張洪冰

摘 要：新一代的液冷全固態(tài)數(shù)/模同機(jī)電視發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)緊湊，占用空間少，空氣散熱小，配置靈活，具有較高的效率，能充分滿足當(dāng)前地面電視無(wú)線數(shù)字化覆蓋發(fā)展的需要。因此，有必要進(jìn)行維護(hù)?；诖?，本文首先對(duì)該設(shè)備進(jìn)行介紹，然后闡述發(fā)射單元的工作原理，最后探討液冷全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)的維護(hù)。

關(guān)鍵詞：液冷；數(shù)/模同機(jī)；水泵；故障檢修

中圖分類號(hào)：TN948.53；TN722.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）22-0075-03

The Maintenance of 10 kW Liquid Cooled Digital/Analog TV Transmitter

ZHANG Hongbing

（Henan Radio and TV Transmitting Station，Zhengzhou Henan 450016）

Abstract： The new generation of liquid-cooled all-solid-state digital/analog TV transmitter is compact in design， small in air heat dissipation， flexible in configuration， higher in efficiency， and can fully meet the needs of the development of wireless digital coverage of terrestrial television. Theres a need for good maintenance. Based on this， this paper first introduced the equipment， then described the working principle of the transmitter unit， and finally discussed the maintenance of liquid-cooled all-solid-state television transmitter.

Keywords： liquid cooling；number/mode machine；water pumps；fault repair

河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)喬遷至新址以后，新建機(jī)房所有發(fā)射設(shè)備均采用世界先進(jìn)技術(shù)，其中2部電視發(fā)射機(jī)為進(jìn)口10kW液冷全固態(tài)數(shù)/模同機(jī)發(fā)射機(jī)。

新一代的液冷全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)緊湊，占用空間少，空氣散熱小，配置靈活，具有較高的效率，充分滿足了當(dāng)前地面無(wú)線電視覆蓋的要求，能有效減少運(yùn)行和維護(hù)成本。該型號(hào)的發(fā)射機(jī)支持現(xiàn)有的全部模擬或數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，如DTMB、DVB-T、DVB-H、DVB-T2、ATSC、ATSC Mobile DTV、ISDB-T和ISDB-TB等，是高精度、高質(zhì)量的無(wú)線通信設(shè)備，保證了電視節(jié)目的正常發(fā)射，能實(shí)現(xiàn)今后數(shù)字化電視整體轉(zhuǎn)換的改造，具有較大的社會(huì)效益。

隨著周邊城區(qū)不斷發(fā)展、不斷擴(kuò)建，整個(gè)電力供電系統(tǒng)加載趨于復(fù)雜化。雖然河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)屬于一級(jí)用電單位，采取雙回路供電方式，但仍然造成多次斷電、電壓波動(dòng)等意外發(fā)生。這些情況給發(fā)射設(shè)備帶來(lái)的損傷在隨后幾年的運(yùn)行中逐步顯現(xiàn)，2套設(shè)備都先后多次出現(xiàn)故障。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)原理、電路進(jìn)行分析，充分利用現(xiàn)有條件，成功修復(fù)了這2部發(fā)射機(jī)的液冷循環(huán)泵和功放散熱故障，節(jié)約了數(shù)萬(wàn)元維護(hù)資金。

接下來(lái)對(duì)設(shè)備檢修和維護(hù)過(guò)程的相關(guān)過(guò)程進(jìn)行分析。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)有2臺(tái)電視發(fā)射機(jī)采用的是進(jìn)口的10kW單通道液冷全固態(tài)數(shù)/模同機(jī)電視發(fā)射機(jī)。整機(jī)具有占地面積少、低能耗、噪音小、模塊化設(shè)計(jì)且可以兼具數(shù)/模輸入信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)備主要由激勵(lì)器、控制單元、功率放大模塊、液態(tài)循環(huán)冷卻單元和供電系統(tǒng)等構(gòu)成[1]。發(fā)射系統(tǒng)由光端機(jī)、網(wǎng)絡(luò)適配器、多用途的數(shù)字主/備激勵(lì)器、中央控制器功率放大模塊、液態(tài)冷卻循環(huán)系統(tǒng)、供配電單元、電源分控器、總電源控制器、功率合成器、帶通濾波器以及定向耦合器、同軸開關(guān)和假負(fù)載等構(gòu)成。液態(tài)循環(huán)冷卻系統(tǒng)由主備自循環(huán)水泵、戶外散熱器、均壓配置和電源控制器等構(gòu)成。

