TSW2500 型500 kW 發射機高壓風故障與優化研究

鄧曉霞

(國家廣播電視總局二〇二二臺,新疆 喀什 844000)

0 引言

TSW2500 型發射機可憑借水冷及風冷的方式,對內部溫度進行控制,由此來確保自身始終處于穩定運行狀態,其中,風冷系統可被拆分成高壓風冷、低壓風冷兩部分。 在正常運行狀態下,發射機所連接高末電子管將形成大量熱能,只有盡快對熱量進行疏散,才能避免由于溫度過高,使得電子管出現燈絲斷裂或是其他問題,導致發射機停止運行。 由此可見,圍繞高壓風常見故障和相應的改進策略展開討論很有必要,此舉可在極大程度上延長設備壽命,使其價值得到實現。

1 研究背景

現階段,國內所使用發射機型號多為TSW2500(見圖1),額定運行參數為500 kW。 由THALES 企業所生產TSW2500 發射機為典型短波發射機,其功率較以往發射機更大,由于該設備使用了大量先進技術,其自動化水平也較其他發射機更高,同時具有靈敏度高、保護系統完善等優勢,可為工作人員、發射機設備的安全提供全方位保護,這也是該發射機在國內得到廣泛運用的原因[1]。

圖1 取樣設置

作為該發射機不可或缺的重要部分,高壓風保護的作用主要是為電子管打造良好運行環境,在保證電子管發揮出應有功能的前提下,對其壽命進行最大程度的延長。 考慮到該發射機輸出功率相對較大,若其長期處于滿功率且滿調幅的運行狀態,經由電子管所輸出功率往往能夠達到約750 kW,與此同時,電子管還會產生大量熱能,如果電子管機箱未能盡快地擴散內部熱量,使自身溫度冷卻到預設范圍,將致使真空器件、電子管受損,進而導致發射機無法正常運行,由此可見,在發射機正式投入使用后,有關人員應定期對其進行維護,并對故障進行系統排查。

出于為發射機提供全方位保護的考慮,其內部所安裝的射頻機箱通常會采取相應的冷卻方式進行降溫。 目前,使用頻率較高的冷卻方式有3 種,首先是低壓風冷卻,該方法需要借助風機抽取射頻機箱外部冷空氣,并將冷空氣注入機箱內,待冷空氣順利到達機箱內部,便可通過熱量交換的方式,降低機箱熱量,同時促使機箱內部溫度較高的空氣,經由機箱頂部所開設網孔順利散出[2]。 其次是水循環冷卻,即利用循環水將電感熱量、電子管熱量和真空電容熱量轉移到冷凝室內,由此來達到降溫的目的。 最后是高壓風冷卻(見圖2),若發射機處于加全燈絲的狀態,此時便可以憑借射頻機箱內部所安裝高壓風機,達到冷卻高末電子管所連接管座的方式[3]。 一般來說,該方法所用高末電子管的型號均為TH576,該電子管的特點是性能優異但價格高昂,對電子管進行冷卻的重要性不言而喻。結合發射機所采取保護設計方式不難看出,如果在播音過程中沒有檢測到高壓風的存在,控制系統便會第一時間將發射機狀態變為AUX,由此來為高末電子管提供系統且有效的保護。

圖2 高壓風壓力開關和底座

2 常見高壓風故障成因及解決方法

2.1 高壓風冷卻原理

該系統的運行步驟如下:第一步,通過抽取的方式,將機箱內部控制轉移至風機,同時經由軟、硬風管將空氣送往管座氣室內部。 第二步,管座內部所安裝導向環以實際情況為依據,對高壓風進行相應的分配,隨后,將高壓風傳送到指定區域,通過直接噴射高壓風的方式,達到冷卻的目的;第三步,將變熱后的高壓風轉移到機箱內,連通低壓風一起向外界排出。 除高末電子管外,常規驅動電子管同樣可經由該方法得到冷卻,這點需要有所了解。

2.2 高壓風常見故障分析

播音過程中,有多個發射機狀態被突然轉為AUX,與此同時,系統發出風量不足的故障提示。 有關人員將射頻機箱門打開并進行查看,并未發現異常,換言之,無論是高壓風機還是高壓風接點均處于正常運行狀態。 結合現場情況進行分析,有關人員指出導致上述問題出現的原因,主要是接點檢測靈敏度過高,隨后,工作人員選擇將接點靈敏度調低,同時重新啟動發射機。 經過一段時間的運行后,發射機出現了同樣的問題,這說明僅調低接點靈敏度,并不能夠徹底解決誤報警的問題,鑒于此,有關人員選擇對接點進行更加深入的研究。

