中波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)維護(hù)與故障淺談

廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái) 郭 新

目前我國中波發(fā)射臺(tái)主要采用的全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)（以下簡(jiǎn)稱全固態(tài)發(fā)射機(jī)），電路集成度大大提升，實(shí)現(xiàn)原理也與電子管模擬發(fā)射機(jī)完全不同。要想對(duì)其進(jìn)行很好的維護(hù)，維護(hù)人員必須掌握其工作原理，并在日常維護(hù)維修過程中不斷累積經(jīng)驗(yàn)，提升排除故障的能力。我臺(tái)擁有8臺(tái)國內(nèi)外不同廠家的全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)，涵蓋了DAM、DX、3DX等不同型號(hào)，型號(hào)多，廠家多，維護(hù)、維修經(jīng)驗(yàn)豐富。

1.全固態(tài)發(fā)射機(jī)工作原理及相關(guān)系統(tǒng)的構(gòu)成

現(xiàn)階段全固態(tài)發(fā)射機(jī)主要采用數(shù)字調(diào)制方式：發(fā)射機(jī)將音頻信號(hào)和代表載波水平的直流信號(hào)疊加，然后轉(zhuǎn)化為控制功放模塊在每個(gè)射頻周期的開通、關(guān)閉的信號(hào)，開通狀態(tài)的功放模塊輸出方波電壓，所有功放模塊的輸出電壓通過功率合成器疊加為射頻已調(diào)階梯波形，最后經(jīng)帶通濾波器濾波，得到平滑的射頻已調(diào)正弦波形。

總體地說，發(fā)射機(jī)包括電源部分、音頻部分、射頻部分、冷卻部分以及監(jiān)控部分。

（1）電源系統(tǒng)部分。與電子管發(fā)射機(jī)不同，除了冷卻風(fēng)機(jī)，全固態(tài)發(fā)射機(jī)其余電路都使用直流電源。電源系統(tǒng)的主體是整流模塊，將交流輸入電源轉(zhuǎn)化為電壓各異的直流電源，直流高壓電源為射頻部分實(shí)現(xiàn)調(diào)幅提供電源，直流低壓電源為各電路板供電。

（2）音頻部分。全固態(tài)發(fā)射機(jī)的音頻信號(hào)，不再需要進(jìn)行放大，而是在低壓狀態(tài)下與代表載波水平的直流信號(hào)疊加，然后轉(zhuǎn)化為控制功放模塊在每個(gè)射頻周期的開通、關(guān)閉的信號(hào)。

（3）射頻系統(tǒng)部分。射頻部分是全固態(tài)發(fā)射機(jī)改進(jìn)更多的部分：一是使用頻率合成相關(guān)技術(shù)來獲得穩(wěn)定、準(zhǔn)確的載波頻率，還可以滿足更換頻率的實(shí)際需要。二是載頻只需要在功放模塊中以低至幾十伏甚至TTL電平環(huán)境中工作，功放模塊的載頻方波信號(hào)通過功率合成、帶通濾波形成上千伏的已調(diào)波。

（4）冷卻系統(tǒng)部分。全固態(tài)發(fā)射機(jī)由于元器件集成度高、對(duì)溫度敏感，冷卻系統(tǒng)對(duì)機(jī)房環(huán)境的溫度、濕度、灰塵有很高的要求。為確保發(fā)射機(jī)運(yùn)行過程中安全性和穩(wěn)定性，通常采取全封閉機(jī)房、空調(diào)制冷、除塵除濕設(shè)備等手段，功率較大的發(fā)射機(jī)選擇更多地采用水冷系統(tǒng)。

（5）監(jiān)控系統(tǒng)部分。連鎖，狀態(tài)監(jiān)控。全固態(tài)發(fā)射機(jī)普遍采用微機(jī)、可編程器件控制發(fā)射機(jī)的運(yùn)行，通過軟件和硬件的相互結(jié)合，全面監(jiān)控發(fā)射機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、安全連鎖以及故障報(bào)警等，采用指示燈、顯示屏進(jìn)行狀態(tài)顯示和故障定位，人機(jī)交互直觀友好，并能通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.全固態(tài)發(fā)射機(jī)有關(guān)故障分析方面所遵循的原則

