L波段探空雷達(dá)維護(hù)維修技巧

趙育俊

(甘肅省隴南市氣象局，甘肅 隴南 746000)

0 引言

高空氣象觀測(cè)是現(xiàn)代氣象綜合觀測(cè)體系的重要組成部分，對(duì)天氣預(yù)報(bào)、氣候變化研究和氣候資源開(kāi)發(fā)利用發(fā)揮著十分重要的作用。L波段雷達(dá)是我國(guó)自主研制的新一代高空氣象探測(cè)雷達(dá)，具有探測(cè)精度高、采樣速率快、自動(dòng)化程度高、使用方便等特點(diǎn)[1]。它的研制成功縮短了我國(guó)高空氣象探測(cè)技術(shù)與世界先進(jìn)水平的差距，與數(shù)字探空儀配合，可進(jìn)行自測(cè)站地面到幾萬(wàn)米高度空間的大氣要素和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化進(jìn)行探測(cè)[2]。因此如何最大限度延長(zhǎng)L波段雷達(dá)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間，提高故障維修效率顯得尤為重要。筆者通過(guò)對(duì)武都?xì)庀笥^測(cè)站L波段探空雷達(dá)維護(hù)維修記錄整理、歸納、分析，從中提煉出L波段探空雷達(dá)維護(hù)維修技巧和故障排查順序，旨在提高檢修效率，縮短故障排查時(shí)間，保障L波段雷達(dá)可靠運(yùn)行。

1 雷達(dá)的日常維護(hù)

L波段探空雷達(dá)是一種自動(dòng)化程度較高的新型雷達(dá)，為了充分發(fā)揮雷達(dá)的優(yōu)良性能，最大限度延長(zhǎng)雷達(dá)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間和使用壽命，在日常業(yè)務(wù)使用過(guò)程中，除了按照使用說(shuō)明正確操作使用外，還必須定期做好雷達(dá)維護(hù)保養(yǎng)工作。萬(wàn)事皆有因，雷達(dá)故障也不例外。雷達(dá)天線(xiàn)座安裝在室外，要經(jīng)受烈日暴曬、嚴(yán)寒酷暑、風(fēng)雨侵蝕、灰塵污染等惡劣環(huán)境，極易造成塵垢、腐蝕、生銹、氧化、霉變和元器件電氣參數(shù)發(fā)生變化，這些都是導(dǎo)致雷達(dá)故障的最初誘因。因此應(yīng)定期仔細(xì)全面地對(duì)雷達(dá)進(jìn)行電氣和機(jī)械檢查維護(hù)，以預(yù)防或減少雷達(dá)故障發(fā)生，把雷達(dá)故障排除在萌芽狀態(tài)，避免出現(xiàn)大的破壞性故障，保證雷達(dá)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行。雷達(dá)定期維護(hù)分為日維護(hù)、季維護(hù)和年維護(hù)。

1.1 日維護(hù)

①日維護(hù)主要在班前和班后進(jìn)行，清潔各機(jī)箱、天線(xiàn)、攝像頭灰塵，遇有雨雪天氣，及時(shí)清除積雪，檢查天線(xiàn)座各個(gè)密封環(huán)，如有漏水必須清除干凈后方可開(kāi)機(jī)。

②檢查雷達(dá)頻率、增益、發(fā)射機(jī)電流是否在合理數(shù)值范圍內(nèi)，各個(gè)按鈕操作是否正常，雷達(dá)和軟件通訊是否正常，各指示燈是否正常，天線(xiàn)驅(qū)動(dòng)是否正常，有無(wú)異常響聲。

③開(kāi)機(jī)檢查四條亮線(xiàn)是否正常，班前班后校對(duì)有源目標(biāo)物仰角、方位、斜距數(shù)據(jù)是否正確。

1.2 季維護(hù)

①檢查天線(xiàn)座各個(gè)艙門(mén)、室外電纜插頭、饋線(xiàn)、艙蓋密封環(huán)是否完好，如有漏水用703硅膠涂抹密封。

②檢查電纜、饋線(xiàn)插頭、匯流環(huán)和觸頭，如有氧化斑點(diǎn)用95%酒精擦除。檢查電纜、饋線(xiàn)插座，如有變形用整形器校正，最后擰緊所有電纜、饋線(xiàn)插頭，防止漏水。

③清除機(jī)械齒輪上的污染油脂，重新涂抹潤(rùn)滑油脂。

④維護(hù)完畢，打開(kāi)有源目標(biāo)物核對(duì)雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度、仰角、方位、斜距數(shù)據(jù)是否正確。