2 發(fā)射單元的工作原理

發(fā)射單元的工作原理如圖1所示。

視音頻信號(hào)由自動(dòng)切換單元分配至A/B激勵(lì)器，經(jīng)過(guò)激勵(lì)器放大處理后輸出小功率RF信號(hào)，由主用激勵(lì)器輸出的RF信號(hào)再經(jīng)過(guò)自動(dòng)切換單元送至分配器分成8路信號(hào)，由8個(gè)功放模塊分別放大至1.3kW，再經(jīng)合成器合成為10kW的大功率射頻信號(hào)，經(jīng)輸出濾波器濾除帶外雜波，經(jīng)饋管上天線發(fā)射；定向耦合器負(fù)責(zé)采集輸出功率和發(fā)射功率的數(shù)值并送入顯示面板和中央控制單元使用；電源分配系統(tǒng)承擔(dān)各個(gè)組成部分的供電。其中，主要單元的原理如下。

①中央控制器。其是整個(gè)發(fā)射機(jī)的核心控制部分，承擔(dān)發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，提供給發(fā)射機(jī)操作控制指令。在中央控制器內(nèi)部設(shè)有發(fā)射機(jī)本地控制單元及發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程控制單元的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。發(fā)射機(jī)所有模塊的工作狀態(tài)都可以在控制單元的彩色顯示屏上顯示。發(fā)射機(jī)和功放模塊的參數(shù)調(diào)整都可以在控制單元或通過(guò)遠(yuǎn)程系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成。

②數(shù)字激勵(lì)器。與模擬激勵(lì)器不同的是，數(shù)字激勵(lì)器采用了數(shù)字直調(diào)技術(shù)，具有較高的整體集成度。無(wú)論模擬電視信號(hào)還是數(shù)字TS信號(hào)，都可以在調(diào)制器經(jīng)過(guò)處理以后調(diào)制在射頻載頻點(diǎn)上，送到功率放大器進(jìn)行放大輸出[2]。

③功率放大模塊。功率放大器使用的是大功率LDMOS功率放大管，具有較高的集成度；每個(gè)模塊獨(dú)立供電，電源模塊已經(jīng)內(nèi)置于功率放大模塊內(nèi)部；發(fā)射機(jī)在工作過(guò)程中通過(guò)冷卻液將電源及功放模塊工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量帶到外部散熱器散發(fā)到設(shè)備外部；在每個(gè)功率放大模塊內(nèi)部都設(shè)計(jì)了可靠的自我檢測(cè)電路，具有自我保護(hù)功能；通過(guò)CAN總線將功率放大模塊的工作狀態(tài)信息和故障告警信息送至發(fā)射機(jī)的中央控制器，通過(guò)顯示單元顯示；整個(gè)放大電路均采用全新的設(shè)計(jì)理念，功率的冗余度非常充分；在發(fā)射機(jī)滿功率發(fā)射播出時(shí)，功放管能工作在較好的放大狀態(tài)。

④液態(tài)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由2臺(tái)循環(huán)泵、2部外部散熱器和8個(gè)功放模塊的內(nèi)置風(fēng)扇組成，方框圖如圖2所示。該系統(tǒng)的主要作用是發(fā)射機(jī)在工作過(guò)程中，通過(guò)冷卻液將電源及功放模塊工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量帶到外部散熱器，從而散發(fā)到設(shè)備外部；確保發(fā)射機(jī)工作時(shí)的功率放大模塊溫度相對(duì)穩(wěn)定。同時(shí)，采用壓力均衡裝置使每個(gè)模塊間冷卻液流量相同。

⑤UPS電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。UPS電源采用蓄電池靜止型不間斷供電裝置，是一種高質(zhì)量、高可靠性的獨(dú)立電源，由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關(guān)和蓄電池組等組成，當(dāng)市電正常時(shí)，經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鲗?duì)蓄電池充電，同時(shí)經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流凈化電源供重要負(fù)載，使其不受市電的電壓、頻率和諧波等的干擾。當(dāng)市電因故障停電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到蓄電池組，蓄電池放電，經(jīng)逆變器對(duì)重要負(fù)荷供電。合理地配置UPS電源，能有效地改善發(fā)射機(jī)房的供電質(zhì)量，消除市電斷電停播事故隱患，提高廣播電視信號(hào)傳輸?shù)陌踩?、可靠性?/p>

