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全固態(tài)中波發(fā)射機維護經(jīng)驗和典型案例淺談

2016-08-08 02:08曾廣平
西部廣播電視 2016年9期
關(guān)鍵詞:全固態(tài)發(fā)射機鏈路

曾廣平

(作者單位:廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺)

全固態(tài)中波發(fā)射機維護經(jīng)驗和典型案例淺談

曾廣平

(作者單位:廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺)

文章以哈里斯公司的3DX 50發(fā)射機為例,立足于廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺十多年實踐和經(jīng)驗,分析全固態(tài)發(fā)射機特點,總結(jié)全固態(tài)發(fā)射機的運行維護經(jīng)驗,并簡單介紹了廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺維修、改造3DX 50發(fā)射機的幾個典型案例,為其他臺站技術(shù)人員提供參考。

全固態(tài);日常維護;典型案例;3DX

2004年起,廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺陸續(xù)安裝了美國哈里斯公司的DX100、DX200、3DX50,北廣廠的ZF50A,哈廣廠的DAM50等全固態(tài)中波發(fā)射機,這些發(fā)射機穩(wěn)定性好、指標優(yōu)良、效率高、啟動快、工作頻帶寬,比上一代發(fā)射機優(yōu)勝許多。雖然廠家、型號有所不同,但這些發(fā)射機的使用和維護經(jīng)驗區(qū)別不大,故障現(xiàn)象也有類似之處值得參考。下面以3DX50發(fā)射機為例介紹廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺關(guān)于全固態(tài)發(fā)射機的維護經(jīng)驗。

1 全固態(tài)發(fā)射機的特點

固態(tài)指的是固態(tài)電子元件,它由固態(tài)的、不動的材料所構(gòu)成,其內(nèi)部的電流載子也在這些固態(tài)材料中流動,如二極管、三極管和場效應(yīng)管等。用固態(tài)電子元件組成的放大、控制電路替代電子管等器件,并將發(fā)射機調(diào)幅過程數(shù)字化的結(jié)果就是全固態(tài)發(fā)射機,這個名稱是相對電子管發(fā)射機而言的。

固態(tài)電子元件的使用令發(fā)射機進入高度集成化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化成為可能。50 kW發(fā)射機從占地二三十平方降到了3 m2,大大節(jié)省空間;各種固態(tài)保護電路的反應(yīng)速度更快、更精確可靠;數(shù)字幅度調(diào)制的引入保證了發(fā)射機的高效率、高指標和高穩(wěn)定性;實時操作系統(tǒng)、CPLD等軟硬件的綜合使用提高了發(fā)射機的智能程度和人機交互友好度,系統(tǒng)會自動調(diào)整播出狀態(tài),不僅確?!叭β?,滿調(diào)制”,也會將故障信息存儲起來,幫助技術(shù)人員定位故障;熱插拔技術(shù)使發(fā)射機能夠在播出中更換功放模塊;功率合成技術(shù)的使用,提高了發(fā)射機輸出冗余度,將故障風險分散化,個別模塊的故障不影響正常播出。

2 全固態(tài)發(fā)射機的日常維護

全固態(tài)發(fā)射機和電子管發(fā)射機的區(qū)別最顯著地體現(xiàn)在維護和使用的改變上。

首先,全固態(tài)發(fā)射機集成度高,各種布線、引腳非常密集,灰塵的積聚讓元件散熱沒有保障,高壓信號也會出現(xiàn)拉弧打火等現(xiàn)象。固態(tài)電子元件和電解電容等器件的壽命和工作狀態(tài)都對溫度敏感,特別是電解電容,工作溫度每升高10℃,工作壽命就會減少一半。所以,全固態(tài)發(fā)射機對機房環(huán)境清潔度、溫度和濕度的要求很高了,無塵恒溫才是它們與生俱來的生存環(huán)境。其次,全固態(tài)發(fā)射機的調(diào)制元件是工作在開關(guān)狀態(tài)的場效應(yīng)管,對電源、天饋阻抗的穩(wěn)定性要求高,不再是電子管那么“吃苦耐勞”,這要求我們改善電能質(zhì)量,調(diào)整天饋系統(tǒng)。最后,全固態(tài)發(fā)射機控制、取樣、保護等電路詳盡、繁復了很多,這要求維護人員經(jīng)常性地檢查,校正各個電路是否運行正常,參考值是否符合標準,確保功能正常。