⑤利用晴朗天氣做一次經(jīng)緯儀與雷達(dá)對(duì)比觀測(cè)，對(duì)比觀測(cè)仰角誤差<0.3°，方位誤差≤0.5°，如不符合要求，進(jìn)行三軸一致標(biāo)定直至達(dá)標(biāo)。

1.3 年維護(hù)

①年維護(hù)應(yīng)對(duì)雷達(dá)整機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)、仔細(xì)、全面的檢查和保養(yǎng)，一般在每年汛前進(jìn)行，以確保雷達(dá)汛期正常運(yùn)行和觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

②檢查雷達(dá)+5 V、+12 V、±15 V、+24 V、～110 V電壓是否正常，各分機(jī)工作是否正常。

③檢查各個(gè)插頭是否接觸良好，清潔處理接觸不良部位。

④標(biāo)定雷達(dá)斜距、水平、仰角零度、正北和三軸一致[3]。

2 雷達(dá)故障的分類(lèi)及維修技巧

雷達(dá)工作一段時(shí)間后，部分零部件和元器件會(huì)因長(zhǎng)期加電工作、氧化、腐蝕、磨損等原因致使元器件電氣參數(shù)發(fā)生變化，引起工作效率降低或者徹底失去作用而發(fā)生雷達(dá)故障。雷達(dá)故障維修關(guān)鍵在于分析研判，根據(jù)故障現(xiàn)象分析可能產(chǎn)生故障的部位，并盡可能縮小故障范圍，縮短維修時(shí)間，提高維修效率。通過(guò)對(duì)武都?xì)庀笥^測(cè)站L波段雷達(dá)自2010—2019年10 a間共計(jì)26次雷達(dá)維修記錄整理、歸納、分析發(fā)現(xiàn)，室外故障12次，動(dòng)態(tài)元器件損壞11次，大功率元器件損壞3次。這是因?yàn)槔走_(dá)受外界惡劣環(huán)境影響，一般室外元器件性能易變差，故障率比室內(nèi)高，大功率元器件工作電壓高、電流大、易發(fā)熱而燒毀，動(dòng)態(tài)體在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因磨損、斷裂而發(fā)生故障。維修方法一般有代替法、排除法、加熱法、冷卻法等多種方法，故障排查順序原則是先外后內(nèi)、先易后難、先大后小、先動(dòng)后靜、先干后支。雷達(dá)故障根據(jù)其發(fā)生的特點(diǎn)可分為單一故障，綜合故障和隨機(jī)故障。在實(shí)際檢修工作中不同故障采取不同的分析方法和維修技能，要做到思路清晰、主次分明、多措并舉、靈活應(yīng)用，這樣可減免在維修過(guò)程中走彎路，達(dá)到快速修復(fù)的目的。

2.1 單一故障

單一故障是指雷達(dá)發(fā)生故障時(shí)只是單純一種故障現(xiàn)象，排查這類(lèi)故障相對(duì)簡(jiǎn)單。檢修這類(lèi)故障的基本思路就是遵循故障排查順序原則，順藤摸瓜，分級(jí)檢查，多措并舉，精準(zhǔn)快速。

2015年1月17日雷達(dá)出現(xiàn)故障，07時(shí)開(kāi)機(jī)亮線(xiàn)兩長(zhǎng)兩短，開(kāi)機(jī)半小時(shí)以后恢復(fù)正常，19時(shí)開(kāi)機(jī)一切正常，連續(xù)3 d皆是如此。查看氣象資料發(fā)現(xiàn)19時(shí)室外溫度比07時(shí)高14 ℃左右，根據(jù)以上故障現(xiàn)象分析，雷達(dá)07時(shí)故障而19時(shí)正常并非偶然，而是由于溫度低或者某個(gè)元器件溫度適應(yīng)性能變差引起的。該故障檢修的難點(diǎn)在于等到07時(shí)雷達(dá)探測(cè)工作完成后故障已消失，沒(méi)有直觀的故障現(xiàn)象供維修參考，只能依據(jù)分析研判進(jìn)行維修。該故障是程序方波或其通道出現(xiàn)問(wèn)題所致，程序方波通道如圖1所示。經(jīng)分析推測(cè)認(rèn)為：第一由于某個(gè)電纜或者饋線(xiàn)插頭熱脹冷縮造成接觸不良，第二某個(gè)元器件溫度適應(yīng)性變差，在低溫狀態(tài)下出現(xiàn)故障。按照“先外后內(nèi)”“先易后難”的故障排查順序，先從室外排查。將室外程序方波通道的電纜、饋線(xiàn)插頭用無(wú)水酒精擦除氧化斑點(diǎn)，用整形器校正插座，第二天07時(shí)故障依舊。第三天05時(shí)開(kāi)始用加熱法尋找故障元件，用小型電吹風(fēng)對(duì)上下左右調(diào)相器、開(kāi)關(guān)管套逐個(gè)進(jìn)行預(yù)熱的同時(shí)觀察亮線(xiàn)變化，當(dāng)預(yù)熱下開(kāi)關(guān)管套時(shí)，四條亮線(xiàn)逐漸恢復(fù)平齊，更換下開(kāi)關(guān)管套，雷達(dá)恢復(fù)正常。