全固態(tài)發(fā)射機(jī)的比較顯著是小型化，模塊化，高度集成化，器件編程化；低電壓，大電流；冗余度高，人機(jī)界面良好。這些特征是我們進(jìn)行故障判斷分析時(shí)可以遵循一定的原則：主要包括“看”、“聽”、“聞”的方面，以及“測(cè)”、“換”的方面。

第一，“看”是指直接觀察發(fā)射機(jī)的指示燈有無異態(tài)指示、儀表讀數(shù)有無超出正常范圍，設(shè)備元件外觀有無變色、變形等損壞情況。通過“看”收集而來的信息初步判斷故障類型，分析研究與故障相關(guān)的電路狀態(tài)，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行排查。

第二，通過最直觀的“看”之后，都應(yīng)該采取“聽”的方式進(jìn)行情況收集，對(duì)于發(fā)射機(jī)而言，電磁閥、繼電器、風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)都會(huì)伴隨聲音。經(jīng)驗(yàn)豐富的維修人員，通過“聽”這些聲音，可以輔助判斷故障的情況。

第三，配合“看”和“聽”，還有“聞”，所謂“聞”便是利用嗅覺檢查發(fā)射機(jī)內(nèi)部有無線路元件發(fā)熱、打火情況。如果存在燒焦味道，必須立即切斷電源，查找故障原因，將發(fā)熱損壞的內(nèi)部線路或者元器件及時(shí)更換。

經(jīng)過“看”、“聽”、“聞”后，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行原理，列舉可能造成故障的原因，采用“測(cè)”的方法，使用相關(guān)儀器對(duì)各種原因進(jìn)行逐一測(cè)量排查。找出故障點(diǎn)后還應(yīng)該對(duì)其鏈路中上下游的相關(guān)元器件測(cè)量，排除其負(fù)載短路等造成二次故障的可能性。由于全固態(tài)發(fā)射機(jī)都是模塊化設(shè)計(jì)制造，可以配合“換”的方式將相同的部件進(jìn)行位置互換，確定故障點(diǎn)。

3.全固態(tài)發(fā)射機(jī)典型故障及相應(yīng)的處理措施

總結(jié)我臺(tái)多個(gè)品牌共八臺(tái)全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的故障，典型故障有三類：元件失效導(dǎo)致的，接觸不良導(dǎo)致的，設(shè)計(jì)存在問題導(dǎo)致的。這三種故障類型都各自有不少故障案例。

3.1 元件失效導(dǎo)致的典型故障

故障案例1：

故障現(xiàn)象：我臺(tái)北廣50kW中波發(fā)射機(jī)ZF50A出現(xiàn)濾波器零位、天線零位反復(fù)擺動(dòng)，高至3，超過門限值，并無法重上高壓。

故障分析：全固態(tài)發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅不再通過電子管進(jìn)行，而是將一定數(shù)量的相同的正負(fù)方波電壓通過功率合成器疊加起來，形成高電壓大電流的正負(fù)方波，然后通過輸出網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波、阻抗變換，形成正弦調(diào)幅波。濾波器零位用于監(jiān)測(cè)輸出網(wǎng)絡(luò)輸入端的電流電壓是否同幅同相的參數(shù)，天線零位用于監(jiān)測(cè)輸出網(wǎng)絡(luò)輸出端的電流電壓是否同幅同相的參數(shù)，都通過相位檢波器完成。濾波器零位和天線零位同時(shí)異常，通常是輸出網(wǎng)絡(luò)有故障，還有較低可能性是兩個(gè)相位檢波器出現(xiàn)故障。

故障處理：檢查輸出網(wǎng)絡(luò)及濾波器零位、天線零位電路，發(fā)現(xiàn)輸出網(wǎng)絡(luò)中用于選頻的真空電容已經(jīng)擊穿，更換同型號(hào)電容后正常。

故障案例2：

故障現(xiàn)象：我臺(tái)哈廣中波發(fā)射機(jī)DAM50出現(xiàn)高、低壓自動(dòng)關(guān)斷，無任何故障指示或者故障記錄，重新開機(jī)卻正常的現(xiàn)象。

