DNQ1型能見度儀在市電斷電恢復(fù)后無法運(yùn)行的故障分析

伍立坤 李明輝 朱潤峰 韓杳

1. 孝感市氣象局 湖北 孝感 432100；2. 漢川市氣象局 湖北 漢川 431600

引言

在新型自動(dòng)站運(yùn)行過程中，很多設(shè)備配備有獨(dú)立供電系統(tǒng)，如能見度儀、主采集器、天氣現(xiàn)象儀、自動(dòng)日照計(jì)等設(shè)備。在這些設(shè)備的供電系統(tǒng)中，均需使用“朝陽電源”來完成交直流轉(zhuǎn)換以及對(duì)蓄電池充放電控制等功能，4NIC-CD系列電源控制器即氣象裝備保障業(yè)務(wù)中俗稱的“朝陽電源”。

在近期業(yè)務(wù)工作中，我市云夢站、漢川站均出現(xiàn)能見度儀因交流電斷電時(shí)，改用蓄電池供電直至電池電量耗盡，但在后期交流電恢復(fù)后，設(shè)備仍無法正常運(yùn)行的情況。后經(jīng)排查故障原因?yàn)?NIC-CD系列電源控制器過放保護(hù)功能引起。

1 能見度儀供電系統(tǒng)構(gòu)成

DNQ1型能見度儀供電系統(tǒng)由市電接入、空氣開關(guān)及防雷器、電源控制器、12V7AH蓄電池、負(fù)載輸出等構(gòu)成，市電經(jīng)空開接入電源控制器后，由電源控制器輸出13.8V直流電源為蓄電池和負(fù)載供電，其中蓄電池和負(fù)載共用電源輸出正極。當(dāng)交流電斷開后，直接采用蓄電池供電[1]。

2 過放保護(hù)功能原理

（1）鉛酸蓄電池放電過程。現(xiàn)行業(yè)務(wù)運(yùn)行中，蓄電池均采用鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池主要由正極板、負(fù)極板、硫酸點(diǎn)解液以及柵板等組成，正極板上有活性物質(zhì)二氧化鉛，負(fù)極板上有活性物質(zhì)鉛，電解液為硫酸水溶液。在放電過程中正極二氧化鉛、負(fù)極鉛均與硫酸水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成電子運(yùn)動(dòng)，并生成硫酸鉛和水。在蓄電池過度放電時(shí)，硫酸鉛大量附著在正極板上導(dǎo)致反應(yīng)接觸面積越來越小，同時(shí)電解液被不斷生成的水稀釋，導(dǎo)致無法開展逆反應(yīng)，即電池充不進(jìn)電。

（2）過放保護(hù)功能。為了防止蓄電池過放，導(dǎo)致蓄電池徹底失效，4NIC-CD系列電源控制器配備了過放保護(hù)功能，當(dāng)蓄電池放電，導(dǎo)致電壓降低至10.63V時(shí)，電源控制器將停止輸出直流電流，切斷負(fù)載，防止電池過放。此時(shí)因極板上電子得不到轉(zhuǎn)移，開始發(fā)生溶解反應(yīng)，電壓又將逐漸升高，待到電池電壓升至11.76V時(shí)，電源控制器將恢復(fù)輸出直流電流，為蓄電池充電，并接入負(fù)載[2]。

3 故障分析

能見度儀蓄電池容量為7AH，即在理論情況下，使用7A電流輸出1小時(shí)后，電池將徹底耗盡。而DNQ1型前向散射能見度儀總功率為80W（采集器15W、傳感器3W、加熱器65W），在不考慮加熱器部分的情況下，功率為18W。根據(jù)電功率公式：

P=UI

其中蓄電池電壓輸出約為12V，可知蓄電池輸出電流約為1.5A。即蓄電池維持1.5A電流輸出，在理論情況，且蓄電池電量完全耗盡無法恢復(fù)的情況下，僅可維持設(shè)備工作4.7小時(shí)，而在冬季需啟動(dòng)加熱器的情況下，維持設(shè)備工作時(shí)間將更短。

