏损,需及时更换蓄电池；特别是电池使用时间过长已不能存储大量电能源,和白天充电电压过大。或者连阴雨期充电不足导致亏损,只能更换蓄电池。这种问题最常见；第三种情況,检查连接线是否氧化、生锈、断路,排除线路松动、断开或线路短路问题；如有问题及时重新整理接线或更换电线。

3.2 通信网络信号故障

柳林水文站自动遥测数据传输流程为,现场遥测终端机采集数据后,通过4G/GPRS/CDMA 网络传输到中心平台,中心平台部署为艾力泰尔遥测平台。故雨水自动遥测站和中心艾力泰尔遥测平台的稳定、及时通信是监测数据传输的重要保障,既是各站点监测数据能否上传的重点,也是考核雨水自动遥测站正常运行的重要指标。在例行维修养护时,需要提前查看中心艾力泰尔遥测平台上各站点的实时数据和历史监测数据,提前判断自动遥测站问题,如果某个站点无数据,而该站点基本信息供电正常,那么可以判断该站点通信问题；在现场可通过观察通信模块的工作指示灯颜色和闪烁频次来判断通信问题。通信网络信号故障变存在问题为,一是测试数据艾力泰尔遥测平台接收不到；二是遥测终端机屏幕显示网络连接时通时断,网络信号质量值偏小,艾力泰尔遥测平台测试报文时有时无,测试雨量数据偏小,接收数据时断时续。

排除方法：第一种情况,主要为SIM卡和遥测终端机问题,需要更换物联卡重新发送测试报；SIM 卡安装不正确,导致SIM 卡芯片接触不良,应重新安装SIM 卡；由于通信设备安装在狭小的空间里。高温容易导致SIM 卡槽变形,使得SIM卡芯片接触不良,这是最常遇到的现象,处理方法：卡槽适当位置垫纸片；遥测终端机设置不正确或IP 地址或端口号设置不正确,要按照艾力泰尔遥测平台正确的IP 地址和端口号设置遥测终端机；如是通信模块发生问题,及时更换通信模块。第二种情况,主要为信号问题,可以用不同移动信号的手机测试站点所在地运营商信号,选择信号质量值最大的运营商网络；也可在规范允许范围内移动站点或加装室外天线,条件允许情况下可改建为卫星站。

3.3 雨量计故障

目前水文系统所用雨量计主要是翻斗式，分辦率为0.2 mm 的雨量计,用以测量降雨量,雨量计翻斗切断干簧管磁场产生开关信息量计数传输,以满足信息记录、传输、显示的需求：以翻斗式雨量计为例。出现雨量数据明显偏小或者降雨后没有雨量数据,反之雨量计数据明显偏大或者错误的雨量数据特大值。还有一种常见现象,在小雨时总是出现连续不断的长历时最小量的数据,看起来一切正常。一般都是外雨量桶漏斗被泥土和枯叶堵塞,漏水很慢。

其问题有：一是雨量筒的集水器漏斗堵塞或即将堵塞；二是翻斗内有泥沙或其它杂物,落灰尘土板结,小虫结网；三是翻斗轴卡死；四是翻斗承雨不标准；五是干簧管消磁或损坏；六是雨量计接线柱连接断开或生锈脱落。

排除方法：第一二种问题,对雨量筒的集水器、滤网、漏斗、翻斗先取出,用小毛笔或小毛刷洗,喷壶大量喷水冲洗,用干净的软布擦干,翻斗背面擦干,再将翻斗安装恢复原位,用手轻拨查看是否正常翻转,避免由于操作或恢复不到位导致翻斗运行不正常。清洗防堵罩和滤网时,先将其取出,用清水洗净外筒,将防堵罩和滤网刷洗干净再放回外筒。第三种问题,可通过对翻斗轴螺丝调试,查看轴是否放在原位,通过拨动翻斗灵敏度可知；第四种问题,当雨量计数据偏小或偏大,在保证雨量筒水平的基础上,调整翻斗高低来纠正数据大小,翻斗下方有微调螺母,螺母升降来调节翻斗雨量多少,调节后必须进行最少三次注水测试检验,确保误差在±0.4 mm 范围内；第五种问题,用万用表蜂鸣档检查磁钢传输情况,拨动翻斗,万用表没有蜂鸣声说明干簧管问题,可以更换干簧管或者用雨量计另一边的备用干簧管；第六种问题,对雨量计接线柱重新接线；如果线缆老换更换新线缆,如果接线端子生锈严重直接更换接线端子。

3.4 水位计故障

柳林水文站,采用北京古大GDRD56 型高频雷达水位计,该水位计传感器由雷达微波解调系统和雷达微波脉冲发射天线两部分组成,在监测过程中,发生过水位数据接收不到、水位数据显示一个数值不变。最后归纳总结其原因有：一是水位计连接线缆松动或连接线断路；二是水位计传感器死机；三是水位计安装位置不垂直；四是蜜蜂搭窝飞虫织网堵塞。

排除方法：第一种问题,检查线路,重新接线,排除连接线断开、接口松动或者更换新线缆重新接线,保证连接线连接可靠；第二种问题,通过重新启动水位传感器或者重新启动遥测终端机来恢复正常运行；第三种问题,需要重新安装,并固定牢靠；第四种问题,当其他方法检查后依然无信号或者一直是一个恒定值。则检查横臂的水位计探头,查看喇叭口里是否有蜜蜂搭窝飞虫结网,清理干净。

还要检查水位计探头发射波束角是否太小,探头离水边是否太近,探头是否偏斜,水流是否脱流等。

3.5 遥测终端机故障

遥测终端机是雨水自动遥测站的运行大脑,连接各种传感器,对传感器监测到的数据有记录、存储、发送功能。每一个自动遥测站都必不可少。在电源、 通信信号、线缆连接正常的情况下,查看遥测终端机显示屏,不计数,不显示,时间停止或者黑屏,首先按重启键或断电来解决,如还不能排除,说明终端机有故障,需要用便携式电脑对终端机配置查看或从新配置,如重新配置后还不能解决问题那就需要更换终端机。

4 结语

近十年来,陕西省水文系统相继建成了一大批雨水自动遥测站,这些站点的投入运行,对雨量水位的监测进行了加密,特别是对局部小流域降雨天气可有效进行监测,弥补了我们常规监测网点的不足,同时也解放了人工观测的劳动强度,对雨水自动遥测站的常规故障及解决办法,我们要从先软件后硬件,先中心后终端,由近及远的方法,通过仔细观察设备的当前工作状态,初步判定故障部位和原因,为下一步排除问题制造条件,结果可供大家参考。