故障分析：沒有故障指示或記錄而重開正常，這樣的故障最不好查，導(dǎo)致故障的可能性很多：控制系統(tǒng)自身故障、供電電源故障、線路接觸不良等。一般需要對(duì)發(fā)射機(jī)整體進(jìn)行檢查，對(duì)比發(fā)射機(jī)運(yùn)行參數(shù)變化，從各種微小變化查找故障點(diǎn)。

故障處理：檢查發(fā)射機(jī)各個(gè)電路參數(shù)，測(cè)量發(fā)射機(jī)三大指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)指標(biāo)參數(shù)都有不同程度的劣化，將故障范圍縮小到音頻鏈路、功放電源+230VDC、功放模塊等部位。最后確定故障原因在于+230VDC電源鏈路中多個(gè)起穩(wěn)壓作用的電解電容已經(jīng)損毀，仍能工作的電解電容漏電流偏大。之后我臺(tái)將所有發(fā)射機(jī)的電解電容進(jìn)行測(cè)量、更換。

3.2 接觸不良導(dǎo)致的典型故障

故障案例1：

故障現(xiàn)象：我臺(tái)哈里斯中波發(fā)射機(jī)3DX50出現(xiàn)功放模塊故障，并且功放管擊穿，并整體碎裂的現(xiàn)象。[1]

故障分析：3DX50發(fā)射機(jī)功放模塊的工作電流約8A，工作電壓是300VDC，采用的功放管是IRFP22N50。一般的故障是功放管擊穿，保險(xiǎn)絲燒斷，而本次故障中功放管整體碎裂是由于故障時(shí)工作電流產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過耗散功率。這很可能是功放模塊的輸出鏈路出現(xiàn)嚴(yán)重異常導(dǎo)致的。

故障處理：全面檢查發(fā)射機(jī)的射頻鏈路，特別是故障模塊涉及的功率合成器、插接器件等。發(fā)現(xiàn)多個(gè)模塊輸出鏈路中的插接器件都出現(xiàn)不同程度的接觸不良現(xiàn)象，一些發(fā)熱嚴(yán)重的地方，插接的彈片出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，或者已經(jīng)焊接在一起。對(duì)比安全性、維護(hù)便利性的各種利弊后，我臺(tái)采用了螺桿連接的方式替代了插接器件。

故障案例2：

故障現(xiàn)象：我臺(tái)哈廣中波發(fā)射機(jī)DAM50在雷雨天出現(xiàn)大規(guī)模功放模塊故障的現(xiàn)象。[2]

故障分析：雷雨天出現(xiàn)大量功放模塊故障的現(xiàn)象，是很典型的保護(hù)電路未能正確發(fā)揮作用的表現(xiàn)，但具體地說，導(dǎo)致大量功放模塊同時(shí)故障的，可能有如下原因：一是發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)匹配不合格，導(dǎo)致反射功率過高。二是駐波保護(hù)電路工作異常，天饋系統(tǒng)阻抗變化時(shí)未能及時(shí)關(guān)閉功放模塊。三是B-電源設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致功放模塊開關(guān)時(shí)間過短，感應(yīng)電壓過高。四是發(fā)射機(jī)的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)異常。

故障處理：全面檢查發(fā)射機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)、駐波保護(hù)電路、B-電源及射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)。最后確定故障原因是發(fā)射機(jī)從輸出網(wǎng)絡(luò)撿拾的振鈴信號(hào)沒有可靠地送回控制板，這個(gè)振鈴信號(hào)用作發(fā)射機(jī)駐波時(shí)功放模塊續(xù)流的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這個(gè)信號(hào)的缺失，導(dǎo)致雷雨天大量模塊故障。

3.3 設(shè)計(jì)存在問題導(dǎo)致的典型故障

故障案例1：

故障現(xiàn)象：我臺(tái)哈里斯中波發(fā)射機(jī)3DX50無法正確地檢測(cè)電源欠壓情況。[3]

故障分析：3DX50發(fā)射機(jī)的電源檢測(cè)電路，是用精密整流、電容穩(wěn)壓等電路將交流電源檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)，并將這個(gè)直流電壓信號(hào)與自身15微秒前的大小進(jìn)行比較，超出5%的波動(dòng)則報(bào)警。然而電路的設(shè)計(jì)沒有準(zhǔn)確計(jì)算電容放電速度，導(dǎo)致電路永遠(yuǎn)無法檢測(cè)出5%的交流電壓壓降。

