DX200中波發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)的維護(hù)

沈選剛

（作者單位：云南廣播電視臺(tái)）

美國(guó)哈里斯公司生產(chǎn)的DX200全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)是國(guó)內(nèi)中波廣播發(fā)射機(jī)的主流機(jī)型之一。DX200發(fā)射機(jī)結(jié)合了水冷與風(fēng)冷兩種冷卻方式，一是由流經(jīng)冷卻水管的冷卻水帶走發(fā)射機(jī)主要發(fā)熱部件的熱量，二是由內(nèi)部閉環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)帶走其余發(fā)熱部件熱量，吹至冷卻水管上帶出發(fā)射機(jī)。冷卻系統(tǒng)對(duì)于發(fā)射機(jī)正常工作至關(guān)重要，當(dāng)發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，往往導(dǎo)致發(fā)射機(jī)降功率播出，甚至停機(jī)[1]，因此，系統(tǒng)了解發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)就顯得至關(guān)重要了。

1 DX200發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)介紹

發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)由水冷系統(tǒng)、內(nèi)部風(fēng)冷系統(tǒng)、水泵箱和外部熱交換器構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 發(fā)射機(jī)內(nèi)冷卻系統(tǒng)原理圖

1.1 水冷系統(tǒng)

60 L/min的冷卻水，進(jìn)入發(fā)射機(jī)頂部，通過熱量交換柜后進(jìn)入功率放大器模塊的冷卻部分。冷卻水分為兩個(gè)并行的30 L/min干流，每個(gè)并行干流負(fù)責(zé)冷卻發(fā)射機(jī)的兩個(gè)機(jī)柜。之后，每個(gè)干流又分為三個(gè)并行支流，中間支流為18 L/min，用于冷卻其兩側(cè)模塊的兩個(gè)放大器，兩側(cè)支流分別為6 L/min，各用于冷卻一個(gè)放大器。隨后，三個(gè)支流在發(fā)射機(jī)底部合并流入下一個(gè)機(jī)柜，冷卻原理與上一個(gè)機(jī)柜相同。流出該機(jī)柜之后，水路重新合并，流出放大柜，進(jìn)入整流柜當(dāng)中。進(jìn)入整流柜的冷卻水主要進(jìn)行二極管、整流橋和阻流圈的冷卻。其中，在整流管的熱傳導(dǎo)接觸面上使用壓力為2700 kg的夾接設(shè)備，以保證熱量傳遞的有效性。

圖2為單個(gè)功率放大器模塊水冷原理，熱量由模塊上的金屬-氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET） 放 大管產(chǎn)生，傳遞到接口塊。功率放大器模塊插入發(fā)射機(jī)功率合成母板后，在彈性條上的螺釘擰緊后，彈性條支撐接口塊緊壓有冷卻水通過的冷卻塊，增加了熱傳導(dǎo)的有效性，從而使經(jīng)過的冷卻水有效帶走熱量。

圖2 功率放大器模塊水冷原理圖

1.2 風(fēng)冷系統(tǒng)

不直接由冷卻水冷卻的部件，它們的熱量由發(fā)射機(jī)頂部熱量交換柜的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)對(duì)流氣體帶走。圖3為發(fā)射機(jī)功放柜閉環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)，強(qiáng)對(duì)流氣體在發(fā)射機(jī)內(nèi)經(jīng)過一個(gè)循環(huán)后，熱空氣被帶到熱量交換柜中的盤管，盤管收集到的熱量不斷由循環(huán)流動(dòng)的冷卻水帶走。

圖3 閉環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)

1.3 外部熱交換器

在發(fā)射機(jī)外部，由外部風(fēng)-水熱交換器（換熱器）對(duì)隨管道流出的冷卻水帶出的熱量進(jìn)行風(fēng)冷，冷卻降溫后的水再循環(huán)回到發(fā)射機(jī)內(nèi)使用。換熱器有兩個(gè)風(fēng)扇，風(fēng)扇啟動(dòng)與停止由安裝在換熱器水路管道上的溫控傳感器控制。冷卻風(fēng)扇的啟動(dòng)溫度可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，出廠建議設(shè)置為在20 ℃時(shí)，僅有一個(gè)風(fēng)扇工作，溫度升高到26 ℃時(shí)，兩個(gè)風(fēng)扇同時(shí)工作。

1.4 動(dòng)力系統(tǒng)與循環(huán)水

主備水泵安裝在水泵箱中，循環(huán)水的動(dòng)力由3.7 kW三相動(dòng)力水泵提供，并有備用水泵，當(dāng)一個(gè)水泵失效時(shí)，立即自動(dòng)切換。系統(tǒng)用水流量由流量閥調(diào)整為60 L/min。水路系統(tǒng)配置有壓力表指示當(dāng)前內(nèi)部循環(huán)水的水壓，如果壓力表示數(shù)減小，表示當(dāng)水量不足，可通過水泵向系統(tǒng)內(nèi)注入處理過的外水。通常，內(nèi)水壓力保持在0.8~1.2 Pa。

