微波傳輸系統(tǒng)直流供電故障分析及維護(hù)

郭志棟

（中國(guó)民用航空大連空中交通管理站，遼寧 大連116033）

民航空管系統(tǒng)普遍采用微波傳輸作為航管雷達(dá)信號(hào)的傳輸方式。因?yàn)楸镜貦C(jī)場(chǎng)管制運(yùn)行對(duì)雷達(dá)信號(hào)的需求及雷達(dá)本身的工作特點(diǎn)，多數(shù)航管雷達(dá)都會(huì)安裝在本場(chǎng)附近的山上或遠(yuǎn)離本場(chǎng)一段距離。要保證雷達(dá)數(shù)據(jù)信號(hào)的穩(wěn)定可靠不間斷傳輸，選取何種雷達(dá)信號(hào)傳輸方式也是非常重要的。

大連空中交通管理站的航管雷達(dá)于2002年安裝在距離機(jī)場(chǎng)5 k m的山上，其雷達(dá)信號(hào)和監(jiān)控信號(hào)都采用數(shù)字微波傳輸方式。保證微波系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要，因此微波系統(tǒng)的供電不僅采用了交流供電方式，還配備了蓄電池直流供電。

1 微波系統(tǒng)的供電

如圖1所示，微波系統(tǒng)供電方式采用從機(jī)房配電箱交流電到微波整流器，然后到負(fù)載并同時(shí)為蓄電池在線充電。整流器是將交流電（AC）轉(zhuǎn)化為直流電（DC）的裝置，主要有兩個(gè)功能：a.將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；b.給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又具有充電器的功能。

通過微波供電線路圖（圖2）可以看出，此供電系統(tǒng)主要由四個(gè)整流模塊單元和告警模塊單元組成。

圖1 微波系統(tǒng)供電示意圖

圖2 微波供電線路圖［1］

整流模塊單元把220 V的交流電轉(zhuǎn)換成－48 V的直流電供微波設(shè)備使用，并且有相應(yīng)的告警指示燈來顯示整流模塊的工作狀態(tài)。

告警模塊單元包括：

（1）電池保護(hù)單元

a.當(dāng)電池電壓低至44 V時(shí)，電池欠壓告警，告警模塊面板DC FAIL指示燈亮；

b.當(dāng)電池電壓低至42.5 V時(shí)，切斷電池回路；

c.當(dāng)電池電壓回升至48.3 V時(shí)，重新接通電池回路。

（2）BATTERY開關(guān)

a.告警模塊面板BATTERY開關(guān)常置于AUTO位，由電池保護(hù)單元自動(dòng)監(jiān)控電池回路；

b.當(dāng)BATTERY開關(guān)置于OFF位時(shí)，切斷電池回路，同時(shí)送出告警信號(hào)；

c.若所有整流模塊均無輸出，且電池回路已斷開，當(dāng)電池電壓高于48.3 V時(shí)，若需接通電池回路，只需將開關(guān)撥到RESET即可。

（3）交流電檢測(cè)

a.當(dāng)交流輸入正常時(shí)，告警模塊面板上AC GOOD指示燈亮；

b.當(dāng)交流停電時(shí)，告警模塊送出告警信號(hào)，AC GOOD指示燈滅。

（4）告警指示

a.告警模塊可以監(jiān)視整流模塊故障；

b.當(dāng)有1個(gè)或最多3個(gè)整流模塊故障時(shí)，告警模塊面板上MINOR指示燈亮；

c.當(dāng)4個(gè)告警模塊均故障時(shí)，告警模塊面板上MINOR及MAJOR指示燈亮。

2 案例分析

2011年5月22日15：50山上雷達(dá)站微波傳輸鏈路故障，所采用的微波系統(tǒng)是NEC公司生產(chǎn)的PASOLINK數(shù)字微波，經(jīng)微波傳輸?shù)睦走_(dá)數(shù)據(jù)消失，微波山下設(shè)備出現(xiàn)發(fā)射接收部分紅色故障告警。告警處理方法：

