區(qū)域氣象站冬季運(yùn)行的供電保障

程胤碩，李曉堂，孫　磊（綏化市氣象局，黑龍江 綏化152002）

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區(qū)域氣象站冬季運(yùn)行的供電保障

程胤碩，李曉堂，孫磊
（綏化市氣象局，黑龍江 綏化152002）

1　引言

由鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量站演變而來(lái)的區(qū)域自動(dòng)氣象站作為氣象觀測(cè)的一部分，正受到氣象部門(mén)及當(dāng)?shù)卣块T(mén)越來(lái)越多的重視。出于加密觀測(cè)的需要，原來(lái)只需要在汛期工作的區(qū)域氣象站已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿旯ぷ?，這就給區(qū)域氣象站的冬季保障提出了課題。作為祖國(guó)最北端的省份，黑龍江的冬季溫度普遍在零下二十多度，極端氣溫甚至達(dá)到零下四、五十度。自2005年安裝區(qū)域氣象站以來(lái)，低溫、尤其是冬季的極端低溫，對(duì)區(qū)域氣象站的影響很大。以綏化為例，冬季嚴(yán)寒嚴(yán)重時(shí)候，153個(gè)區(qū)域氣象站只有30個(gè)左右上線。經(jīng)分析認(rèn)為，區(qū)域氣象站嚴(yán)寒天氣不能上線的主要原因是電池供電問(wèn)題，所以必須找到合理的供電方式。

2　區(qū)域氣象站現(xiàn)有供電方式

考慮到野外工作的需要，且直接采用安裝地點(diǎn)的市電存在一些問(wèn)題，區(qū)域氣象站基本都設(shè)計(jì)成太陽(yáng)能板-蓄電池供電方式。白天，太陽(yáng)能板給機(jī)箱內(nèi)的蓄電池充電并同時(shí)給設(shè)備供電；夜晚，蓄電池給采集器等設(shè)備供電。這樣的設(shè)計(jì)保持了一定的獨(dú)立性，能夠自我循環(huán)運(yùn)行。不足的地方是因?yàn)槭艿教鞖庖蛩氐挠绊?，蓄電池不能完全充電，從而不能保障區(qū)域站的正常運(yùn)行。

3　探討區(qū)域氣象站新的供電方式

保障區(qū)域氣象站的正常供電，可以采取多種方法、多種措施。

3.1外接220 V市電方式

將區(qū)域氣象站的供電直接與市電相接，由市電代替太陽(yáng)能板給蓄電池進(jìn)行充電。這個(gè)方案是最初想到的。該方式對(duì)于安放在居民區(qū)內(nèi)或政府院內(nèi)的區(qū)域氣象站，實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不困難，購(gòu)買(mǎi)一個(gè)6 V穩(wěn)壓電源即可實(shí)現(xiàn)，但需要征得地方的同意。對(duì)于放置在野外或遠(yuǎn)離居民區(qū)的區(qū)域氣象站，單獨(dú)建一條電源線路幾乎是不可能的。況且，鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)的市電目前保障并不是太好。該方案對(duì)部分條件允許的地方還是可行的。

3.2電池外包裹方式

電池外包裹方式特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、易行。具體方法是：將防寒氈包裹在區(qū)域氣象站機(jī)箱的外面，起到抗低溫和抵御嚴(yán)寒的目的。為此，采購(gòu)防寒氈被，包裹對(duì)三個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)，其中有兩個(gè)站點(diǎn)是6 V站，一個(gè)站點(diǎn)是12 V站。試驗(yàn)結(jié)果是：嚴(yán)寒天氣到來(lái)時(shí)三個(gè)站點(diǎn)，其中兩個(gè)上線正常，一個(gè)有斷續(xù)上線情況。分析認(rèn)為：溫度在金屬物體上傳導(dǎo)比較快，外面的寒冷氣溫還是能很快地影響到機(jī)箱內(nèi)的蓄電池。所以外包裹方式并不能解決蓄電池實(shí)際的保暖問(wèn)題，不能提供正常的供電保障。

3.3電池地埋方式

根據(jù)圖1曲線所示，電池的有效容量在環(huán)境25℃是個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，-40℃時(shí)蓄電池的有效容量已不足20%。如果要保持50%以上的有效容量，蓄電池的環(huán)境溫度應(yīng)不低于-15℃，而50%的有效容量預(yù)計(jì)只能保證區(qū)域氣象站在陰天連續(xù)工作兩天。從歷年來(lái)的綏化冬季低溫情況來(lái)看，普遍在-20℃以下。如果要保證區(qū)域氣象站冬季的正常運(yùn)行，就必須對(duì)區(qū)域氣象站的蓄電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋亍?/p>