簡單地說,采用固態(tài)電子元件提高集成度,引進數(shù)字幅度調(diào)制技術(shù)后,全固態(tài)發(fā)射機效率高、指標好、穩(wěn)定性好,但對溫度、濕度、灰塵敏感,抗電壓浪涌能力差,抗雷擊能力差。維護、維修工作需要更新方法和思路,主要有如下四點經(jīng)驗。

2.1 完善設(shè)備運行環(huán)境

全固態(tài)發(fā)射機對環(huán)境要求高,要切實做好發(fā)射機維護工作,設(shè)備環(huán)境的維護首當其沖。這就要求我們摒棄電子管發(fā)射機的粗放式的維護思路,提高機房管理水平,做好防塵降溫除濕,提高設(shè)備運行環(huán)境質(zhì)量。運行環(huán)境不好,會對發(fā)射機造成不少隱患。廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺引進第一臺3DX50全固態(tài)發(fā)射機的時候,機房還沒有完成改造,屬于敞開式風冷機房,這臺3DX50發(fā)射機在臨時機位使用了一年多之后才搬到改造完成的封閉式發(fā)射機房,使用了幾年之后故障頻發(fā)。我們分析這些故障后,發(fā)現(xiàn)源頭都是曾經(jīng)惡劣的設(shè)備環(huán)境引起的。

2.2 做好技術(shù)資料的保存和更新工作

全固態(tài)發(fā)射機集成度和智能程度高,意味著即使體積小了,但是蘊含的電路反而更多了。操作系統(tǒng)中有各種參數(shù)設(shè)置,各電路板上的保護電路、調(diào)整跳線、撥碼開關(guān)也非常多。這需要我們認真保存和更新發(fā)射機的各種技術(shù)資料。例如,出廠參數(shù)表、系統(tǒng)設(shè)置值、射頻鏈路各點阻抗、各個基準電平、各個關(guān)鍵檢測點的電壓波形、歷次維護維修的記錄及改造的圖紙。這些資料就是我們確保全固態(tài)發(fā)射機正常工作的基礎(chǔ)。

2.3 制定和執(zhí)行周期維護檢修表

周期維護檢修表是發(fā)射一線人員熟悉的,日常維護工作都是圍繞它展開。隨著全固態(tài)發(fā)射機替換電子管發(fā)射機,維護內(nèi)容、維護方法及維護維修使用的工具都有所區(qū)別,周期維護檢修表也要隨之增減內(nèi)容,并根據(jù)實際工作中出現(xiàn)的新情況不斷完善。之所以特別指出維護方法不同,是因為全固態(tài)發(fā)射機更像一臺電腦,各種信號數(shù)字化、歸一化后輸入CPLD、FPGA等控制芯片內(nèi)部進行處理,處理結(jié)果在儀表上顯示,并直接控制電路,決定發(fā)射機的工作狀態(tài)(功率水平、調(diào)制度、指標和電路保護),這與電子管發(fā)射機完全是兩回事。此外,設(shè)備運行環(huán)境完善后,發(fā)射機運行整潔度得到保障,運行非常穩(wěn)定。但它工作良好與否,更大程度決定于眾多板塊的取樣、同步、保護和控制等電路正常與否,維護工作將注重定期檢查、測量,避免參數(shù)不正確帶來實際功率下降、指標不達標、保護電路失效等情況。