2.2 綜合故障

綜合故障是指雷達(dá)出現(xiàn)故障時(shí)表現(xiàn)為多種故障現(xiàn)象，這時(shí)要沉著冷靜，仔細(xì)分析，不能盲目從某一故障維修，否則會(huì)擴(kuò)大故障范圍。分析綜合故障的原則是“先干后支”，因?yàn)槔走_(dá)多個(gè)部位同時(shí)損壞的可能性極小，而一個(gè)部位出現(xiàn)故障可引起多種故障現(xiàn)象表現(xiàn)形式是很普遍的。

圖1 程序方波通道圖Fig.1 Program square wave channel diagram

2017年8月13日雷達(dá)出現(xiàn)了綜合故障，打開(kāi)雷達(dá)無(wú)訊號(hào)，無(wú)亮線(xiàn)，增益260，仰角、方位數(shù)值大范圍跳變，仰角、方位位置顯示圖也隨其數(shù)值跳變而大幅擺動(dòng)，仰角可以跳變到200°左右，仰角位置顯示圖也出現(xiàn) “仰角反背”現(xiàn)象(指仰角位置顯示圖的天線(xiàn)仰角超過(guò)90°并反向降低)，而雷達(dá)天線(xiàn)并未隨數(shù)值跳變擺動(dòng)，點(diǎn)擊雷達(dá)操控按鈕均不起作用。

如果從單一故障分析(分支分析)，雷達(dá)無(wú)訊號(hào)增益大，則可判斷為訊號(hào)接收、放大、處理通道有故障；仰角、方位跳變，則可判斷為天控單元或者軸角轉(zhuǎn)換電路故障；點(diǎn)擊雷達(dá)操控按鈕不起作用，則可判斷為雷達(dá)與微機(jī)通訊單元故障。很明顯這種可能幾乎沒(méi)有，因?yàn)槔走_(dá)6個(gè)部位同時(shí)出現(xiàn)故障的可能是微乎其微。要解決問(wèn)題還得從總干分析，即哪個(gè)部位出現(xiàn)故障能造成以上多部位同時(shí)故障，通過(guò)對(duì)框圖分析判斷(見(jiàn)圖2)，應(yīng)該優(yōu)先從雷達(dá)電源電路開(kāi)始檢修。打開(kāi)主控箱，雷達(dá)主控箱各電源指示燈顯示正常，測(cè)量+12 V、±15 V、+5 V電壓，分別為+11.96 V、+14.95 V、-14.93 V、+4.2 V。前3組電壓雖然偏離標(biāo)準(zhǔn)值，但是其電壓誤差在規(guī)定允許的±10%以?xún)?nèi)，且電壓均能夠正?？烧{(diào)，所以前3組電源是正常的。而+5 V電壓偏低16%，超出了電壓偏差允許范圍，調(diào)節(jié)可調(diào)電位器電壓不可調(diào)節(jié)，經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)+5 V電源濾波電容退容，且伴有輕度漏電現(xiàn)象，更換濾波電容后+5 V電源電壓升至+5.3 V，且恢復(fù)電壓可調(diào)性，所有雷達(dá)故障徹底排除。

圖2 綜合故障分析框圖Fig.2 Comprehensive failure analysis block diagram

2.3 隨機(jī)故障

隨機(jī)故障是指雷達(dá)時(shí)而故障時(shí)而正常，它又可以分為無(wú)規(guī)律隨機(jī)故障和有規(guī)律隨機(jī)故障。隨機(jī)故障是不易排查的故障之一，因?yàn)楫?dāng)你用儀表檢查時(shí)它有可能又恢復(fù)正常了，如此反復(fù)無(wú)常不易找到故障點(diǎn)，所以這種故障一般使用代替法排查。

隨機(jī)故障一般由以下原因形成：第一由于元器件長(zhǎng)期使用缺乏必要的維護(hù)，使其被塵垢污染、腐蝕、生銹、氧化、霉變而造成接觸不良形成故障；第二是處于動(dòng)態(tài)的元器件長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)造成磨損性接觸不良，或者彎曲扭折造成斷裂式接觸不良形成故障；第三則是由于元器件長(zhǎng)期工作，其電氣性能下降至敏感臨界值，隨其它因素的變化其臨界閥值會(huì)發(fā)生漂移，有時(shí)能勉強(qiáng)工作，有時(shí)完全不能工作而形成的故障。

