莫炳建

（廣西柳州市水文水資源局，廣西 柳州 545001）

0 引言

廣西柳州市水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由柳州市洪水預(yù)警預(yù)報(bào)，西江中下游預(yù)警預(yù)報(bào)，廣西中小河流水文監(jiān)測(cè)、墑情和地下水監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)組成，設(shè)有1個(gè)中心站和200多個(gè)遙測(cè)站，采用 GPRS/GSM 通信方式，實(shí)現(xiàn)各遙測(cè)站的雨、水情數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和存貯，并向中心站發(fā)送；可接收中心站召測(cè)和遠(yuǎn)地編程指令，并通過(guò) GPRS 信道遠(yuǎn)程批量提取水位和雨量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的建成大大提高了洪水預(yù)報(bào)精度和工作效率，保證及時(shí)準(zhǔn)確地收集雨水情信息，為柳州市及下游防汛部門(mén)提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的水情信息和洪水預(yù)報(bào)，為防洪減災(zāi)發(fā)揮了十分重要的作用。

柳州市水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)絕大多數(shù)遙測(cè)站分布在貴州黔東南，廣西桂北、桂西的邊遠(yuǎn)山區(qū)，人煙稀少，地形復(fù)雜，自然條件十分惡劣，有些地方?jīng)]有交流電源或電源質(zhì)量可靠性差，電壓和頻率極不穩(wěn)定，且停電頻繁，加上山區(qū)處于雷電高發(fā)區(qū)，電網(wǎng)容易引入雷電，擊毀各種設(shè)備，甚至危及人身安全。山區(qū)海拔高，日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)能非常豐富，可利用太陽(yáng)能電池板吸收光能然后轉(zhuǎn)化為電能，但太陽(yáng)能時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，時(shí)有時(shí)無(wú)，具有很大的隨機(jī)性，因此要用蓄電池作為貯能裝置，以便在夜間或陰雨天氣中保證負(fù)載用電，這樣就會(huì)得到一個(gè)連續(xù)、穩(wěn)定的電源供電系統(tǒng)。廣西柳州市水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所有的遙測(cè)站全部采用太陽(yáng)能電池板充電，蓄電池蓄電的電源系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 蓄電池蓄電的電源系統(tǒng)

1 遙測(cè)站電源系統(tǒng)存在的問(wèn)題

廣西柳州市水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行十多年來(lái)，經(jīng)過(guò)各種惡劣氣候考驗(yàn)，太陽(yáng)能電池板和蓄電池組共同組成的供電系統(tǒng)能滿足所有遙測(cè)站的供電要求。具有維護(hù)方便，節(jié)約開(kāi)支（除到期更換蓄電池外無(wú)需運(yùn)行費(fèi)），避免從交流電網(wǎng)引入雷電造成對(duì)遙測(cè)站設(shè)備的干擾和破壞等優(yōu)點(diǎn)；但電源系統(tǒng)因太陽(yáng)能電池板充電電壓波動(dòng)易引起電源電壓波動(dòng)，而電源系統(tǒng)電壓波動(dòng)會(huì)造成遙測(cè)設(shè)備故障。

2009年5月左右，安裝光電水位計(jì)的中平、四排、對(duì)亭等水文站出現(xiàn)了1個(gè)共同的怪現(xiàn)象，遙測(cè)設(shè)備按時(shí)段準(zhǔn)時(shí)發(fā)送雨水情報(bào)文，在采集發(fā)送雨量信息正常情況下，卻常常采集不到水位信息，水位數(shù)據(jù)時(shí)有時(shí)無(wú)，隨機(jī)性大，特別是陰雨天氣及凌晨1點(diǎn)到上午8點(diǎn)，水位數(shù)據(jù)很不正常，上午9點(diǎn)以后又自動(dòng)恢復(fù)正常，多次到現(xiàn)場(chǎng)檢查都找不到故障原因。用萬(wàn)用表測(cè)量接口和連接線正常，測(cè)量蓄電池電壓為 11.5～11.8V，略比額定電壓12V 低一些，當(dāng)時(shí)更換新的水位器，采集和發(fā)射水位數(shù)據(jù)正常，但過(guò)了一段時(shí)間又故障依舊。