另外，發(fā)射機(jī)對(duì)使用的冷卻水也有嚴(yán)格要求，云南廣播電視臺(tái)中波發(fā)射臺(tái)使用的冷卻水由一個(gè)多級(jí)過濾的反滲透系統(tǒng)過濾，使水質(zhì)符合使用要求。

2 DX200發(fā)射機(jī)冷卻故障處理

2.1 故障監(jiān)測(cè)

在功放單元和電源整流器機(jī)柜中都裝有各自的泄露監(jiān)測(cè)器和流量開關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)漏水或系統(tǒng)水流量減小時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地關(guān)斷相應(yīng)的那個(gè)功放單元[2]。另外，在各功放單元中還裝有風(fēng)量監(jiān)測(cè)器。對(duì)功放單元中的風(fēng)量情況連進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果檢測(cè)到由于風(fēng)扇壞了或者機(jī)柜門未復(fù)位而使風(fēng)量減弱，系統(tǒng)將降功率運(yùn)行直到將問題排除。

泄漏監(jiān)測(cè)器位于各機(jī)柜底部，分別為右機(jī)柜中U2、中機(jī)柜中U3、左機(jī)柜中U4以及擴(kuò)展機(jī)柜中U5、熱量交換柜中U1。這些泄漏監(jiān)測(cè)器是獨(dú)立的光學(xué)裝置，用于檢測(cè)機(jī)柜底部是否存在液體，有冷卻液泄露時(shí)激活LED模擬面板上的冷卻故障[3]。流量開關(guān)4S1位于熱量交換柜中。如果發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)未加注冷卻液或冷卻液流量過低，則通過4S1-1向發(fā)射機(jī)接口板發(fā)出禁止開機(jī)命令。

風(fēng)冷系統(tǒng)設(shè)置有風(fēng)量監(jiān)測(cè)器和溫度傳感器。風(fēng)量監(jiān)測(cè)器位于各調(diào)制編碼板背部，調(diào)制編碼板包括1A25、1A26、1A27、1A28、2A30，調(diào)制編碼板1A29采用溫度傳感器監(jiān)測(cè)機(jī)柜環(huán)境溫度。同時(shí)，輸出網(wǎng)絡(luò)柜中有風(fēng)量監(jiān)測(cè)板8A3進(jìn)行風(fēng)量監(jiān)測(cè)。

2.2 常見冷卻故障

2.2.1 冷卻-降低LED亮紅燈

發(fā)射機(jī)工作過程中功率降低，同時(shí)LED顯示板上的模擬輸入功率-反射指示燈點(diǎn)亮變紅，指示發(fā)射機(jī)的冷卻量減少。為了檢測(cè)哪一個(gè)柜有減少的氣流，打開所有前門，觀察調(diào)制編碼板上所有的DS7和輸出監(jiān)測(cè)板上的DS1[4]。其中調(diào)制編碼板A30監(jiān)測(cè)擴(kuò)展機(jī)柜、調(diào)制編碼板A28監(jiān)測(cè)左機(jī)柜、調(diào)制編碼板A26監(jiān)測(cè)中機(jī)柜、調(diào)制編碼板A25監(jiān)測(cè)右機(jī)柜、輸出監(jiān)測(cè)板監(jiān)測(cè)輸出網(wǎng)絡(luò)柜。如果這些LED有任意被點(diǎn)亮，須對(duì)那個(gè)柜進(jìn)行以下檢查：測(cè)量發(fā)射機(jī)工作環(huán)境溫度，應(yīng)該小于50 ℃；風(fēng)機(jī)是否正常工作，確保風(fēng)機(jī)沒有葉片故障。

2.2.2 冷卻-故障LED亮紅燈

冷卻-故障LED亮紅燈指示較為嚴(yán)重的冷卻故障，該故障會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)。工作人員要檢查水流、泄漏檢測(cè)器、發(fā)射機(jī)工作環(huán)境空氣溫度。

可以借助外部發(fā)射機(jī)接口板指示燈判斷故障，觀察外部接口板上故障指示燈，DS9-低流、DS5-泄漏、DS7-環(huán)境過高溫度，可以快速定位和排查故障。