（1）將由微波傳輸雷達(dá)數(shù)據(jù)方式改到由其它方式傳輸，保障了雷達(dá)數(shù)據(jù)的正常傳輸。

（2）維護(hù)人員立即上山去查看故障原因，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)機(jī)房配電箱的微波供電空開跳閘，恢復(fù)工作一段時(shí)間后，又出現(xiàn)空開跳閘，并且微波整流器出現(xiàn)CURRENT LI MIT紅燈告警，關(guān)閉電池供電開關(guān)時(shí)，微波系統(tǒng)工作正常，配電箱開關(guān)也正常。從而判斷可能是蓄電池造成空開跳閘。

（3）經(jīng)過查找資料和咨詢專業(yè)人員，判定故障具體原因是整流器交流供電空開跳閘，造成由蓄電池為微波系統(tǒng)供電，蓄電池電壓過低。當(dāng)合上空開后整流器需要對(duì)電池充電，同時(shí)也要滿足負(fù)載的正常工作，所以此時(shí)整流器需要輸出的電流比正常工作時(shí)電流要大，造成微波系統(tǒng)的整流器為電池充電時(shí)，電流值大于配電箱空開的額定電流值，使配電箱空開跳閘?？紤]到各種因素，最后維護(hù)人員把配電箱上的微波空開更換成額定電流更大的空開，微波系統(tǒng)工作恢復(fù)正常。

通過分析得出，這次故障的原因是由于蓄電池工作狀態(tài)改變?cè)斐傻?，?dāng)外部交流電供電不正常時(shí)整流器的告警模塊單元都會(huì)給出相應(yīng)的告警信息，所以維護(hù)人員應(yīng)該對(duì)整流器工作情況熟悉掌握，對(duì)進(jìn)一步處理問題有很大的幫助。

3 常見蓄電池分類及特點(diǎn)

在航空導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備中必須保證設(shè)備的穩(wěn)定、安全可靠運(yùn)行，不間斷電源能提供持續(xù)穩(wěn)定不間斷的電源供應(yīng)，而蓄電池是不間斷電源的重要組成部分，其好壞直接影響到不間斷電源的可靠性。下面對(duì)蓄電池的分類和特點(diǎn)作簡(jiǎn)單介紹。

蓄電池依照電解質(zhì)性質(zhì)可分為鉛酸電池和鎳鎘電池。工作過程中最常見的是閥控式鉛酸蓄電池（簡(jiǎn)稱VRLA電池），其基本特點(diǎn)是使用期間不用加酸加水維護(hù)，電池為密封結(jié)構(gòu)，不會(huì)漏酸，也不會(huì)排酸霧，電池蓋子上設(shè)有單向排氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過一定值（通常用氣壓值表示），排氣閥自動(dòng)打開，排出氣體，然后自動(dòng)關(guān)閥，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。

大連空中交通管理站目前使用的是德國(guó)陽光A412／100 A電池，屬于德國(guó)陽光 A400系列，電壓12 V，容量100 Ah。膠體A400系列電池是把電解液固定于膠體中的密封閥控式鉛酸可充電電池，實(shí)現(xiàn)了電池免維護(hù)。

3.1 電池基本指標(biāo)

3.1.1 開路電壓與工作電壓

（1）開路電壓：電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。開路電壓與電池容量關(guān)系見表1。

表1 開路電壓與容量的關(guān)系（12 V系列、25℃）

（2）工作電壓：指電池接通負(fù)載后在放電過程中顯示的電壓，又稱放電電壓。

3.1.2 容量

電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，用符號(hào)C表示。常見單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)（Ah）。電池的容量分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。

（1）理論容量：即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為Ah／L或Ah／kg。

（2）實(shí)際容量：是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為Ah，其值小于理論容量。

（3）額定容量：是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。

3.2 放電特性

VRLA蓄電池的放電特性曲線如圖3［2］。在一定的環(huán)境溫度下（25℃），隨放電電流的不同，電池端電壓與放電時(shí)間的關(guān)系。放電一開始，電池端電壓下降明顯。以一定的電流放電時(shí)，在某一段時(shí)間內(nèi)電池端電壓比較穩(wěn)定。但放電電壓隨著時(shí)間會(huì)緩慢地下降。隨著放電繼續(xù)進(jìn)行，最后放電到某一電壓時(shí)，電池端電壓急劇下降，達(dá)到所規(guī)定的放電終止電壓。

