何興林 謝建芳

(福建省永泰縣氣象局，福建 福州 350700)

進入21世紀，人工觀測的時代已漸漸遠去。隨著科技的進步，氣象觀測儀器的自動化水平不斷提高，各種自動化觀測設備陸續(xù)增加，原來觀測場簡單的用電模式已經跟不上時代的步伐。《福建省氣象局觀測場室改造指南(2015年)》對配電箱的規(guī)格、尺寸等都沒有作明確規(guī)定，各個臺站根據自己的理解進行安裝，配電箱的尺寸大小不一，有的安放在觀測場內，有的安放在觀測場外，十分不規(guī)范。因此，亟需設計一款科學的供電箱，形成標準化，以滿足全省自動化觀測設備用電的需要。

1 自動氣象觀測設備供電現狀及其他用電需求

1.1 采集箱內供電

觀測場中安裝的兩套主采型號為DZZ5的氣象自動化觀測設備采用同一組UPS供電，即UPS安裝在室內，室內UPS輸出220V的交流電到觀測場分別為兩套觀測設備供電。其中，在電源輸入總開關處并聯安裝了一個標稱電流為20kA的浪涌保護器。220V的交流電輸入朝陽電源，再變壓成穩(wěn)定的12V直流電輸出，經過刀片開關，為主采供電，其中防雷板、光電轉換模塊等需要直流電的設備和主采供電并聯；能見度、串口服務器、地溫分采等從防雷板取電。

需要220V供電的降水現象儀、日照等設備從UPS總開關輸入端取電。這種與主采的輸入端并聯在一起的方式，給設備維護維修帶來極大不便。主要體現在：維護維修降水現象儀、日照等觀測設備時，必須斷掉觀測設備的輸入電源，這時勢必會影響到主采的供電，造成不可預見的后果；而串口服務器需要的12V電源，需從防雷板上另外接入，防雷板上沒有多余的電源輸出端口，只能和其它的電源并聯在一起，十分混亂，出現故障后排查比較麻煩。

不難看出，不論是直流電，還是交流電，供電都比較混亂，有不盡合理的地方。作為普通業(yè)務人員，是不可能弄清楚的。如果供電出現問題，只有相對專業(yè)的人員才能排除故障，最直接的后果是影響業(yè)務質量。福建省每月的質量通報會上，經常會聽到因電源故障影響業(yè)務質量的通報。

蓄電池使用情況：根據主采的功率，主采箱一般情況下使用65AH、100AH的蓄電池，在交流電供電中斷時為主采供電。交流電正常情況下為蓄電池浮充電。

蓄電池供電的時間十分有限。理想情況下，蓄電池可以單獨為觀測設備供電大約7天。計算公式：

T=C×U×0.8×0.9/W/T1

其中,T——供電時長；C——蓄電池容量；U——蓄電池輸出電壓；0.8——蓄電池放電系數、常量；0.9——逆變器轉換效率；W——負載功率；T1為24小時。以蓄電池的容量65AH為例，采集器、能見度、串口服務器等設備的總功率大約為3.5W，供電時長=65×12×0.8×0.9/3.5/24=6.69(天)。

蓄電池實際情況供電可能只有幾個小時。這是因為：①各種觀測設備在不斷增加，用電總功率在不斷增大，用電時間自然減少；②蓄電池有可能因使用時間較長、性能下降、未按要求放電等因素，導致使用壽命大大縮減卻未能及時發(fā)現。如果UPS斷電，那么觀測設備就有斷電風險，數據就會缺失，造成不可估量的損失。

1.2 觀測設備以外的供電

在觀測場改造、設備安裝、割草等過程中，會使用電焊機、沖擊鉆、割草機等大功率的電動工具，每次都是從室內臨時引出220V的電源，不僅麻煩，也十分危險。所以在本次設計過程中也要考慮這個因素。

2 設計思路

此次設計的主要目的是在UPS故障斷電的情況下，不論自動氣象觀測設備是需要交流220V、還是直流12V供電，市電都能為自動氣象觀測設備提供穩(wěn)定的電源。由于自動氣象觀測設備是精密的電子設備，對輸入電壓、電流的要求比較高，所以主要考慮以下因素：