該發射機所采用高壓風接點的設備內部設有彈性較大的絕緣薄膜(該薄膜呈黑色),若取樣風管所形成風壓正常,取樣裝置內部絕緣薄膜將在風壓的影響下發生形變,致使各觸點狀態由接觸轉變為斷開,如果高壓風消失,各觸控點將在第一時間接通[4]。 結合高壓風控原理不難發現,播音過程中,只要某個瞬間高壓風出現抖動,取樣裝置內部觸點就會接通,控制電路隨之發布報警信息。 若系統檢測發現發射機存在高壓風故障,通常會將發射機狀態轉為AUX。 另外,可能影響發射機狀態的原因,還包括以下兩點:一是發射機投入運行的時間較長,將致使接點質量大幅下降,在出現抖動后,系統極易做出“高壓風機存在故障”的錯誤判斷,從而更改發射機狀態。 二是在日常檢修期間,工作人員不慎觸碰到接點,導致系統判斷失誤,最終給播放的連續性及安全性造成負面影響。

考慮到高壓風所形成的壓力極易被外界因素所影響,出現瞬態抖動的情況,同時瞬態抖動具有極強的隨機性與不確定性,僅憑借現有設備和技術無法對其進行高效監控,加之對發射機所搭載程序進行調整的難度極大,一旦播音期間高壓風出現細微的抖動,便有極大概率導致發射機停止運行,造成播出中斷的情況,安全性自然難以得到保障。 要使發射機長期處于穩定且安全的運行狀態,關鍵是要以現有條件為基礎,以圖紙所提供信息為依據,結合問題成因擬定改進高壓風線路的方案,將高壓風抖動所造成的影響降至最低,以免播出期間出現不必要的中斷。

3 改進取樣路線的目標和具體流程

3.1 改進目標

對取樣路線進行優化時,有關人員應保證改進發射機所連接電子管為高末電子管,同時電子管的型號是TH576。 考慮到該型號電子管的單價較高,在為電子管提供保護時,應最大程度弱化外界因素所造成的干擾或影響,避免設備由初始的電機或是播音狀態轉為AUX,只有這樣才能杜絕出現電壓值突然下降的問題,進而使電子管、電子管所連接各電子設備的壽命得到延長。 此外,有關人員還應以實際情況為依據,對高壓風所出現抖動情況、高壓風常見故障進行準確區分,保證檢修人員能夠盡快根據自身所掌握信息,判斷故障成因并給出相應的診斷,明確是否存在誤報警情況[5]。 若發現存在誤報警的問題,需要盡快對高壓進行提升,同時對處理工作需要耗費的時間進行有效壓縮。

3.2 思路和流程

3.2.1 方法一

考慮到該發射機對高末電子管進行冷卻的方法為高壓風冷卻,有關人員指出,應對高壓接點進行檢測,由于該接點靈敏度極高,只要出現抖動的情況,機器便會在保護系統的作用下轉為AUX 狀態。 播音過程中,如果出現短時間內無法加上高壓的問題,將導致停播,進而給機房安全播出造成負面影響。 若選擇先并聯各接點,再對某個接點進行檢測,則會由于風冷系統發生故障,而出現無風的情況,與此同時,發射機將在控制系統的作用下轉為AUX,從而達到保護的目的。 如果風冷系統處于正常運行狀態,但存在機器抖動或是接點發生故障的情況,則不會到導致機器轉為AUX,誤報警的概率自然能夠被降至最低。

3.2.2 方法二

該發射機所搭載電控機箱內,通常會裝有兩塊濾波板,同時濾波板多數端子均配有定義明確且已投入運行的保護邏輯,剩余未被使用的端子,又被稱作備用端子。 鑒于此,有關人員決定用某個能夠自恢復的保護邏輯對應的備用端子,替代現有取樣端子,確保在播音過程中即使發射機突降高壓,也能夠快速恢復升功率,將停播事故發生的概率降至最低。