圖3 VRLA蓄電池的放電特性曲線

3.3 充電特性

充電過程通常采用三階段充電法：充電特性曲線如圖4［2］。

（1）恒流階段：在充電開始階段，充電電流是一個(gè)恒定值，充電電壓達(dá)到14.7 V時(shí)，轉(zhuǎn)為下一階段繼續(xù)充電，此階段主要是恢復(fù)電池的電壓。

（2）恒壓階段：當(dāng)恒流充電結(jié)束時(shí)，電池的電壓基本保持不變，稱為恒壓充電。在恒壓充電階段，電池的電流逐漸減小，并最終趨于300 mA（10 Ah），結(jié)束恒壓充電階段，轉(zhuǎn)入浮充電，以保持電池的儲(chǔ)能，防止電池的自放電，此階段主要是為了恢復(fù)電池的儲(chǔ)能。

（3）浮充階段：在恒流充電階段，電池的容量基本呈線性增長(zhǎng)；在恒壓充電階段，容量增長(zhǎng)的速度減慢；恒壓充電結(jié)束后，容量基本恢復(fù)到100%大約需要24 h左右；轉(zhuǎn)入浮充電（浮充電壓13.8 V）后，當(dāng)充電電流下降至最小并穩(wěn)定2 h不變充電結(jié)束，此階段是為了抑制電池的自放電或保持儲(chǔ)能。

圖4 蓄電池的三階段充電

閥控鉛酸蓄電池在現(xiàn)場(chǎng)的工作方式主要是浮充工作制。浮充工作制是在使用中將蓄電池組和整流器設(shè)備并接在負(fù)載回路作為支持負(fù)載工作的唯一后備電源。一般說電池組平時(shí)并不放電，負(fù)載的電流全部由整流器供給。當(dāng)然實(shí)際運(yùn)行中電池有局部放電以及由于負(fù)載的意外突然增大而放電，其主要作用 ：（1）當(dāng)市電中斷或整流器發(fā)生故障時(shí)，蓄電池組即可擔(dān)負(fù)起對(duì)負(fù)載單獨(dú)供電任務(wù)，以確保通訊不中斷。（2）起平滑濾波作用。電池組與電容器一樣，具有充放電作用，因而對(duì)交流成分有旁路作用。這樣，送至負(fù)載的脈動(dòng)成分進(jìn)一步減少，從而保證了負(fù)載設(shè)備對(duì)電壓的要求。

4 蓄電池日常維護(hù)注意事項(xiàng)

因蓄電池故障而導(dǎo)致設(shè)備工作不正?；蛘咭餟PS主機(jī)故障的情況時(shí)有發(fā)生。因此在使用過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)蓄電池的日常維護(hù)。

（1）日常工作中應(yīng)按照要求對(duì)電池進(jìn)行日常檢查和維護(hù)測(cè)量。

（2）要定期檢查外殼有無裂縫、電解液有無滲漏等。電池在浮充或均充時(shí)，電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體在負(fù)極板電解成水，從而保持電池的容量且不必外加水，但電池極板的腐蝕將減低電池容量。

（3）充電要盡可能有效，倘若充電方法不當(dāng)，將產(chǎn)生大量的氧氣、進(jìn)入過充電狀態(tài)或充電不足，將影響電池的使用壽命和可靠性。

（4）絕對(duì)禁止不同容量和不同廠家的電池混用，否則會(huì)降低電池壽命。

（5）長(zhǎng)時(shí)間存放的電池每六個(gè)月必須充電一次，電池必須存放在干燥、涼爽的環(huán)境中，環(huán)境溫度要保持在25℃左右。

5 結(jié)束語

為了保證設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行，不僅需要對(duì)設(shè)備本身巡檢維護(hù)，對(duì)附屬設(shè)備也要正確使用和維護(hù)，雖然閥控密封鉛酸蓄電池已具有免補(bǔ)水、少維護(hù)等特點(diǎn)，但除了日常巡視外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)蓄電池的定期維護(hù)。