高功放是地球站重要播出設備, 它的作用是將上變頻器輸出的高頻信號放大成能滿足衛星接收需要的大功率微波信號。目前廣泛使用的有速調管( KH-PA)、行波管( TWTA )和全固態3 種類型高功放( SS-PA) , 其中速調管高功放的優點是輸出功率大。由于節目安全播出需要, 國家廣電總局要求各上行站必須配備大功率速調管高功放, 為此, 我站2005年購進了CPI GEN IV 系列3 000W 速調管高功放, 一直作為主機使用。GEN IV 系列是新一代的速調管高功放, 功放由高壓電源、射頻組件、控制系統和風冷系統等部分組成, 其主要特點是采用了多收集極速調管(MSDC ), 并可以根據輸出功率的大小自動調整管子束電壓和燈絲電壓, 減低耗散功率, 延長使用壽命。另一個特點是采用分布式的微處理系統、CAN 內部總線、統一的使用操作界面, 能兼容多種靈活通信方式, 便于遠程監控。
而備機仍采用1994 年建站初期購買的美國VAR IAN(瓦利安) ZJ- 2700M 速調管高功放。VZJ- 2700M 速調管高功放主要由射頻放大系統, 電源系統, 控制、監測、保護系統, 風冷卻系統組成。其發射頻率范圍為5. 85 ~ 6. 45 GH z, 具有24 個可用頻道, 極限增益77 dB, 額定輸出功率3 kW, 1 dB 帶寬45MH z。由于VAR IAN 高功放使用年限較長速調管性能下降, 最大實際輸出功率只能達到1 600W。該機型早已停產,維護的最大困難是沒有備件、沒有售后服務, 機器出現故障只能自己維修, 配件損壞只能采用另一臺的拆機件。近年來VARIAN ZJ- 2700M 高功放出現兩次故障, CPI GEN IV 高功放出現一次低風壓故障, 下面分別介紹3次故障的分析處理過程。
( 1)故障現象: VAR IAN ZJ- 2700M速調管高功放開機顯示H eaterOvervoltage(燈絲電壓過壓) , 整機不工作。
分析及處理: 正常情況下燈絲電壓6 V, 燈絲電流7 A, 根據等效電路原理速調管等效電阻為0. 857 Ω。
根據過壓保護告警提示, 此時燈絲電壓要高于正常值10% (燈絲電壓高10%時告警)。由于電壓過大機器系統保護, 我們無法讀取燈絲電壓實際值, 而實際數值對判斷故障有很大幫助。于是我們采用瞬間讀取法來獲得此重要數據, 具體做法是瞬間取消告警, 讀取燈絲電壓實際值, 瞬間高壓不會造成設備損壞, 且能幫助我們讀取重要數據, 效果不錯。通過此法我們讀取燈絲電壓實際值8. 3 V, 比實際電壓增加38%, 此時等效電阻為1. 186 Ω, 比正常時等效電阻0. 857 Ω 增加0. 329Ω 。根據經驗一般小電流、高阻值時電線和節點的電阻可以忽略不計, 而在大電流、低阻值時電線與接點的阻值必須考慮, 由于實際等效電阻只增加了0. 329 Ω,我們首先要考慮增加的0. 329 Ω 電阻是否是由接點阻值增加引起, 具體措施是檢查接點是否松動、生銹, 然后將燈絲盤至速調管間所有連線接點拆掉用酒精擦拭, 酒精揮發后重新緊固原接點, 然后重新開機檢查,告警消失。
總結: 在低電壓、大電流情況下要注意接點和端子是否接觸良好, 由于高功放燈絲電流較大, 應定期檢查高功放接線端子有無松動生銹。
( 2)故障現象: VAR IAN ZJ- 2700M速調管高功放遙控面板無顯示, 而接收頻譜、載波均正常。