2.4 針對不適應(yīng)實踐的情況進行改良、改造

任何設(shè)備,不論多么先進和穩(wěn)定可靠,總有一些設(shè)計上的薄弱環(huán)節(jié)或者使用中出現(xiàn)的缺陷,給安全播出和設(shè)備維護工作帶來威脅。對此,我們無需迷信廠家,而是應(yīng)該大膽創(chuàng)新,小心求證,對其進行改良和改造,消除薄弱環(huán)節(jié),從源頭排除故障。即使是先進的美國哈里斯發(fā)射機,我們也已經(jīng)進行了多次技術(shù)改造,如母板、濾波板和合成環(huán)的連接方式、12V電源等。

3 全固態(tài)發(fā)射機維護的典型案例

在3DX50發(fā)射機的使用過程中,我們處理了不少故障,積累了一些經(jīng)驗,比較突出的有如下幾種。

3.1 接觸不良問題是3DX發(fā)射機出現(xiàn)最多、最嚴重的問題

射頻鏈路存在多個危害播出安全的接觸不良類型的隱患,是發(fā)射機設(shè)計中元器件的選取不當導致的,應(yīng)當盡快進行改造。射頻鏈路中存在大量電感電容器件,鏈路中出現(xiàn)接觸不良或者斷開的點,就會在該點產(chǎn)生非常高的電壓,產(chǎn)生拉弧打火現(xiàn)象。射頻鏈路中連接器的選取,可靠性比便利性更重要。

3DX發(fā)射機在射頻鏈路中大量使用了插拔式連接器件,功放模塊通過金手指插座連接在母板上,母板通過多排的香蕉型插頭連接在濾波板上,濾波板通過針形排線接插件連接在合成變壓器上,如圖1所示。金手指接插座、香蕉型接插頭等插拔式連接器都是依賴于彈性金屬件的接觸面進行電流電壓的傳遞,它們帶來了在線快速更換故障件的便利,但也帶來了金屬彈性減弱或者消失后引發(fā)接觸不良的問題。

圖1 模塊母板濾波板連接示意圖

3DX50母板和濾波板之間的香蕉型接插頭由三個部件構(gòu)成:一個直徑4 mm的空心的插座,一個直徑2 mm的實心的插頭,還有一個金屬薄片壓制成兩頭密閉中間分成四瓣鼓起的空心金屬管。這個金屬管負擔著插頭與插座的定位連接和載頻頻率的600 V、10 A左右的電流電壓的傳遞,在長期的工作溫度和形變壓力的雙重作用下會發(fā)生改變性狀、喪失擠壓接觸的功能,造成接觸不良的情況。廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺出現(xiàn)過由于香蕉型接插頭彈片彈性失效,引發(fā)拉弧打火,導致對應(yīng)的場效應(yīng)管炸裂,并殃及母板控制線路的接口,放電能量沖擊到調(diào)制編碼板、D3板、激勵器等部件,導致它們的通訊芯片失效,損失嚴重。后來我們進行了針對性的改造,將原來香蕉型接插頭清理出來,改用銅螺絲、銅螺桿進行連接,杜絕了香蕉頭接觸不良帶來的影響,我們將情況反饋到哈里斯廠,廠家也采取類似改造思路對發(fā)射機進行改良。

此外,射頻鏈路中其他地方存在類似問題,功放模塊與母板連接的金手指接插座的接觸不良導致系統(tǒng)檢測不到功放模塊的存在,濾波板與合成變壓器的針形排線接插件的接觸不良導致發(fā)熱、變色、氧化,嚴重的甚至已經(jīng)焊接在一起。這兩個故障也是我們對3DX50發(fā)射機進行改造的項目。

3.2 設(shè)計中冗余量不足導致個別故障反復出現(xiàn)

