一起DVOR設(shè)備電源故障的原因分析

李文龍

【摘要】本文詳細(xì)論述了一起DVOR設(shè)備電源頻繁故障的深層次原因分析和故障解決過程、方法，由表及里，分析了因臺站變壓器的安裝不規(guī)范、配電柜配置不合理、臺站地網(wǎng)接地效果不好和避雷器件問題等多種因素綜合引起的設(shè)備電源系統(tǒng)頻繁被損壞的原因，提出了改進(jìn)的方法，以及取得的良好效果。

【關(guān)鍵詞】DVOR設(shè)備電源頻繁故障;原因分析;故障解決過程;改進(jìn)的方法

引言

全向信標(biāo)（DVOR）設(shè)備是目前民航主要的地面為飛機(jī)提供測向服務(wù)的方位導(dǎo)航設(shè)備之一，在全國配置較多，一般和DME測距設(shè)備合裝在航路或機(jī)場終端區(qū)臺站，為飛機(jī)提供方位和距離信息。湖北空管分局河口DVOR/DME臺（航路臺）安裝的是Thales公司的DVOR 4000/DME FSD-45產(chǎn)品，自安裝運(yùn)行以來已有十余年時間。該臺在運(yùn)行前期先后八次出現(xiàn)設(shè)備電源模塊損壞，我們在查找問題的過程中走過不少彎路。

本文介紹了此故障的原因分析、處理過程及處理后的運(yùn)行效果，以期給臺站建設(shè)和設(shè)備維護(hù)技術(shù)人員提供一些參考，和一些需要引以重視的問題。

一、故障現(xiàn)象

河口DVOR/DME導(dǎo)航臺位于京廣航路湖北管制區(qū)北走廊口，于2002年底安裝調(diào)試完畢并校飛通過，在安裝期間和設(shè)備校飛后試運(yùn)行半年內(nèi)一切正常。DVOR 4000設(shè)備由四塊相同的開關(guān)電源模塊并機(jī)供電，給主機(jī)提供54V直流。在隨后運(yùn)行的一年半時間內(nèi)，有八塊電源模塊先后損壞。每次故障后，通過更換備件，設(shè)備都能正常工作一段時間。此故障的特點是，故障模塊種類相同，故障電源模塊號不定，故障時間間隔不定。在維修電源模塊的過程中，我們發(fā)現(xiàn)大部分故障點都位于開關(guān)電源整流前級，大多數(shù)是零線和地、火線和地之間的過壓保護(hù)器件損壞，并且擊毀的元器件呈炭化狀。

二、原因分析

根據(jù)被擊毀的元器件表象、在電源模塊中的位置和器件性能能分析，結(jié)合在設(shè)備電源被擊毀時，有幾次設(shè)備前級UPS保護(hù)性關(guān)機(jī)，初步確定是外圍供電或接地問題。

1.供電系統(tǒng)

圖一為該DVOR/DME臺市電供電概圖，NDB臺和DVOR/DME臺共用一臺10KV變壓器，兩臺之間相距400余米，10KV高壓引接自鎮(zhèn)上農(nóng)用高壓線路，其380V低壓先進(jìn)入NDB臺低壓配電柜，輸出后再由三相四線架空明線送至DVOR臺的油機(jī)市電轉(zhuǎn)換柜，經(jīng)UPS后給DVOR/DME設(shè)備供電。

圖一 DVOR/DME和NDB臺供電示意圖

在查找問題的過程中，經(jīng)長時間的監(jiān)控測量DVOR/DME臺設(shè)備交流輸入火線和零線間電壓正常且穩(wěn)定，零線對地電壓30V-40V且并不穩(wěn)定，火線對地線間的電壓極不穩(wěn)定，偶爾超過220V（正常220V左右）。經(jīng)逐步巡線檢查至變壓器輸出端，發(fā)現(xiàn)變壓器輸出端零線端子沒有接地（圖一中變壓器輸出零線接地線）。此變壓器安裝和維護(hù)工作由當(dāng)?shù)毓╇娋重?fù)責(zé)，經(jīng)詢問供電局工作人員，得到的解釋是此變壓器當(dāng)初安裝就是如此，而且當(dāng)?shù)剞r(nóng)用變壓器的安裝都是這樣。在我們要求下，地方供電部門對變壓器輸出零線端子就近接地。經(jīng)過處理后，我們實地測量DVOR/DME臺交流輸入零線對地電壓降至10V以下，且較穩(wěn)定，而火線對地電壓不穩(wěn)且電壓偶爾大大超過正常的220V。