而在正常業(yè)務(wù)工作中，能見度儀蓄電池已運(yùn)行超過2年，且電池容量小，導(dǎo)致蓄電池過放臨界電壓不斷提升，過放電壓已超過過電保護(hù)電壓。當(dāng)過放保護(hù)功能啟動(dòng)時(shí)，電池已過放電，無法回升電壓。而過電保護(hù)功能需電壓回升至11.76V才重新為其充電并接入負(fù)載，故當(dāng)交流電斷電時(shí)，改用蓄電池供電直至電池電量耗盡，但在后期交流電恢復(fù)后，設(shè)備仍無法正常運(yùn)行[3]。

4 故障判定

（1）蓄電池內(nèi)阻。蓄電池的內(nèi)阻由歐姆極化（導(dǎo)體電阻）、電化學(xué)極化及濃差極化電阻3部分組成。隨著電池老化，其內(nèi)阻也逐漸增大，剩余容量也隨之下降。當(dāng)蓄電池容量剩余80%以下時(shí)，蓄電池便進(jìn)入極速衰退階段，而當(dāng)蓄電池內(nèi)阻超過標(biāo)準(zhǔn)值2倍時(shí)，蓄電池容量在其額定容量80%以下。

（2）故障判定方法。當(dāng)出現(xiàn)交流電斷電，改用蓄電池供電直至電池電量耗盡，但在后期交流電恢復(fù)后，能見度儀仍無法正常運(yùn)行時(shí)，可使用蓄電池內(nèi)阻測試儀測量蓄電池內(nèi)阻。如發(fā)現(xiàn)蓄電池內(nèi)阻超過標(biāo)準(zhǔn)值2倍時(shí)（12V7AH內(nèi)阻標(biāo)準(zhǔn)值23mΩ），即蓄電池容量在其額定容量80%以下，此時(shí)可判定次故障為蓄電池老化過放，電源控制器過放保護(hù)后無法升壓至保護(hù)電壓，導(dǎo)致電源控制器無法給蓄電池充電并給負(fù)責(zé)供電[4]。

5 故障解決及供電系統(tǒng)優(yōu)化方案

（1）故障解決方案。當(dāng)判定次故障為蓄電池老化過放時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換蓄電池，因12V7AH蓄電池并非常用備件，可臨時(shí)外接國家站和區(qū)域站常用的12V38AH或12V65AH蓄電池，恢復(fù)業(yè)務(wù)運(yùn)行。但因蓄電池太大無法放入采集箱內(nèi)，考慮外界下雨和露水影響導(dǎo)致電池短路，還需盡快購買12V7AH蓄電池，此電池常用于電動(dòng)車和摩托車電瓶，可到相應(yīng)店鋪購買。

（2）供電系統(tǒng)優(yōu)化方案。因能見度儀蓄電池容量偏小，容易發(fā)生過放情況，可對(duì)能見度儀供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，大體可分為三種方案。①在能見度立柱上再在掛一個(gè)電源箱，電源箱內(nèi)放置38AH或65AH大容量蓄電池接入電源控制器。②將鉛酸蓄電池替換為鎘鎳蓄電池，鎘鎳蓄電池相較于鉛酸蓄電池具有較強(qiáng)的過充和過放電性能，且即使過放電后，經(jīng)過活化處理后，任可正常使用。③更換電源控制器，購買沒有過放保護(hù)功能的電源控制器。因12V7AH蓄電池價(jià)格較低，且交流電斷電需蓄電池直接供電的情況較少發(fā)生，即使蓄電池過放，重新更換蓄電池即可[5]。

6 結(jié)束語

電源控制器廣泛運(yùn)用于氣象要素自動(dòng)觀測設(shè)備中，并在設(shè)備供電系統(tǒng)中起到樞紐作用。通過對(duì)能見度儀因交流電斷電時(shí)，改用蓄電池供電直至電池電量耗盡，但在后期交流電恢復(fù)后，設(shè)備仍無法正常運(yùn)行的故障情況分析，能夠有效提高基層業(yè)務(wù)人員對(duì)觀測設(shè)備供電系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并為之后出現(xiàn)其他類似供電系統(tǒng)故障提供排除處理方向。