微波傳輸系統直流供電故障分析及維護

郭志棟

（中國民用航空大連空中交通管理站，遼寧 大連116033）

民航空管系統普遍采用微波傳輸作為航管雷達信號的傳輸方式。因為本地機場管制運行對雷達信號的需求及雷達本身的工作特點，多數航管雷達都會安裝在本場附近的山上或遠離本場一段距離。要保證雷達數據信號的穩定可靠不間斷傳輸，選取何種雷達信號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于2002年安裝在距離機場5 k m的山上，其雷達信號和監控信號都采用數字微波傳輸方式。保證微波系統的正常運行至關重要，因此微波系統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 微波系統的供電

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

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

圖1 微波系統供電示意圖

圖2 微波供電線路圖［1］

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

告警模塊單元包括：

（1）電池保護單元

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

b.當電池電壓低至42.5 V時，切斷電池回路；

c.當電池電壓回升至48.3 V時，重新接通電池回路。

（2）BATTERY開關

a.告警模塊面板BATTERY開關常置于AUTO位，由電池保護單元自動監控電池回路；

b.當BATTERY開關置于OFF位時，切斷電池回路，同時送出告警信號；

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

（3）交流電檢測

a.當交流輸入正常時，告警模塊面板上AC GOOD指示燈亮；

b.當交流停電時，告警模塊送出告警信號，AC GOOD指示燈滅。

（4）告警指示

a.告警模塊可以監視整流模塊故障；

b.當有1個或最多3個整流模塊故障時，告警模塊面板上MINOR指示燈亮；

c.當4個告警模塊均故障時，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山上雷達站微波傳輸鏈路故障，所采用的微波系統是NEC公司生產的PASOLINK數字微波，經微波傳輸的雷達數據消失，微波山下設備出現發射接收部分紅色故障告警。告警處理方法：

（1）將由微波傳輸雷達數據方式改到由其它方式傳輸，保障了雷達數據的正常傳輸。

（2）維護人員立即上山去查看故障原因，發現雷達機房配電箱的微波供電空開跳閘，恢復工作一段時間后，又出現空開跳閘，并且微波整流器出現CURRENT LI MIT紅燈告警，關閉電池供電開關時，微波系統工作正常，配電箱開關也正常。從而判斷可能是蓄電池造成空開跳閘。

（3）經過查找資料和咨詢專業人員，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供電，蓄電池電壓過低。當合上空開后整流器需要對電池充電，同時也要滿足負載的正常工作，所以此時整流器需要輸出的電流比正常工作時電流要大，造成微波系統的整流器為電池充電時，電流值大于配電箱空開的額定電流值，使配電箱空開跳閘。考慮到各種因素，最后維護人員把配電箱上的微波空開更換成額定電流更大的空開，微波系統工作恢復正常。

通過分析得出，這次故障的原因是由于蓄電池工作狀態改變造成的，當外部交流電供電不正常時整流器的告警模塊單元都會給出相應的告警信息，所以維護人員應該對整流器工作情況熟悉掌握，對進一步處理問題有很大的幫助。

3 常見蓄電池分類及特點

在航空導航監視設備中必須保證設備的穩定、安全可靠運行，不間斷電源能提供持續穩定不間斷的電源供應，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。下面對蓄電池的分類和特點作簡單介紹。

蓄電池依照電解質性質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（簡稱VRLA電池），其基本特點是使用期間不用加酸加水維護，電池為密封結構，不會漏酸，也不會排酸霧，電池蓋子上設有單向排氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當電池內部氣體量超過一定值（通常用氣壓值表示），排氣閥自動打開，排出氣體，然后自動關閥，防止空氣進入電池內部。

大連空中交通管理站目前使用的是德國陽光A412／100 A電池，屬于德國陽光 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，實現了電池免維護。

3.1 電池基本指標

3.1.1 開路電壓與工作電壓

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

表1 開路電壓與容量的關系（12 V系列、25℃）

（2）工作電壓：指電池接通負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C表示。常見單位為安培小時，簡稱安時（Ah）。電池的容量分為理論容量、額定容量、實際容量。

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

（2）實際容量：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：是按照一定的標準，保證電池在一定的放電條件下應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］。在一定的環境溫度下（25℃），隨放電電流的不同，電池端電壓與放電時間的關系。放電一開始，電池端電壓下降明顯。以一定的電流放電時，在某一段時間內電池端電壓比較穩定。但放電電壓隨著時間會緩慢地下降。隨著放電繼續進行，最后放電到某一電壓時，電池端電壓急劇下降，達到所規定的放電終止電壓。

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，充電電流是一個恒定值，充電電壓達到14.7 V時，轉為下一階段繼續充電，此階段主要是恢復電池的電壓。

（2）恒壓階段：當恒流充電結束時，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），結束恒壓充電階段，轉入浮充電，以保持電池的儲能，防止電池的自放電，此階段主要是為了恢復電池的儲能。

（3）浮充階段：在恒流充電階段，電池的容量基本呈線性增長；在恒壓充電階段，容量增長的速度減慢；恒壓充電結束后，容量基本恢復到100%大約需要24 h左右；轉入浮充電（浮充電壓13.8 V）后，當充電電流下降至最小并穩定2 h不變充電結束，此階段是為了抑制電池的自放電或保持儲能。

圖4 蓄電池的三階段充電

閥控鉛酸蓄電池在現場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備并接在負載回路作為支持負載工作的唯一后備電源。一般說電池組平時并不放電，負載的電流全部由整流器供給。當然實際運行中電池有局部放電以及由于負載的意外突然增大而放電，其主要作用 ：（1）當市電中斷或整流器發生故障時，蓄電池組即可擔負起對負載單獨供電任務，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，因而對交流成分有旁路作用。這樣，送至負載的脈動成分進一步減少，從而保證了負載設備對電壓的要求。

4 蓄電池日常維護注意事項

因蓄電池故障而導致設備工作不正常或者引起UPS主機故障的情況時有發生。因此在使用過程中應加強對蓄電池的日常維護。

（1）日常工作中應按照要求對電池進行日常檢查和維護測量。

（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，電池內部產生的氣體在負極板電解成水，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，將產生大量的氧氣、進入過充電狀態或充電不足，將影響電池的使用壽命和可靠性。

（4）絕對禁止不同容量和不同廠家的電池混用，否則會降低電池壽命。

（5）長時間存放的電池每六個月必須充電一次，電池必須存放在干燥、涼爽的環境中，環境溫度要保持在25℃左右。

5 結束語

為了保證設備安全穩定的運行，不僅需要對設備本身巡檢維護，對附屬設備也要正確使用和維護，雖然閥控密封鉛酸蓄電池已具有免補水、少維護等特點，但除了日常巡視外，還應加強對蓄電池的定期維護。