通過(guò)分析可知，發(fā)射單元柜的構(gòu)成與普通全固態(tài)風(fēng)冷發(fā)射機(jī)的區(qū)別在于，功放模塊的冷卻方式不是單一的強(qiáng)迫風(fēng)冷方式，而是液冷和散熱風(fēng)扇相結(jié)合，很好地實(shí)現(xiàn)了功放模塊內(nèi)部高效穩(wěn)定的液冷循環(huán)，滿足了功放管的散熱需求。這是一個(gè)技術(shù)含量非常高的設(shè)計(jì)工藝。

3 液冷全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)的維護(hù)

從以上分析看出，2部發(fā)射機(jī)采用的是先進(jìn)的液冷技術(shù)、工藝較好的進(jìn)口設(shè)備。在安裝調(diào)試過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)任何技術(shù)問(wèn)題，順利通過(guò)了聯(lián)調(diào)測(cè)試，發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)視頻、音頻、射頻指標(biāo)都符合國(guó)標(biāo)甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，滿功率播出運(yùn)行狀態(tài)良好，各個(gè)功放模塊的輸入、輸出、電壓、電流和溫度等參數(shù)都與出廠數(shù)據(jù)一致，輸出合成匹配良好，液冷單元的水泵、散熱器等組件工作狀態(tài)穩(wěn)定，管道連接完好。但是，自投入使用后，由于外電多次出現(xiàn)閃斷或大幅波動(dòng)等情況（已經(jīng)通過(guò)加裝UPS不間斷電源解決了這一問(wèn)題），不可避免地給發(fā)射機(jī)內(nèi)部造成損傷，功率模塊散熱和液冷循環(huán)系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)了一些問(wèn)題。由于整機(jī)設(shè)計(jì)的冗余量比較大，備份手段較多，才沒(méi)有造成整機(jī)停播、節(jié)目中斷等情況發(fā)生。但是，仍對(duì)安全播出工作構(gòu)成了威脅。筆者對(duì)兩例故障檢修進(jìn)行總結(jié)。

3.1 循環(huán)泵故障問(wèn)題

電視智能播控系統(tǒng)檢測(cè)告警提示其中一部電視發(fā)射機(jī)無(wú)視頻輸出，自動(dòng)將主發(fā)射機(jī)倒換到備機(jī)。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)正在工作中的發(fā)射機(jī)已經(jīng)自動(dòng)強(qiáng)迫關(guān)機(jī)，控制電路的空氣開關(guān)也已經(jīng)自動(dòng)斷開。

首先查看控制單元提示的故障信息，系統(tǒng)提示由于溫度過(guò)高超過(guò)設(shè)備預(yù)警門限自動(dòng)保護(hù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查分析：發(fā)射機(jī)的功率放大電路由8個(gè)功放模塊組成，單一模塊出現(xiàn)故障造成整機(jī)設(shè)備強(qiáng)迫關(guān)機(jī)斷電的可能性不大，因此可以初步判斷為冷卻水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。再進(jìn)一步開展檢查，通過(guò)進(jìn)行短暫開機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)，1min之后觀察8個(gè)功放模塊上的“TEMPERA TURE FAIL”指示燈均顯示長(zhǎng)亮。發(fā)射機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)泵1無(wú)工作指示燈顯示，循環(huán)泵2指示燈顯示正常，所有散熱風(fēng)扇顯示正常。

故障原因分析：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到溫度過(guò)高超過(guò)門限值，放大器保護(hù)電路將自動(dòng)關(guān)閉輸出。溫度傳感器是為前置放大器提供V_TEMP信號(hào)的。當(dāng)溫度過(guò)熱時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生TEMPERATURE FAIL故障信息。這一信息便通過(guò)功率放大器在前面板顯示出來(lái)，同時(shí)關(guān)閉發(fā)射機(jī)的輸出。發(fā)射機(jī)功率放大模塊工作溫度的門限值不得高于50℃。當(dāng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生故障以后，不能及時(shí)將功率放大模塊產(chǎn)生的熱量散出去，造成冷卻液溫度過(guò)高，自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)迫使發(fā)射機(jī)保護(hù)性關(guān)機(jī)。

發(fā)射機(jī)是按標(biāo)準(zhǔn)配置的互為主/備的雙循環(huán)水泵系統(tǒng)模式，根據(jù)故障現(xiàn)象分析和開機(jī)試驗(yàn)，可以基本判斷出故障來(lái)自冷卻循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水泵1，如圖3所示，可以按照?qǐng)D示人工手動(dòng)操作改變節(jié)點(diǎn)的水流方向，即可將故障水泵1與水循環(huán)系統(tǒng)分離開來(lái)。