2009年6月12日再次去四排水文站檢修，當(dāng)天是小雨天氣， RTU 顯示正常，雨量采集和發(fā)送正常，就是采集不到水位信息。經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常，蓄電池電壓為 11.5V，更換新的水位計(jì)后，仍采集不到水位數(shù)據(jù)。當(dāng)時(shí)估計(jì)是水位連接線或水位計(jì)問(wèn)題，拿1根2m 長(zhǎng)的水位信號(hào)線與新的水位計(jì)連接，直接接入遙測(cè)終端水位端口，液晶顯示器顯示水位正常，換回原來(lái)水位計(jì)水位顯示也正常，初步判斷是，蓄電池內(nèi)阻大，水位計(jì)電源線路長(zhǎng)（20～80m），使負(fù)載電壓降低造成水位計(jì)工作異常，更換新的蓄電池故障消除，水位和雨量數(shù)據(jù)采集和發(fā)射正常。

2 電源系統(tǒng)故障原因分析

2.1 檢查不出電源系統(tǒng)故障的主要原因

主要原因有以下3條：

1）每次下站檢修多數(shù)是晴天，且到站時(shí)間常常在上午8點(diǎn)以后，即使是舊的蓄電池蓄電能力較差，但有太陽(yáng)能電池板充電，蓄電池電壓降得也不多，水位計(jì)能間斷工作，到現(xiàn)場(chǎng)正好是水位計(jì)正常工作時(shí)間。

2）只要遙測(cè)終端對(duì)雨量數(shù)據(jù)采集和發(fā)射正常，就誤認(rèn)為電源系統(tǒng)供電也正常，卻忽略了有些電子元件對(duì)電源電壓要求比較高，電壓略有波動(dòng)就不能正常工作，如光電和壓力水位計(jì)等。

3）電壓多數(shù)是在遙測(cè)終端和水位計(jì)不工作時(shí)測(cè)量的，空載電流 I ≈0A，從全電路歐姆定律 U＝E -I （r0＋R）算出，電源（蓄電池）電動(dòng)勢(shì) E 約等于負(fù)載電壓 U；當(dāng)遙測(cè)終端和水位計(jì)工作，I＞0，負(fù)載電壓小于電源電動(dòng)勢(shì)，隨著蓄電池使用的年限增加，蓄電池內(nèi)電阻 r0增大和水位計(jì)電源線加長(zhǎng)，外線路電阻 R 增大，使得負(fù)載電壓降低。

2.2 造成系統(tǒng)電源故障的原因及后果

造成系統(tǒng)電源故障的原因如下：

1）太陽(yáng)能電池板的輸出功率、電壓與溫度和日照時(shí)間等因數(shù)有關(guān)，在冬季或長(zhǎng)時(shí)間陰雨天氣時(shí)，因太陽(yáng)能電池板給蓄電池充電不足或蓄電能力下降而造成電源電壓偏低。

2）太陽(yáng)能充電控制器具有過(guò)充電、過(guò)放電保護(hù)功能，如圖2所示。當(dāng)太陽(yáng)能充電電壓過(guò)高或蓄電池電壓過(guò)低時(shí)，充電控制器起保護(hù)作用，當(dāng)蓄電池電壓過(guò)高時(shí)斷開(kāi)太陽(yáng)能充電，當(dāng)蓄電池電壓過(guò)低時(shí)斷開(kāi)給負(fù)載（RTU 等）供電。

圖2 太陽(yáng)能充電控制器原理

因電源系統(tǒng)故障造成遙測(cè)站的故障如下：

1）無(wú)水位和雨量數(shù)據(jù)，黑屏；晴天水位和雨量數(shù)據(jù)顯示和發(fā)射正常，陰雨天氣異常；白天水位和雨量數(shù)據(jù)顯示和發(fā)射正常，晚上8時(shí)以后異常。