分析及處理: 接收頻譜、載波正常沒有影響到播出, 我們判斷速調管主機沒有故障, 故障出在遠程控制終端。從控制臺取出控制終端, 打開上面板檢查電路板, 發現電路板沒有元件燒黑現象。在電源有負載的情況下用萬用表直流20 V 檔測量電源輸出端電壓為零, 正常時應為5 V, 判斷是遙控板穩壓電源出現故障。繼續向前檢查, 當檢查至電源橋式整流電路時發現兩個二極管擊穿短路, 更換同類型二極管后測量5 V 電壓輸出正常, 重新開機后高功放遙控面板恢復正常。
總結: 這是一起典型的直流電源輸出故障, 一般是面板無顯示整機無法開機, 故障原因有多種, 整流二極管、濾波電容、控制電路出現問題都有可能造成該故障, 要根據實際情況具體對待。
( 3 ) 故障現象: CPI GEN IV 速調管功放出現“LOW A IRFLOW FAULT”故障, 導致高功放射頻輸出被抑制。
分析及處理: 速調管功放工作時溫度較高, 必須保證足夠的排風量供給內部速調管散熱。GEN IV功放后部有一風壓開關用于監測功放排風量, 排風量正常時風壓開關處于常開狀態, 當排風量減少時風壓開關變為常閉狀態, 功放控制系統會抑制射頻輸出保護內部速調管。分析出現LOW A IRFLOW FAULT 故障可能是風扇故障或者是進風口濾塵網灰塵過多導致進風流量不足。檢查風扇, 并對濾塵網以及整機腔體進行清潔, 故障依然存在。該故障出現在裝機后不久, 分析可能是風壓開關初始狀態設置不合理造成的, 調整風壓開關設置重新開機后故障消除, 通過一段時間觀察沒有出現類似故障。
相對其他上行設備高功放故障率較高, 維護涉及面較多, 危險性也較大, 所以高功放的維護一直是我站的維護重點。而速調管與全固態高功放相比故障率稍高, 維護難度也相對增加, 對環境溫度濕度要求更高。
對于高功放這類關鍵設備, 我們的觀點一直都是防重于治, 平時要注意觀察設備運行狀態, 了解它的性能特點, 做好高功放基本維護工作, 保證其正常平穩運行。
速調管高功放維護首先要保證高功放電氣性能、機械性能等技術指標符合要求; 其次要合理調整系統設備配置, 延長設備使用壽命; 第三遇到故障能迅速排除,盡量減少故障損失。
根據多年的經驗, 高功放維護工作包括:
( 1)重視高功放機房環境溫度、濕度的保持。根據經驗, 夏季高溫、高濕的環境最容易導致高功放故障的發生, 特別是高壓器件的故障率明顯升高, 因此夏季要特別注意保持設備運行環境溫度和濕度。
( 2)重視高功放機房防塵, 定期清理高功放濾塵網, 檢查風扇、風機運轉情況, 如風扇運轉不暢或有響聲應及時更換。
( 3)每日定時記錄高功放面板主要參數顯示, 定期分析整理高功放主要參數變化數值及各種告警信息, 根據這些信息預測可能出現的故障和部位, 對可能發生故障的部位進行檢測、調整和維修, 對零部件及時更換。
( 4)對高功放主要技術指標及測試點進行測量,分析查找產生指標和測試數據變化的原因, 有針對性地進行調整或采取適當的應急處理措施。
高功放故障在地球站總體故障中所占比例較大,在日常維護中應注意積累經驗, 要定期打開機箱對機器內部做清潔除塵工作, 定期檢查告警指示燈、門連鎖、繼電器、機械觸點等狀況, 尤其要檢查電源系統接頭螺絲是否緊固, 確保供電系統電接頭接觸良好, 線路絕緣良好。速調管功放開機時燈絲電阻必須保持準確的額定數值, 過高或過低都會造成陰極表面非均發射,加速陰極老化。重點檢查機內高壓電容、變壓器、接觸器等工作條件惡劣的元器件有無異常, 各種保護裝置是否靈敏有效。每年測試一次功放額定輸出功率、增益和增益頻率響應。出現故障時準確分析和處理故障, 防止處理不當而造成設備損壞或故障擴大化。