圖1　電池有效容量與環(huán)境溫度關(guān)系

在考慮電池保溫措施的時(shí)候，曾研究過(guò)對(duì)蓄電池外加熱，如包裹電熱毯類(lèi)的東西。因需要自動(dòng)控溫裝置，費(fèi)用較高，并且蓄電池提供的電能，也不能作為加熱電源來(lái)用。如果使用市電，又失去了給電池加熱的必要性。所以蓄電池外加熱的方案不可行。

將區(qū)域氣象站的供電電池從機(jī)箱里面挪到地下，從而避開(kāi)極端高溫或極端低溫對(duì)電池的影響。分析北林區(qū)2012年冬季最低溫度與地溫的走勢(shì)圖，可以清晰地看到，40 cm和80 cm深層地溫是緩慢下降的，與地溫的差值在20℃左右。尤其是在極端低溫出現(xiàn)時(shí)，二者的差距更為明顯。因此可以考慮將蓄電池埋在地下。

從蓄電池的技術(shù)指標(biāo)上來(lái)看，蓄電池的最佳工作環(huán)境溫度為15-40℃，電池使用性能最佳溫度為25℃，溫度每下降1℃，電池容量大約下降0.8%～1%。對(duì)比冬季40 cm和80 cm的深層地溫，二者差距不大，但40 cm的溫度更接近蓄電池的最佳工作溫度。

在進(jìn)行的電池地埋實(shí)驗(yàn)中，在40 cm和80 cm兩個(gè)深度各做了三個(gè)試驗(yàn)站，全年上線率符合省里的要求。在冬季獲得良好上線率的同時(shí)，汛期上線率也達(dá)到了相當(dāng)高的水平：永安、津河、東津、新華四個(gè)站點(diǎn)為100%，太平川為97.14%，紅旗為95.75%。分析這兩個(gè)上線率低的站點(diǎn)的情況來(lái)看：太平川前期電池箱進(jìn)水，前面有大樹(shù)遮擋，對(duì)電池充電不利；紅旗是天線出過(guò)故障。所以從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，電池地埋方式可以為區(qū)域氣象站冬季運(yùn)行提供良好的供電保障。

3.4電池替換方式

電解質(zhì)的比重與鉛酸蓄電池的充放電具有相關(guān)性。冬季的北方，當(dāng)硫酸濃度較低時(shí)，會(huì)使蓄電池的電解質(zhì)粘度增高，從而影響蓄電池的充放電性能（表1）。

表1　電解質(zhì)結(jié)冰點(diǎn)與硫酸濃度的關(guān)系

了解蓄電池電解液的特性，就可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同季節(jié)的外部溫度。目前使用的蓄電池基本都是密封免維護(hù)型，且調(diào)節(jié)電解質(zhì)的比重有一定的操作難度，可配備適應(yīng)不同季節(jié)的電池進(jìn)行定期更換，為保證冬季的正常使用，可專(zhuān)門(mén)定制適合冬季環(huán)境溫度較低時(shí)使用的蓄電池，電解質(zhì)比重調(diào)到較高的水平，可抵抗零下三十幾度的低溫。在冬季來(lái)臨時(shí)換上定制的冬季用電池，替換下來(lái)的蓄電池在第二年春天再換回來(lái)。換下來(lái)的蓄電池，保存在較低的溫度下（0-20℃），以保證蓄電池的有效容量下降較少，以便重復(fù)使用。從操作上來(lái)看，利用春秋兩季的檢修即可完成，也不增加太多的工作量。電池替換方式可以為區(qū)域氣象站冬季運(yùn)行提供良好的供電保障。

4　小結(jié)

本文重點(diǎn)探討了區(qū)域氣象站冬季供電保障問(wèn)題，提高了區(qū)域氣象站供電保障的可靠性，探索出了區(qū)域氣象站蓄電池在嚴(yán)寒天氣條件下維護(hù)的方法，將為各地區(qū)域氣象站冬季運(yùn)行保障提供一個(gè)有益的幫助。

文章編號(hào)：1002-252X（2016）02-0034-02

收稿日期：2016-3-1

第一作者簡(jiǎn)介：程胤碩（1981-），男，黑龍江省綏化市人，東北林業(yè)大學(xué)，本科生，工程師.