速调管高功放维护及故障处理

高功放是地球站重要播出设备, 它的作用是将上变频器输出的高频信号放大成能满足卫星接收需要的大功率微波信号。目前广泛使用的有速调管( KH-PA)、行波管( TWTA )和全固态3 种类型高功放( SS-PA) , 其中速调管高功放的优点是输出功率大。由于节目安全播出需要, 国家广电总局要求各上行站必须配备大功率速调管高功放, 为此, 我站2005年购进了CPI GEN IV 系列3 000W 速调管高功放, 一直作为主机使用。GEN IV 系列是新一代的速调管高功放, 功放由高压电源、射频组件、控制系统和风冷系统等部分组成, 其主要特点是采用了多收集极速调管(MSDC ), 并可以根据输出功率的大小自动调整管子束电压和灯丝电压, 减低耗散功率, 延长使用寿命。另一个特点是采用分布式的微处理系统、CAN 内部总线、统一的使用操作界面, 能兼容多种灵活通信方式, 便于远程监控。

而备机仍采用1994 年建站初期购买的美国VAR IAN(瓦利安) ZJ- 2700M 速调管高功放。VZJ- 2700M 速调管高功放主要由射频放大系统, 电源系统, 控制、监测、保护系统, 风冷却系统组成。其发射频率范围为5. 85 ~ 6. 45 GH z, 具有24 个可用频道, 极限增益77 dB, 额定输出功率3 kW, 1 dB 带宽45MH z。由于VAR IAN 高功放使用年限较长速调管性能下降, 最大实际输出功率只能达到1 600W。该机型早已停产,维护的最大困难是没有备件、没有售后服务, 机器出现故障只能自己维修, 配件损坏只能采用另一台的拆机件。近年来VARIAN ZJ- 2700M 高功放出现两次故障, CPI GEN IV 高功放出现一次低风压故障, 下面分别介绍3次故障的分析处理过程。

( 1)故障现象: VAR IAN ZJ- 2700M速调管高功放开机显示H eaterOvervoltage(灯丝电压过压) , 整机不工作。

分析及处理: 正常情况下灯丝电压6 V, 灯丝电流7 A, 根据等效电路原理速调管等效电阻为0. 857 Ω。

根据过压保护告警提示, 此时灯丝电压要高于正常值10% (灯丝电压高10%时告警)。由于电压过大机器系统保护, 我们无法读取灯丝电压实际值, 而实际数值对判断故障有很大帮助。于是我们采用瞬间读取法来获得此重要数据, 具体做法是瞬间取消告警, 读取灯丝电压实际值, 瞬间高压不会造成设备损坏, 且能帮助我们读取重要数据, 效果不错。通过此法我们读取灯丝电压实际值8. 3 V, 比实际电压增加38%, 此时等效电阻为1. 186 Ω, 比正常时等效电阻0. 857 Ω 增加0. 329Ω 。根据经验一般小电流、高阻值时电线和节点的电阻可以忽略不计, 而在大电流、低阻值时电线与接点的阻值必须考虑, 由于实际等效电阻只增加了0. 329 Ω,我们首先要考虑增加的0. 329 Ω 电阻是否是由接点阻值增加引起, 具体措施是检查接点是否松动、生锈, 然后将灯丝盘至速调管间所有连线接点拆掉用酒精擦拭, 酒精挥发后重新紧固原接点, 然后重新开机检查,告警消失。

总结: 在低电压、大电流情况下要注意接点和端子是否接触良好, 由于高功放灯丝电流较大, 应定期检查高功放接线端子有无松动生锈。

( 2)故障现象: VAR IAN ZJ- 2700M速调管高功放遥控面板无显示, 而接收频谱、载波均正常。

分析及处理: 接收频谱、载波正常没有影响到播出, 我们判断速调管主机没有故障, 故障出在远程控制终端。从控制台取出控制终端, 打开上面板检查电路板, 发现电路板没有元件烧黑现象。在电源有负载的情况下用万用表直流20 V 档测量电源输出端电压为零, 正常时应为5 V, 判断是遥控板稳压电源出现故障。继续向前检查, 当检查至电源桥式整流电路时发现两个二极管击穿短路, 更换同类型二极管后测量5 V 电压输出正常, 重新开机后高功放遥控面板恢复正常。

总结: 这是一起典型的直流电源输出故障, 一般是面板无显示整机无法开机, 故障原因有多种, 整流二极管、滤波电容、控制电路出现问题都有可能造成该故障, 要根据实际情况具体对待。

( 3 ) 故障现象: CPI GEN IV 速调管功放出现“LOW A IRFLOW FAULT”故障, 导致高功放射频输出被抑制。

分析及处理: 速调管功放工作时温度较高, 必须保证足够的排风量供给内部速调管散热。GEN IV功放后部有一风压开关用于监测功放排风量, 排风量正常时风压开关处于常开状态, 当排风量减少时风压开关变为常闭状态, 功放控制系统会抑制射频输出保护内部速调管。分析出现LOW A IRFLOW FAULT 故障可能是风扇故障或者是进风口滤尘网灰尘过多导致进风流量不足。检查风扇, 并对滤尘网以及整机腔体进行清洁, 故障依然存在。该故障出现在装机后不久, 分析可能是风压开关初始状态设置不合理造成的, 调整风压开关设置重新开机后故障消除, 通过一段时间观察没有出现类似故障。

相对其他上行设备高功放故障率较高, 维护涉及面较多, 危险性也较大, 所以高功放的维护一直是我站的维护重点。而速调管与全固态高功放相比故障率稍高, 维护难度也相对增加, 对环境温度湿度要求更高。

对于高功放这类关键设备, 我们的观点一直都是防重于治, 平时要注意观察设备运行状态, 了解它的性能特点, 做好高功放基本维护工作, 保证其正常平稳运行。

速调管高功放维护首先要保证高功放电气性能、机械性能等技术指标符合要求; 其次要合理调整系统设备配置, 延长设备使用寿命; 第三遇到故障能迅速排除,尽量减少故障损失。

根据多年的经验, 高功放维护工作包括:

( 1)重视高功放机房环境温度、湿度的保持。根据经验, 夏季高温、高湿的环境最容易导致高功放故障的发生, 特别是高压器件的故障率明显升高, 因此夏季要特别注意保持设备运行环境温度和湿度。

( 2)重视高功放机房防尘, 定期清理高功放滤尘网, 检查风扇、风机运转情况, 如风扇运转不畅或有响声应及时更换。

( 3)每日定时记录高功放面板主要参数显示, 定期分析整理高功放主要参数变化数值及各种告警信息, 根据这些信息预测可能出现的故障和部位, 对可能发生故障的部位进行检测、调整和维修, 对零部件及时更换。

( 4)对高功放主要技术指标及测试点进行测量,分析查找产生指标和测试数据变化的原因, 有针对性地进行调整或采取适当的应急处理措施。

高功放故障在地球站总体故障中所占比例较大,在日常维护中应注意积累经验, 要定期打开机箱对机器内部做清洁除尘工作, 定期检查告警指示灯、门连锁、继电器、机械触点等状况, 尤其要检查电源系统接头螺丝是否紧固, 确保供电系统电接头接触良好, 线路绝缘良好。速调管功放开机时灯丝电阻必须保持准确的额定数值, 过高或过低都会造成阴极表面非均发射,加速阴极老化。重点检查机内高压电容、变压器、接触器等工作条件恶劣的元器件有无异常, 各种保护装置是否灵敏有效。每年测试一次功放额定输出功率、增益和增益频率响应。出现故障时准确分析和处理故障, 防止处理不当而造成设备损坏或故障扩大化。