對于常規(guī)三相四線制低壓（10KV以下）供電系統(tǒng)，如果變壓器輸出端中性點不接地，當(dāng)變壓器負(fù)載不平衡時，變壓器中性點電位會發(fā)生飄移（即不為0V了），從而造成各相電壓不對稱，進(jìn)而危及用電設(shè)備的安全，一般要將變壓器次級中性點接地。

2.接地系統(tǒng)

由于DVOR/DME臺火線對地電壓不穩(wěn)且偏高，懷疑地網(wǎng)帶有電位。圖二為DVOR/DME臺接地系統(tǒng)示意圖，避雷針、[平臺？]反射網(wǎng)、油機(jī)房配電柜保護(hù)地和設(shè)備保護(hù)地共用接地系統(tǒng)，接地井到機(jī)房設(shè)備保護(hù)地、油機(jī)房配電柜、油機(jī)保護(hù)地用接地銅帶相連，接地井到圍墻外的田地接地網(wǎng)都是用鍍鋅扁鐵帶相連，接地樁用銅棒。

圖二 DVOR/DME臺接地系統(tǒng)示意圖

在設(shè)備安裝調(diào)試期間，我們曾多次測量過臺站的接地電阻。由于導(dǎo)航臺圍墻內(nèi)全部為巖石基礎(chǔ)，在測量接地電阻時采取將地阻測試儀的測試棒安放在院墻外的地網(wǎng)內(nèi)測試的方式，故每次測量的阻值都是符合標(biāo)準(zhǔn)。后改進(jìn)測試方法，設(shè)備停機(jī)，斷開整個臺站的供電，將地阻儀測試棒放在山坡下的網(wǎng)外測試，發(fā)現(xiàn)地阻值超標(biāo)。

經(jīng)仔細(xì)分析此臺的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)和所處的地理條件，由于地處砂礫巖山坡，圍墻外的田地表層土壤厚度僅為二三十公分，整個臺站的地質(zhì)條件并不理想。這種地質(zhì)條件造成整個導(dǎo)航臺的地網(wǎng)好似懸空，如果有雷電電流泄放進(jìn)地網(wǎng)，定不能迅速有效的導(dǎo)入大地綜合，從而導(dǎo)致整個地網(wǎng)電位異常，危及設(shè)備的安全。

由于院內(nèi)幾乎全部是巖石，無法加裝接地網(wǎng)，只好改造院墻外地網(wǎng)，在圍墻外的農(nóng)田里加裝接地極，并將地網(wǎng)引接至山坡下一口魚塘，再次將地阻測試儀的測試極放在山坡下的網(wǎng)外測量整個地網(wǎng)的阻值，符合標(biāo)準(zhǔn)。

在改造接地網(wǎng)的過程中，斷開院內(nèi)接地井至油機(jī)配電房的接地銅帶時（圖二中院內(nèi)虛線），我們發(fā)現(xiàn)進(jìn)油機(jī)配電間的接地銅帶帶電。這一現(xiàn)象讓我們意識到問題的嚴(yán)重性，并開始重點檢查油機(jī)配電柜。從NDB臺來的市電直接進(jìn)入此配電柜（老式配電柜）的油機(jī)和市電轉(zhuǎn)換閘刀開關(guān)，配電柜的市電輸入端接有氧化鋅閥式避雷器，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)其中一相電的避雷器對地短路（外觀完好）。經(jīng)更換新的氧化鋅閥式避雷器后，油機(jī)配電房接地銅帶帶電現(xiàn)象消失。