這種設(shè)計缺陷對安全播出的危害比上面的稍低,但也屬于應(yīng)當盡快解決的問題。這方面主要有12 V故障以及功放模塊同一故障反復出現(xiàn)。

3DX發(fā)射機的+12 V電源設(shè)計有點特別。在待機時,它負責供給所有功放模塊以及各個控制板,功放模塊中+12 V的能耗大戶+VA通過12 V供給,此時12V電源總電流約15 A;在播音時,+VA轉(zhuǎn)為通過+210 V供給,此時12 V電源總電流不足1 A,如圖2所示。這種設(shè)計是基于全天不停機播音無人值守使用設(shè)計的,而且在整個12 V供電線路中,各種接插件沒有按照待機負載進行選取。接插件電流冗余量的不足和國內(nèi)中波臺每天開關(guān)機的使用習慣,導致12 V輸出排線及保險絲都嚴重發(fā)黑,并導致鏈路中接觸電阻增大,出現(xiàn)12 V過低的情況。我們針對這樣的情況改造了保險絲以及輸出連接方式,完善操作規(guī)程。

圖2 功放模塊12V供電示意圖

廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺3DX50發(fā)射機的功放模塊故障情況有些奇怪,90%都是作為負半周橋底端的場效應(yīng)管Q5/Q7以及對應(yīng)的保險絲損壞,其他6個管正常。這些都是耐壓500 V 的IRFP22N50場效應(yīng)管,按原型號更換維修,之后仍有較大概率的故障重現(xiàn)。統(tǒng)計故障情況,我們發(fā)現(xiàn)故障模塊集中出現(xiàn)在模塊開通次序的中間部分,屬于頻繁開通/關(guān)閉轉(zhuǎn)換的。分析故障原因,功放模塊對應(yīng)的合成變壓器L在關(guān)閉狀態(tài)會產(chǎn)生感應(yīng)電壓,由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)至開通狀態(tài)時這個感應(yīng)電壓會全部加在Q5/Q7上,如圖3所示。場效應(yīng)管Q5/Q7的耐壓冗余量不滿足工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,或者說300 V的工作電壓設(shè)置使功放模塊在工作轉(zhuǎn)換狀態(tài)時產(chǎn)生的自激電壓超出了500 V,造成Q5/Q7反復擊穿。我們將Q5/Q7更換為耐壓600 V 的IRFP22N60后故障不再反復出現(xiàn)。

3.3 風道設(shè)計不完善,元件散熱不良引發(fā)元件故障

3DX發(fā)射機共有3個機柜,只有中間的功放機柜后方有一個風機向機箱鼓風進行冷卻。風從功放機柜兩側(cè)的窗口為左右的電源柜和輸出柜送風散熱,最后從發(fā)射機頂部吹出,如圖4所示。圖中電感L4和云母電容C4串聯(lián)成為3DX50發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)中三次諧波的陷波網(wǎng)絡(luò),也是π型阻抗變換的第一分流腳,是整個輸出網(wǎng)絡(luò)中熱效應(yīng)最高的。但這兩個元件并沒有布局在上述的風道中,工作時L4表面溫度高達60℃,C4表面溫度也達到55 ℃(環(huán)境溫度20 ℃)。過高的工作溫度導致云母電容壽命減少,工作不穩(wěn)定。通過在窗口添加彎道的方式改變風道,有效降低了L4/C4的溫度。

圖3 功放模塊工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖

圖4 電源柜風道示意圖

4 結(jié)語

先進的技術(shù)手段和設(shè)備不斷加入到廣播一線,以技術(shù)力量彌補人的不足。但不論科學技術(shù)怎樣發(fā)展,設(shè)備運行維護還是需要運行維護技術(shù)人員的力量。這要求廣播臺站技術(shù)人員不斷學習,加強經(jīng)驗交流,提高業(yè)務(wù)水平,適應(yīng)時代發(fā)展。因此,本文總結(jié)了全固態(tài)發(fā)射機的維護經(jīng)驗,介紹了一些典型案例以及解決辦法,希望給其他技術(shù)人員有所幫助。

魏瑞發(fā).數(shù)字化調(diào)幅發(fā)射機[J].北京:國家廣播電影電視總局無線電臺管理局,1999:10.

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