故障處理：電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，并且電路板上可供改造的余地不足，采取設(shè)備外監(jiān)測(cè)監(jiān)控的手段進(jìn)行彌補(bǔ)。

故障案例2：

故障現(xiàn)象：我臺(tái)哈里斯中波發(fā)射機(jī)3DX50出現(xiàn)銀膜云母電容炸裂的現(xiàn)象。[4]

故障分析：采用小體積元件是設(shè)備小型化的必然選擇，銀膜云母電容已經(jīng)大量用于全固態(tài)數(shù)字中波發(fā)射機(jī)中。然而這種電容的使用壽命比真空電容要短得多，并受溫度影響較大。我臺(tái)3DX50發(fā)射機(jī)炸裂的云母電容均遠(yuǎn)未達(dá)到使用期限，并且剛剛經(jīng)過了容量和耐壓的定期測(cè)量檢查。經(jīng)過實(shí)地測(cè)量實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)為云母電容壽命大量減少的原因，是由于發(fā)射機(jī)風(fēng)道設(shè)計(jì)不合理，并未能將云母電容產(chǎn)生的熱量帶走，長期工作在設(shè)計(jì)使用的溫度之上。

故障處理：整體更換該位置的云母電容，并通過增加擋板、風(fēng)扇等手段，將風(fēng)道進(jìn)行改變，有效降低云母電容的工作溫度。

故障案例3：

故障現(xiàn)象：我臺(tái)哈里斯DX100和DX200發(fā)射機(jī)功率微調(diào)功能失效，按下“升”按鈕則直接升到本等級(jí)最高功率，松開“升”按鈕則恢復(fù)本等級(jí)最低功率。

故障分析：DX系列發(fā)射機(jī)的功率微調(diào)功能，是通過計(jì)數(shù)器GAL22V10將“升”、“將”功率的按鈕動(dòng)作轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再通過單極性數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD7524體現(xiàn)到功率的變化上。按鈕動(dòng)作的功率微調(diào)異常就是計(jì)數(shù)器的問題。

故障處理：更換功率微調(diào)計(jì)數(shù)器后發(fā)射機(jī)工作正常，將計(jì)數(shù)器重新安裝回去發(fā)射機(jī)工作也正常。反復(fù)試驗(yàn)后確定是計(jì)數(shù)器的編程設(shè)計(jì)存在隱患，工作電源存在殘留電壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)的特定故障。我們采取了外接UPS電源的方式進(jìn)行了改造，發(fā)射機(jī)工作穩(wěn)定。

4.全固態(tài)發(fā)射機(jī)日常維護(hù)措施

全固態(tài)發(fā)射機(jī)小型化、模塊化、集成化、智能化的特點(diǎn)，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)有很多容易造成接觸問題的接插件、開關(guān)，也有很多決定發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)的檢測(cè)保護(hù)電路，需要認(rèn)真細(xì)致的周期維護(hù)，對(duì)各種可能潛在的故障苗頭進(jìn)行有效的預(yù)防。

4.1 創(chuàng)造和保持良好的運(yùn)行環(huán)境

全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)相比之前的中波發(fā)射機(jī)來說精密了很多，導(dǎo)致它對(duì)電源質(zhì)量、天饋參數(shù)、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度，接地可靠性等運(yùn)行條件要求高了很多。為保證發(fā)射機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，減少故障發(fā)生幾率，延長設(shè)備壽命，應(yīng)盡量創(chuàng)造無塵、恒溫、恒濕的機(jī)房，安裝設(shè)計(jì)符合發(fā)射機(jī)運(yùn)行要求的供配電系統(tǒng)、天饋線匹配系統(tǒng)。

4.2 定期進(jìn)行除塵，確保設(shè)備清潔

對(duì)全固態(tài)發(fā)射機(jī)而言，灰塵危害不容忽視，灰塵對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)部線路以及各種元件的侵蝕，對(duì)其絕緣度、準(zhǔn)確度及靈敏度方面造成影響，導(dǎo)致電源打火、信號(hào)失真等問題，甚至?xí)鹣到y(tǒng)崩潰。所以，除塵工作是日常設(shè)備維護(hù)工作的重要環(huán)節(jié)，不僅要確保除塵頻率，對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行定期除塵，還要選擇合適的除塵工具，以確保除塵的徹底性和全面性。此外，在除塵過程中需對(duì)其內(nèi)部元件進(jìn)行保護(hù)，以免對(duì)內(nèi)部元件造成損傷。