事后分析，避雷器在擊穿后導(dǎo)致市電的相電壓直接進(jìn)入設(shè)備的保護(hù)地，而由于此臺的接地網(wǎng)接地效果又不好，造成設(shè)備的電源輸入火線和保護(hù)地之間變成相間電壓380伏，危及設(shè)備的安全。因供電線路內(nèi)阻的存在和接地網(wǎng)的懸空，相當(dāng)于一負(fù)載，使NDB臺配電柜中給DVOR臺供電的空氣開關(guān)并沒有保護(hù)性跳閘，故障隱患一直存在，沒被發(fā)現(xiàn)。

此故障隱患的主要原因是工程安裝期間配電柜選型和配置問題，還有防雷器件的選型簡單，器件性能變差擊穿短路后沒有導(dǎo)致供電系統(tǒng)的保護(hù)性跳閘，致使故障沒有顯現(xiàn)。另外氧化鋅閥式避雷器（老式簡易避雷器），一般在損壞的情況下應(yīng)呈開路狀態(tài)，此次擊穿短路很少見。

三、解決方案

為了徹底解決問題，我們在地網(wǎng)、高壓變壓器、供電線路和避雷等方面做了如下幾方面的工作：

1.由于院內(nèi)幾乎全部是巖石，無法加裝接地網(wǎng)，只能重新在圍墻外的田里加裝接地極，并在接地極樁坑中加木炭，改善接地性能。

2.把DVOR/DME臺油機(jī)房市電鎧裝進(jìn)線電纜端屏蔽層可靠接地，避雷針和平臺網(wǎng)的接地已經(jīng)封裝在混凝土下，經(jīng)引接和電力電纜的屏蔽接地改在圍墻外的地網(wǎng)里焊接在一起。

3.油機(jī)房配電柜市電進(jìn)線端加裝一合適的空氣開關(guān)。

4.在DVOR/DME臺油機(jī)房配電柜進(jìn)線端加裝專用低壓配電系統(tǒng)避雷器箱，替換原有的氧化鋅避雷器。

5.把NDB和DVOR臺共用的變壓器低壓輸出端的零線就近接地，改善兩個臺站的三相負(fù)載平衡，最終使零線電壓趨于零伏。

四、效果檢查

在排除低壓零地電壓和火地電壓過高、改善接地網(wǎng)、加裝電源避雷器箱后，設(shè)備運(yùn)行正常，至今再也沒有出現(xiàn)設(shè)備電源被擊毀的故障現(xiàn)象。

五、結(jié)束語

Thales公司DVOR 4000設(shè)備的電源模塊設(shè)計精巧，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用大規(guī)模集成電路較多，且電路保護(hù)模塊和檢測電路眾多，相比NDB設(shè)備對供電、防雷和接地品質(zhì)要求較高。早期的臺站工程安裝這方面重視不夠，容易因供電和接地問題造成設(shè)備隱性故障。

航路導(dǎo)航臺站一般都設(shè)置在偏遠(yuǎn)的農(nóng)村或小城鎮(zhèn)，共用當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)電系統(tǒng)，電壓不穩(wěn)以及變壓器、線路安裝的不規(guī)范都會給臺站的安全運(yùn)行帶來隱患，需引起工程安裝人員和技術(shù)人員的足夠重視。本起故障隱蔽性較強(qiáng)，主要原因是由于避雷器件的擊穿短路導(dǎo)致地網(wǎng)帶電，地網(wǎng)接地不好不能有效的泄放，加上供電變壓器不規(guī)范安裝引起零線電壓升高，電路保護(hù)又沒起作用等。

在查找問題的過程中，其中一些不經(jīng)意的異?，F(xiàn)象也沒引起我們的重視，比如，故障期間兩個臺站月用電量有所上升，UPS幾次保護(hù)性關(guān)機(jī)重啟后又正常，零地和火地電壓偶爾異常（和天氣、土壤濕度有關(guān)）等，值得我們反思。

對一些邊遠(yuǎn)的地質(zhì)條件不好的臺站，尤其要重視地網(wǎng)的設(shè)計和施工，防止出現(xiàn)地網(wǎng)懸浮現(xiàn)象。在測量地阻的方法上，為了取得準(zhǔn)確的地阻值，需注意地阻測試儀的測試極盡量不要布放在地網(wǎng)內(nèi)，且要多次多點測量，取平均值。