2.3.1 無(wú)規(guī)律隨機(jī)故障 由于故障隨機(jī)出現(xiàn)，沒(méi)有任何規(guī)律可循，只能按照排查順序原則逐個(gè)代替排查檢修。2019年5月23日雷達(dá)在探測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)了天控驅(qū)動(dòng)箱E報(bào)警，仰角不能正常跟蹤，幾秒后又恢復(fù)正常，打開(kāi)天控驅(qū)動(dòng)箱未發(fā)現(xiàn)異常，之后這種現(xiàn)象又反復(fù)出現(xiàn)。故障出現(xiàn)時(shí)仰角驅(qū)動(dòng)模塊顯示報(bào)錯(cuò)提示，將天控置于 “手動(dòng)”也不能正常跟蹤，幾秒后又恢復(fù)正常。按照“先外后內(nèi)”的排查順序原則，先檢查室外部分。檢查仰角連軸器無(wú)故障，再更換仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障依舊。拔掉天線(xiàn)鎖定電源，推動(dòng)天線(xiàn)仰角升降，發(fā)現(xiàn)阻力均勻適中，屬于正常范圍內(nèi)，這就排除了天線(xiàn)偶然卡死的可能。打開(kāi)天線(xiàn)頭檢查發(fā)現(xiàn)仰角限位器腐蝕生銹，限位觸點(diǎn)時(shí)而接觸時(shí)而斷開(kāi)，更換仰角限位器后雷達(dá)恢復(fù)正常。

2.3.2 有規(guī)律隨機(jī)故障 按照故障出現(xiàn)的規(guī)律，通過(guò)仔細(xì)分析研判，進(jìn)一步縮小故障范圍，提高排查檢修效率。2014年9月22日在預(yù)審記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)仰角高于30°時(shí)，仰角曲線(xiàn)出現(xiàn)晃動(dòng)毛刺(見(jiàn)圖3)，現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)雷達(dá)仰角上下抖動(dòng)。經(jīng)分析認(rèn)為該故障與雷達(dá)仰角驅(qū)動(dòng)、采樣通道有關(guān)，可能是仰角變化引起某一動(dòng)態(tài)元器件在某一段動(dòng)態(tài)區(qū)間工作異常而造成故障，這些動(dòng)態(tài)元器件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，傳輸帶，仰角驅(qū)動(dòng)齒輪組合，同步機(jī)，組合電纜(W8-W11)等。按照“先外后內(nèi)”“先易后難”的排查原則更換了組合電纜，雷達(dá)故障消除。經(jīng)分析該故障是雷達(dá)工作時(shí)隨著仰角的升降，組合電纜彎曲扭折，長(zhǎng)期如此工作致使電纜線(xiàn)芯銅絲斷裂。在低仰角時(shí)，組合電纜處于自然展直狀態(tài)，斷裂的電纜線(xiàn)芯銅絲互相接觸維持正常工作，但是隨著雷達(dá)仰角的升高組合電纜逐漸彎曲扭折，使斷裂的電纜線(xiàn)芯時(shí)而接觸時(shí)而斷開(kāi)引起仰角抖動(dòng)，仰角曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯毛刺。

圖3 仰角高于30°仰角曲線(xiàn)出現(xiàn)晃動(dòng)毛刺圖Fig.3 Shaking burr on the elevation angle higher than 30°curve

3 結(jié)論

L波段雷達(dá)是高空氣象探測(cè)的主要設(shè)備之一[4]。為了最大限度延長(zhǎng)L波段雷達(dá)工作壽命，提高工作效率，減少各類(lèi)故障的發(fā)生，避免重大復(fù)雜故障的形成，我們要定期、不定期地做好雷達(dá)日常維護(hù)保養(yǎng)工作。在雷達(dá)故障排查檢修工作中，要仔細(xì)觀察，認(rèn)真研判，依據(jù)故障類(lèi)型，遵循先外后內(nèi)、先易后難、先大后小、先動(dòng)后靜、先干后支科學(xué)有序的維修方法，不斷總結(jié)維修技巧，在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)雷達(dá)正常運(yùn)行。為國(guó)防、科研、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、天氣預(yù)報(bào)、氣候能源開(kāi)發(fā)、防災(zāi)減災(zāi)提供準(zhǔn)確、及時(shí)、完整的高空氣象資料。