甄晴　章火宝

摘 要：在夏季雷暴多发季节，自动气象站极易遭受雷击出现故障，龙口国家基准气候站现用的自动气象站在一次强对流天气中，采集器和计算机均遭雷击出现故障。通过从物理故障和软件故障两方面入手，对故障原因进行了分析处理。并在此基础上对自动气象站观测仪器设备进行相关雷电防护措施分析，以有效防范雷电灾害，确保自动气象站正常运行。

关键词：雷击；故障；采集器；通讯；避雷针；雷电防御

中图分类号：P415.12 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0192-02

近年来，随着科学技术和气象业务能力的不断提升，地面气象观测已基本实现自动化。自动气象站的广泛应用，为气象资料的进一步量化和数据采集的稳定准确起到了很好的作用，同时也为气象预报服务提供了更为丰富的资料。因此，维护自动气象站的稳定运行就显得更为重要。

自动气象站安装在室外，由大量电子设备构成，对电磁干扰敏感，抗雷电过电压的能力脆弱，极易受到雷电损害，特别是在夏季雷暴多发季节，观测场室雷电的防御以及遭雷击后自动气象站各类观测仪器设备的及时维护维修就成为重中之重。

龙口国家基准气候站的CAWS600型自动气象站，在夏季的一次强对流天气中遭受雷击，停止工作，观测场内采集器电源灯不亮，室内计算机上的OSSSMO软件打不开。从室外自动站采集器、传感器到室内计算机等逐项进行故障排查，分析处理。

1 采集器故障处理

采集器工作狀态指示灯D1，位于内机壳右上角。正常状态为红色，闪烁间隔为3秒。

1.1 故障现象

D1灯不亮。

1.2 处理步骤

检查供电，正常值为12VDC。用万用表测量供电电压，供电电池输入交流电压220伏，输出电压12VDC。供电正常。然后，拔下采集器上所有传感器插头，只留供电端，重新开机，D1灯仍不亮，说明数据采集器DT500故障。

1.3 解决方法

更换数据采集器DT500。

2 通讯故障排查

2.1 故障现象

采集器恢复正常，OSSSMO软件仍然无法打开。

2.2 处理步骤

更换采集器后，OSSSMO软件仍然无法打开。将采集器直接连到笔记本上进行调试，数据均能正常传输到笔记本，说明采集器已经能够正常采集数据。

首先从通讯线路上排查，怀疑串口隔离器被雷击坏，更换新的串口隔离器，但软件仍然无法打开。

在室内计算机上用串口调试软件SSCOM32进行调试，给采集器发送命令，没有反应，但每分钟都会收到采集器发来的自动站分钟数据，这说明现在计算机和采集器间的通讯，不能双向通讯，只能由采集器向电脑发送数据，所以判断计算机的通讯串口被雷击出现故障。

2.3 解决方法

计算机主板上的通讯串口被雷击坏，更换新的计算机。

3 软件问题处理

3.1 故障

WIN7系统安装OSSSMO软件，出现数据下载不正常情况。

3.2 处理步骤

在新的计算机上（新计算机系统为32位WIN7系统，原来用的计算机是WIN98系统）安装软件，将原计算机上的软件设置和数据均复制到新的计算机上，打开软件。软件通过自检之后可以打开了，但是新的问题又出现了，不下载数据。

又用串口调试软件SSCOM32进行调试，发送和接受数据均正常。检查发现采集器时间和计算机时间不一致，遂重新校对采集器和计算机时间，数据下载正常。

待软件运行了几个小时之后，发现每个整点01分数据均下载失败，其它时次均正常。检查OSSSMO软件设置没有问题，通讯情况也都正常。

检查计算机系统相关设置，对OSSSMO软件运行是否有影响。最后发现，是WIN7系统限制了OSSSMO软件的访问权限。

3.3 处理方法

在“控制面板”的“系统和安全”下，更改“用户账户控制设置”，使OSSSMO软件有权限访问计算机，更改和保存相关设置和数据，使OSSSMO软件有权限访问计算机，更改和保存相关设置和数据。重启计算机后，数据下载正常。

