區域氣象站冬季運行的供電保障

程胤碩，李曉堂，孫　磊（綏化市氣象局，黑龍江 綏化152002）

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區域氣象站冬季運行的供電保障

程胤碩，李曉堂，孫磊
（綏化市氣象局，黑龍江 綏化152002）

1　引言

由鄉鎮雨量站演變而來的區域自動氣象站作為氣象觀測的一部分，正受到氣象部門及當地政府部門越來越多的重視。出于加密觀測的需要，原來只需要在汛期工作的區域氣象站已逐漸轉變為全年工作，這就給區域氣象站的冬季保障提出了課題。作為祖國最北端的省份，黑龍江的冬季溫度普遍在零下二十多度，極端氣溫甚至達到零下四、五十度。自2005年安裝區域氣象站以來，低溫、尤其是冬季的極端低溫，對區域氣象站的影響很大。以綏化為例，冬季嚴寒嚴重時候，153個區域氣象站只有30個左右上線。經分析認為，區域氣象站嚴寒天氣不能上線的主要原因是電池供電問題，所以必須找到合理的供電方式。

2　區域氣象站現有供電方式

考慮到野外工作的需要，且直接采用安裝地點的市電存在一些問題，區域氣象站基本都設計成太陽能板-蓄電池供電方式。白天，太陽能板給機箱內的蓄電池充電并同時給設備供電；夜晚，蓄電池給采集器等設備供電。這樣的設計保持了一定的獨立性，能夠自我循環運行。不足的地方是因為受到天氣因素的影響，蓄電池不能完全充電，從而不能保障區域站的正常運行。

3　探討區域氣象站新的供電方式

保障區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

將區域氣象站的供電直接與市電相接，由市電代替太陽能板給蓄電池進行充電。這個方案是最初想到的。該方式對于安放在居民區內或政府院內的區域氣象站，實現起來并不困難，購買一個6 V穩壓電源即可實現，但需要征得地方的同意。對于放置在野外或遠離居民區的區域氣象站，單獨建一條電源線路幾乎是不可能的。況且，鄉鎮一級的市電目前保障并不是太好。該方案對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是簡單、易行。具體方法是：將防寒氈包裹在區域氣象站機箱的外面，起到抗低溫和抵御嚴寒的目的。為此，采購防寒氈被，包裹對三個站點進行了試驗，其中有兩個站點是6 V站，一個站點是12 V站。試驗結果是：嚴寒天氣到來時三個站點，其中兩個上線正常，一個有斷續上線情況。分析認為：溫度在金屬物體上傳導比較快，外面的寒冷氣溫還是能很快地影響到機箱內的蓄電池。所以外包裹方式并不能解決蓄電池實際的保暖問題，不能提供正常的供電保障。

3.3電池地埋方式

根據圖1曲線所示，電池的有效容量在環境25℃是個轉折點，-40℃時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，蓄電池的環境溫度應不低于-15℃，而50%的有效容量預計只能保證區域氣象站在陰天連續工作兩天。從歷年來的綏化冬季低溫情況來看，普遍在-20℃以下。如果要保證區域氣象站冬季的正常運行，就必須對區域氣象站的蓄電池進行適當的保溫。

圖1　電池有效容量與環境溫度關系

在考慮電池保溫措施的時候，曾研究過對蓄電池外加熱，如包裹電熱毯類的東西。因需要自動控溫裝置，費用較高，并且蓄電池提供的電能，也不能作為加熱電源來用。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。

將區域氣象站的供電電池從機箱里面挪到地下，從而避開極端高溫或極端低溫對電池的影響。分析北林區2012年冬季最低溫度與地溫的走勢圖，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時，二者的差距更為明顯。因此可以考慮將蓄電池埋在地下。

從蓄電池的技術指標上來看，蓄電池的最佳工作環境溫度為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。

在進行的電池地埋實驗中，在40 cm和80 cm兩個深度各做了三個試驗站，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，汛期上線率也達到了相當高的水平：永安、津河、東津、新華四個站點為100%，太平川為97.14%，紅旗為95.75%。分析這兩個上線率低的站點的情況來看：太平川前期電池箱進水，前面有大樹遮擋，對電池充電不利；紅旗是天線出過故障。所以從實驗結果來看，電池地埋方式可以為區域氣象站冬季運行提供良好的供電保障。

3.4電池替換方式

電解質的比重與鉛酸蓄電池的充放電具有相關性。冬季的北方，當硫酸濃度較低時，會使蓄電池的電解質粘度增高，從而影響蓄電池的充放電性能（表1）。

表1　電解質結冰點與硫酸濃度的關系

了解蓄電池電解液的特性，就可以對其進行調節，以適應不同季節的外部溫度。目前使用的蓄電池基本都是密封免維護型，且調節電解質的比重有一定的操作難度，可配備適應不同季節的電池進行定期更換，為保證冬季的正常使用，可專門定制適合冬季環境溫度較低時使用的蓄電池，電解質比重調到較高的水平，可抵抗零下三十幾度的低溫。在冬季來臨時換上定制的冬季用電池，替換下來的蓄電池在第二年春天再換回來。換下來的蓄電池，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，以便重復使用。從操作上來看，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域氣象站冬季運行提供良好的供電保障。

4　小結

本文重點探討了區域氣象站冬季供電保障問題，提高了區域氣象站供電保障的可靠性，探索出了區域氣象站蓄電池在嚴寒天氣條件下維護的方法，將為各地區域氣象站冬季運行保障提供一個有益的幫助。

文章編號：1002-252X（2016）02-0034-02

收稿日期：2016-3-1

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