分離出故障水泵以后，重新啟動(dòng)發(fā)射機(jī)，此時(shí)發(fā)射機(jī)僅有單水泵工作，系統(tǒng)整體運(yùn)行正常。 可以判斷此次發(fā)射機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)斷電的原因是水泵1出現(xiàn)故障造成的。

檢修操作：檢查循環(huán)水泵1。拔掉通信模塊和泵的供電插頭，用萬(wàn)用表測(cè)量供電電壓，顯示電壓為正常的220V，因此可以確定是水泵本身出現(xiàn)了故障。在確認(rèn)循環(huán)泵1已被分離出冷卻循環(huán)系統(tǒng)之后，將水泵1下方紅色閥門DV2打開，排干凈水泵內(nèi)殘留的部分冷卻液。取下水泵通信模塊，然后取出水泵，通過(guò)銘牌可以知道此水泵是永磁同步直流電機(jī)，屬于變頻循環(huán)水泵，由變頻電路和電機(jī)兩部分組成。去掉電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子，測(cè)量電機(jī)線圈繞組未發(fā)現(xiàn)異常。由此可以判斷，故障點(diǎn)在變頻電路部分。由于變頻控制電路屬于高度集成電路。聯(lián)系了具有變頻電機(jī)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的公司配合檢修，以較低的成本進(jìn)行了修復(fù)。

3.2 功放模塊故障檢修

在發(fā)射機(jī)整機(jī)輸出功率穩(wěn)定的情況下，液態(tài)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)工作正常，發(fā)射機(jī)功放模塊1前面板第8個(gè)指示燈告警，為散熱風(fēng)扇故障告警提示。

首先對(duì)故障進(jìn)行分析，在功率放大器的電源模塊內(nèi)部為沒(méi)有零線N的380V三相交流輸入電壓，32V直流電輸出電壓，有過(guò)流、過(guò)壓、水溫及相位故障的檢測(cè)。當(dāng)水流、水壓、水溫或相位其中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，功率放大器前面板上的 SUPPLY FAIL 指示燈點(diǎn)亮。由電源產(chǎn)生的熱量大部分被循環(huán)冷卻液循環(huán)帶走，而射頻單元或供電單元?dú)堄嗟臒崃渴怯蓛?nèi)置風(fēng)扇驅(qū)散走的。功率放大盤設(shè)計(jì)為可帶電熱插拔，放大盤的冷卻液管道與整機(jī)總管道接口處帶有自鎖裝置，一旦放大盤內(nèi)部出現(xiàn)故障臨時(shí)拔出，接口自動(dòng)閉鎖，冷卻液不會(huì)漏出。冷卻液通過(guò)專利設(shè)計(jì)的擾流熱交換回路，在水泵的作用下進(jìn)行循環(huán)，帶走模塊絕大部分熱量，殘余熱量通過(guò)散熱系統(tǒng)由排風(fēng)扇將熱量排出。如果散熱風(fēng)扇出現(xiàn)故障，會(huì)造成模塊內(nèi)殘留溫度聚集，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的溫度門限后，預(yù)警系統(tǒng)報(bào)警。

檢修處理過(guò)程中，先將放大盤斷電，關(guān)閉模塊后部液冷管道閥門，更換備用放大盤，恢復(fù)發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行。對(duì)問(wèn)題模塊進(jìn)行檢修，打開放大盤面板，可以清楚地看到置于模塊前端的散熱風(fēng)扇。經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)，該風(fēng)扇已經(jīng)卡死，這是主要故障原因。因此，在更換散熱風(fēng)扇時(shí)，在斷開風(fēng)扇的2根連接線的焊接處之前，記錄好極性，確保新風(fēng)扇按照極性正確安裝。更換新風(fēng)扇以后，故障指示燈熄滅，設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

4 運(yùn)行及應(yīng)用情況

目前，2臺(tái)發(fā)射機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，滿功率播出覆蓋效果良好，保證了2套電視節(jié)目的安全播出。在對(duì)進(jìn)口液態(tài)冷卻全固態(tài)發(fā)射機(jī)的故障檢查和修復(fù)過(guò)程中，運(yùn)用了理論分析的思維方式，加強(qiáng)設(shè)備安裝、運(yùn)行維護(hù)的操作規(guī)范，對(duì)熟悉和掌握液態(tài)冷卻式發(fā)射機(jī)的故障判斷及檢修技巧都有很大的啟發(fā)，得到了同行和專家的一致好評(píng)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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