有關人員以控制圖紙為依據,通過反復試驗的方式,最終得出以下結論:告警狀態下,天饋線往往會第一時間啟動取樣信號濾波板第53,54 端子(該端子初始取樣信號是天線駐波比,為典型的備用端子),由該端子負責對故障信號進行檢測,若故障在2 s 內完全消失,則自動進行升高壓操作,如果故障存在的時間達到5 s,則將發射機狀態轉STBY。 試驗結果表明,上述保護邏輯信號可最大限度滿足攻進要求。 在對多方因素加以考慮后,有關人員最終提出了以下改進方案:將取樣信號對應端子由17,18 調整為53,54,同時對接點靈敏度進行調整,確保其與正常值相等。 經過改進后,一旦高壓風出現瞬態抖動的情況,系統便會發布天線駐波比超出限值的告警(原有風量不足的告警消失),并以極快的速度拉掉高壓。 如果在2 s 時間內,取樣信號成功恢復到正常狀態,發射機便可以進行自動升高壓的操作,若在此后的5 s 內,取樣信號仍然處于異常狀態,則需要將發射機轉為STBY,同時發布相應的告警。此時,工作人員應第一時間對存在故障的發射機進行處理,即根據應急預案所提要求,盡快將全部設備轉為全燈絲狀態,在將其狀態調整為全燈絲狀態的前提下開啟機箱門,對高壓風機當前運行狀態、風管狀態還有各元器件狀態進行檢查,若發現存在異常,則需要視情況制定相應的解決方案,確保現存問題及故障可以盡快得到處理[6]。

在初次改線的工作告一段落后,17,18 端子由檢測高壓風變為空閑端子,并在一段時間內處于開路的狀態,由于系統無法順利檢測出高壓風信號,全燈絲的加上效果必然會受到影響。 為徹底解決上述問題,有關人員計劃對17,18 端子進行相應的處理,使上述端子始終處于短路狀態,此時,便能夠順利加上全燈絲,但又衍生出了另一問題,即在將發射機狀態改為OFF 或是AUX 之后,控制系統持續發布告警信息,同時顯示高壓風系統沒有完全關斷。 導致該問題出現的原因,主要是17,18 端子仍由接點進行控制,在對其進行短路處理后,該端子目前處于被短路的狀態。 要想避免高壓風轉為OFF 或是AUX 后出現不斷告警的情況,關鍵是要以17,18 端子特點為依據,為其提供與接點相近的控制信號,確保該端子能夠隨著發射機變態的更改而更改。 在本項目中,有關人員決定引入和高壓風告警所屬級別相同的水流計,由該水流計負責對17,18端子加以控制,具體改進策略如下:第一步,對17 端子和31 端子進行短路處理;第二步,對18 端子和32 端子進行短路處理。 隨后,有關人員多次對改進所得線路進行試驗,結果表明,在水流量未達到預期的情況下,接點無法順利接上,同時發射機也無法加上燈絲,與“在沒有高壓風的情況下,不得加上燈絲”這一要求相符。 在將發射機轉為AUX 后,水流接點第一時間斷開,即使有高壓風存在,仍然不會出現誤報警的情況,簡單來說,就是在正常運行狀態下,即使發射機出現了明顯的抖動,該系統仍不會持續發布報警信息,確保了播音的完整性。 由此可見,該方案從根本上解決了高壓風較易出現的誤告警情況,并且沒有給高壓風所具有保護作用造成負面影響。

改進前后高壓風效果如表1 所示,結合表1 所傳遞信息不難看出,改進所得線路的優勢更加明顯。

表1 改進前后高壓風效果

4 結語

通過上文的分析能夠看出,要想做到深入分析高壓風故障,并制定切實可行的技術改進方案,前提是要對發射機運行原理有所了解,在此基礎上,結合故障成因確定優化方案,并根據方案所提供措施對設備進行調整,將播音期間出現停播問題的概率降至最低。 事實證明,上文所提出的兩種改進方案均與TSW2500 發射機相契合,其改進效果也能夠達到有關人員所提要求,可在徹底解決誤報警問題的基礎上,為發射機提供系統且全面的保護,使播出效果更加理想。 本項目的順利實施,無形中增強了有關人員對發射機進行維護的信心,未來可對上述方案進行更進一步的優化,使改進效果變得更加理想。