4 自动气象站存在的雷击隐患分析

此次雷击事故，属于较严重的一次。不仅室外的采集器被雷击坏，室内的计算机也通过通讯电缆将雷电电磁脉冲引入室内，将主板上的通讯串口击坏。各类传感器断电重启后均运行正常，没有出现故障。

对于自动气象站来说是技术性很强的综合性电子电气设备系统，它主要是集计算机计算处理数据、通信、数据存储、数据自动采集、传输和数据存储等技术为一体。因此，若防雷措施不当，极易遭受雷击。

自动气象站采集器和各气象要素传感器置于室外空旷的观测场内，数据储存和处理用计算机安装在值班室内，室外采集器通过信号电缆与室内计算机相连接。

4.1 室外传感器存在的雷击隐患

室外传感器有温湿度传感器、雨量传感器、蒸发传感器、地温传感器、能见度传感器和风向风速传感器等，不同传感器都具有自身特点和布置环境，且这些传感器处于开阔的观测场内，四周无高大建筑物，百叶箱、能见度传感器的探头、安装风向风速传感器的风杆等都是观测场上突出物体，而且风向风速传感器探头为金属体，敏感度极高，极易引雷。尽管风杆上装有避雷针或处于避雷针保护范围内，但雷电击中风杆时，感应电磁脉冲会沿着风杆连接的采集器传输电缆线入侵室内损坏室内设备等。观测场安装的避雷针设备遭到雷击时会产生局部高电位，而地电位的反击可损坏自动气象站金属探头；而且避雷针遭雷击还会产生强大的暂态电磁场，然后经温湿度、雨量、地温等传感器信号电缆电磁耦合至弱电设备，致使其损坏。

4.2 室内采集器、计算机设备存在的雷击隐患

雷电电磁脉冲入侵自动气象站值班室内，会对室内的计算机、通讯盒等弱电设备造成损坏。雷电电磁脉冲沿连接采集器的传输线路进入室内损坏电子设备后，可致使自动气象站系统处于瘫痪状态；雷电电磁脉冲还可通过电源线路进入室内损坏电子电气设备，而且室内不规范的接地系统，使得各电子设备之间存在一定的电位差，而造成电子设备等的损坏。

5 提高自动气象站雷电防护措施

5.1 单独设立避雷针

设计单独避雷针可在较大程度上避免接闪雷击对风传感器和传输线的影响。防雷器在上方单独增设避雷针，选用16米高度为宜，使避雷针与金属管进行等电位连接后在观测场地同存，确保整个观测场设施均在避雷针的有效保护范围内。安装位置与周围建筑物、设备之间应留有足够的间距，确保避雷针在接闪时雷电流有单独低阻抗泄放通道，对周围其它设备无影响。一般选择安装到测风杆在观测场所处的位置，避雷针与测风杆之间至少保持3米的距离。

5.2 做好接地防护

接地可有效防护直击雷、感应雷等多种雷击，良好的接地措施可以把雷电流泄入大地。根据自动站弱电子设备的特性，其防雷标准要求较高，接地电阻以小于4欧姆为宜。根据自动气象站管线布局情况，使地网绕观测场一周，沿着管道安装接地体并预留接地端子。

5.3 地网铺设

自动气象站观测场室的地网铺设可采用独立防雷或共地方式。

若采用防雷地网，则把防雷地敷设在观测场外，与观测场内的地网和线缆隔离，以减少对场内设备的干扰。

而常见的采用共地系统，地网由工作室地网和室外观测场地地网构成，并对两者进行不少于2处的等电位连接。若两者之间间距大于100米可不连接，确保地网冲击电阻符合要求即可。自动站观测场的接地系统一般采用垂直接地体与水平接地体相结合的方式，接地埋入深度不小于0.5米。垂直接地体宜采用角钢、圆钢沿水平接地均匀、对称分布。

参考文献

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