4.3 測(cè)量校正檢測(cè)保護(hù)電路，確保其性能

發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，是通過檢測(cè)電路反映出來的；發(fā)射機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，是通過保護(hù)電路控制的。定期測(cè)量、校正發(fā)射機(jī)的各種檢測(cè)保護(hù)電路是發(fā)射機(jī)保持正常工作狀態(tài)的必要維護(hù)內(nèi)容。建立檔案，記錄各電路檢測(cè)數(shù)值、波形，各電路的比較門限值、開關(guān)位置。這個(gè)檔案既是發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)跟蹤分析資料，也是發(fā)射機(jī)調(diào)試參考資料。

4.4 對(duì)開關(guān)進(jìn)行檢查，確保其性能

全固態(tài)發(fā)射機(jī)的工作頻率寬，與頻率相關(guān)的元器件通常采用開關(guān)連接到電路，通過開關(guān)的開、關(guān)來調(diào)整匹配與否。開關(guān)產(chǎn)生火花痕跡問題、彈簧片部位張力減小問題、靈活度降低問題等，都會(huì)使得發(fā)射機(jī)無法正常工作。所以，在對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行日常維護(hù)的時(shí)候需對(duì)開關(guān)性能進(jìn)行定期檢查，對(duì)于受損的開關(guān)需及時(shí)更換。此外，對(duì)開關(guān)出現(xiàn)異常的原因進(jìn)行分析，需判斷是內(nèi)部線路出現(xiàn)短路而導(dǎo)致的，還是使用時(shí)間過長產(chǎn)生老化問題所導(dǎo)致的。

4.5 定期測(cè)量更新電容

全固態(tài)發(fā)射機(jī)大量使用電容，例如輸出網(wǎng)絡(luò)的高壓云母電容、直流調(diào)幅電壓的大容量電解電容，這些電容的使用壽命受工作環(huán)境及工作狀態(tài)影響比較大，并且容易出現(xiàn)漏液、爆裂等現(xiàn)象，不但影響設(shè)備工作狀態(tài)，還會(huì)危及其他正常工作的元件。應(yīng)當(dāng)定期對(duì)這些電容進(jìn)行周期性檢查，測(cè)量記錄其容量、耐壓等參數(shù)，參數(shù)異常的及時(shí)予以更換。

4.6 定期檢查更換接插件

模塊化設(shè)計(jì)使得全固態(tài)發(fā)射機(jī)應(yīng)用了大量的接插件，接插件的連接效果均依賴于金屬的彈性。長時(shí)間的形變、熱效應(yīng)等因素會(huì)引發(fā)彈性降低、接觸不良的情況，并導(dǎo)致信號(hào)丟失、發(fā)熱等發(fā)射機(jī)工作異常的現(xiàn)象。因此必須仔細(xì)維護(hù)、定期更換，確保其連接可靠，減少信號(hào)、電能的損耗，避免發(fā)熱現(xiàn)象。

4.7 對(duì)發(fā)射機(jī)發(fā)生過的故障進(jìn)行分析總結(jié)

發(fā)射機(jī)的故障記錄，就是發(fā)射機(jī)自身弱點(diǎn)和維護(hù)人員工作盲區(qū)的最好佐證。發(fā)射機(jī)的“脾氣”、故障維修的方法等等維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，都源自對(duì)發(fā)射機(jī)故障的分析總結(jié)。發(fā)射機(jī)的維護(hù)工作停留于周期維護(hù)及故障維修是不夠的，仍然停留在“事故管理”階段。結(jié)合發(fā)射機(jī)工作原理、發(fā)射機(jī)出廠參數(shù)、電路工作定量分析、維護(hù)維修記錄等資料形成發(fā)射機(jī)工作指導(dǎo)手冊(cè)，才能使得維護(hù)工作具備前瞻性，將故障隱患消滅于事前，升華為“危機(jī)預(yù)防”階段。