①能為多個自動氣象觀測設備同時提供不同需求的電源；

②能防止雷電波的入侵，避免損壞自動氣象觀測設備；

③為方便維護和維修，各個自動氣象觀測設備獨立供電；既要考慮單套自動氣象觀測設備斷電的情況，又要考慮兩套自動氣象觀測設備同時斷電的情況；

④自動觀測設備供電與電動工具供電互不干擾。

3 配電箱的考量因素

3.1 配電箱的安裝位置

根據《福建省氣象局觀測場室改造指南(2015年)》的要求，配電箱的位置在西北面。主要考慮觀測場現有儀器的布局和新增觀測設備的位置，適用就近原則。但是，配電箱不屬于觀測設備，并無嚴格要求，主要是根據實際情況，方便實用即可。

根據福州市氣象局業(yè)務處的要求，配電箱應安裝在采集箱附近，主要基于以下考慮：

①采集箱是整個觀測場的核心部分，其他觀測設備的供電應該以它為中心。原來為主采的供電的電纜一般只牽到采集箱處，沒有預留太多電纜，配電箱安裝在此處，工程量較小。

②根據觀測場的總體布局，配電箱沒有更合適的位置安裝。如果離百葉箱、日照、地溫等設施、觀測設備太近，遮擋會使氣溫、相對濕度、日照、地溫等數據失真。

③充分考慮地溝布局情況及各設備的位置關系等因素。在主采箱北面、設計安裝配電箱的位置，標準觀測場的地溝已經存在，無須破壞原有設計，十分方便。綜上所述，配電箱應安裝在緊貼采集箱的北面、風塔的東面，與采集箱并排的位置。

3.2 配電箱的外觀及內部設計

從觀測場的整體布局、美觀及實際使用三方面考慮，配電箱的造型及大小應與采集箱基本一致。實際尺寸為高1.6m、長0.65m、寬0.55m。兩套觀測設備的配電部分獨立，底部能放置兩個100AH的蓄電池，所以在離地0.6m處水平設置一塊隔板，作為上、下兩部分的分區(qū)及上面部分的操作臺面。在水平隔板上面正中間的位置設置一塊豎直的隔板，面板面向東西方向，在面板上固定空開、朝陽電源、浪涌保護器、插座等設備。配電箱在野外使用，必須充分考慮堅固、防腐、防水、防鼠、通風等諸多因素。

線路設計：

觀測場主站(西面配電圖)拓撲圖見圖1(東面略)。

圖1 觀測場主站(西面配電圖)拓撲圖

主要通過UPS各個開關和市電各個開關的切換，實現使用UPS電源和使用市電狀態(tài)的自由切換功能。

觀測場主站(西面配電圖)的具體線路設計如圖2所示。

圖2 觀測場主站線路圖

觀測場備用站(東面配電圖)的具體線路設計如圖3所示。

圖3 觀測場備用站線路圖

4 配電箱建成后的成果

配電箱建成后，與觀測場的整體格調協調，融為一體，美觀大方，并且不會影響各個氣象傳感器采集數據。

配電箱建成后，實現了以下功能：①UPS斷電后，通過各個開關的配合，能夠手動轉換成市電供電，保障觀測設備正常供電(UPS恢復供電后，可以隨時切換回來，UPS和市電不會沖突，從而造成觀測設備損壞)；②每個直流供電觀測設備單獨使用一個開關，便于開展維修維護工作；③每個交流供電觀測設備單獨使用一個開關，不影響采集器及其他需使用交流觀測設備的供電，并且有利于開展維修維護工作；④觀測設備以外的市電使用方便。觀測設備不論是使用UPS供電，還是使用市電供電的狀態(tài)，如使用割草機、切割機、沖擊鉆等，都不影響觀測設備的正常運行。

5 結束語

配電箱的標準化設計，主要解決了原來交流電供電方式不合理、直流電供電方式雜亂無章等問題。隨著氣象服務要求的不斷提高，觀測場自動氣象觀測設備不斷升級，在觀測場配備標準化配電箱勢在必行。希望觀測場配電箱的標準化設計能得到推廣使用，并在使用過程中提出寶貴意見，通過改進，使觀測場配電箱的性能不斷優(yōu)化提高，為實現氣象現代化做出更好的服務。