造成這些故障的主要原因是，當(dāng)蓄電池電壓低于額定值時(shí)，太陽(yáng)充電控制器過(guò)放電保護(hù)功能動(dòng)作，斷開(kāi)與遙測(cè)終端 RTU 連接，停止向 RTU 供電。

2）水位和雨量數(shù)據(jù)顯示正常，無(wú)發(fā)射信號(hào)；雨量數(shù)據(jù)顯示和發(fā)射正常，無(wú)水位數(shù)據(jù)。

引起這些故障的主要原因是，當(dāng)蓄電池電壓略低于額定值時(shí)，對(duì)電源電壓要求較高的發(fā)射模塊、壓力水位計(jì)、光電編碼型水位計(jì)等電子儀器不工作。

3 電源系統(tǒng)故障的解決辦法

3.1 更換電池

蓄電池蓄電能力變差引起遙測(cè)設(shè)備故障，采用的應(yīng)急辦法如下：現(xiàn)場(chǎng)用交流電源給蓄電池補(bǔ)充電，但要徹底解決電源系統(tǒng)電壓偏低問(wèn)題，最簡(jiǎn)單、直接的辦法是更換新的蓄電池，四排水文站水位計(jì)故障采用此方法處理。缺點(diǎn)是更換蓄電池費(fèi)用比較高，水位站現(xiàn)在使用的蓄電池容量為 65～100A·h，免維護(hù)電池目前的市場(chǎng)價(jià)為900～1200元，如果電壓稍微低些就更換蓄電池，會(huì)造成較大浪費(fèi)。

3.2 更換太陽(yáng)能充電控制器

因太陽(yáng)能充電控制器性能變差引起的電源系統(tǒng)故障，采用的辦法是更換新的且性能好的太陽(yáng)能充電控制器。如果現(xiàn)場(chǎng)無(wú)備件更換，暫時(shí)可以采取的辦法是，保留太陽(yáng)能充電控制器的充電保護(hù)功能，取消過(guò)放電保護(hù)功能，直接把電池和負(fù)載并聯(lián)起來(lái)，相當(dāng)于蓄電池直接給負(fù)載供電。因?yàn)榻^大部分遙測(cè)終端主板內(nèi)部都有穩(wěn)壓裝置，在許多遙測(cè)雨量站采用此方法，遙測(cè)終端都能正常運(yùn)行。

3.3 加裝直流穩(wěn)壓器

在蓄電池蓄電能力降得不太低時(shí)，可以在電源系統(tǒng)輸出端稍微作一些改進(jìn)，在電源系統(tǒng)輸出端增加由1個(gè)7812型12V 三端穩(wěn)壓管、1個(gè)5Ω/10W電阻、1個(gè)1000μF/25V 電容組成的直流穩(wěn)壓器，如圖3所示，可以解決電源系統(tǒng)電壓偏低問(wèn)題。采用此方法處理對(duì)亭、四排水文站的光電編碼型浮子水位計(jì)因電源系統(tǒng)電壓偏低引起的故障，取得了明顯的效果，此后在許多水文站加裝簡(jiǎn)單的電源穩(wěn)壓器，均取得滿意的效果。

圖3 增加穩(wěn)壓器的蓄電池蓄電的電源系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

廣西柳州市和來(lái)賓市水文水資源局多個(gè)水文站的電源系統(tǒng)采用上述方法維修后，設(shè)備運(yùn)行多年未發(fā)生類(lèi)似的故障。在儀器設(shè)備檢修過(guò)程中一定要細(xì)心，不能放過(guò)任何一個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)，多問(wèn)一些為什么？在排除其它故障情況下，懷疑是電源系統(tǒng)故障的，一定要用萬(wàn)用電表重點(diǎn)檢查遙測(cè)終端的值守電流、工作電流和蓄電池電壓，為防止測(cè)得的電壓是虛電壓，最好的辦法是用電瓶測(cè)試儀測(cè)量或用1個(gè)充滿電能的蓄電池代換，可以直接檢驗(yàn)蓄電池的好壞，這樣才可以免走彎路，每次下站修理要帶足備品備件，做好維修記錄和總結(jié)，這樣才能使維修做到快、準(zhǔn)、好。

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