2.3 故障處理實(shí)例

2.3.1 發(fā)射機(jī)內(nèi)軟管和銅管連接處漏水

故障現(xiàn)象：故障指示冷卻-故障LED亮紅燈，外部接口板DS5-泄露LED燈點(diǎn)亮。

故障處理：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)功放柜進(jìn)水口軟管與銅管連接處漏水，機(jī)柜底部泄露監(jiān)測(cè)器檢測(cè)到機(jī)柜底部有積水進(jìn)行故障反饋。如圖4所示，部分功放模塊上有積水。這時(shí)需要清除機(jī)柜底部與功放模塊上積水，緊固連接軟管與銅管的抱箍螺絲，對(duì)受影響的功放模塊進(jìn)行更換。

圖4 泄露監(jiān)測(cè)

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：此次故障發(fā)生在冬季，由于氣溫驟降導(dǎo)致發(fā)射機(jī)功放柜軟管與銅管連接處兩種介質(zhì)熱脹冷縮系數(shù)不一樣，進(jìn)而導(dǎo)致連接處漏水。工作人員在日常檢修中須對(duì)各連接處進(jìn)行仔細(xì)檢查。

2.3.2 發(fā)射機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)流量異常

故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)閑置一段時(shí)間未開機(jī)，試機(jī)時(shí)冷卻-故障LED亮紅燈，無法開機(jī)。

故障處理：經(jīng)檢查發(fā)射機(jī)外部接口板上DS9-低流故障燈點(diǎn)亮，冷卻水路壓力正常，流量表顯示流量始終保持在20 L/min。懷疑是發(fā)射機(jī)內(nèi)部管道堵塞。脫開整流器柜單獨(dú)連接發(fā)射機(jī)功放柜、熱交換器與外部熱交換器運(yùn)行水路系統(tǒng)時(shí)，水流量正常，判斷整流柜內(nèi)部水路系統(tǒng)堵塞[5]。脫開整流柜內(nèi)軟管與銅管接頭發(fā)現(xiàn)該部分管路電解雜質(zhì)較多，對(duì)管路形成一定的阻塞，如圖5所示。另外，阻流圈水路堵塞，也導(dǎo)致匯集流出發(fā)射機(jī)的水量減小。清洗整流柜附近堵塞管路，使用水管打壓器清通阻流圈管道，并反復(fù)進(jìn)行正反向沖洗后流量恢復(fù)正常。

圖5 水路堵塞

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：整流器處由于電場(chǎng)作用，水質(zhì)變化時(shí)候，水中離子容易在此處發(fā)生置換，工作人員日常維護(hù)時(shí)須經(jīng)常對(duì)冷卻水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)；由圖1水路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出，阻流圈位置處于低位且沒有設(shè)計(jì)排水口，發(fā)射機(jī)靜置時(shí)水路中雜質(zhì)易在此沉淀，在對(duì)循環(huán)水進(jìn)行整體更換時(shí)候需借助氣泵等工具排出存水。

2.3.3 發(fā)射機(jī)冬季管道結(jié)冰

故障現(xiàn)象：冬季開機(jī)時(shí)，冷卻-故障LED亮紅燈，無法開機(jī)。單獨(dú)運(yùn)行水路系統(tǒng)冷凝管道中有異響，流量表無流量顯示。

故障處理：檢查發(fā)現(xiàn)外部風(fēng)-水熱交換器盤管結(jié)冰凍裂。在管道解凍后，工作人員對(duì)損壞的管道進(jìn)行修復(fù)后，發(fā)射機(jī)可以正常開機(jī)。針對(duì)冬季換熱器結(jié)冰的問題，云南廣播電視臺(tái)中波發(fā)射臺(tái)采取的措施是采用溫度傳感器配合可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自動(dòng)控制系統(tǒng)，溫度傳感器監(jiān)測(cè)到低溫條件輸入到PLC，PLC通過邏輯判斷輸出開關(guān)量，輸出電路與水泵-風(fēng)機(jī)控制繼電器主電路并聯(lián)[6]，低溫情況下導(dǎo)通水泵-風(fēng)機(jī)控制電路，使發(fā)射機(jī)水路系統(tǒng)在冬季低溫情況下自動(dòng)運(yùn)行，而且不影響發(fā)射機(jī)正常開關(guān)機(jī)，如圖6所示。PLC同時(shí)控制暖風(fēng)機(jī)，以應(yīng)對(duì)寒冷天氣。當(dāng)然也可以把冷卻液更換為乙烯-乙二醇/水混合液，來降低冷卻液冰點(diǎn)。

圖6 冷卻控制電路

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：云南廣播電視臺(tái)中波發(fā)射臺(tái)采用的冷卻水是反滲透過濾系統(tǒng)制備的純水系統(tǒng)，冬季冰點(diǎn)以下會(huì)結(jié)冰。冷卻水進(jìn)入外部換熱器后，分流為若干冷卻細(xì)管支路，支路管道管壁極薄，又存在很多彎頭，水結(jié)冰時(shí)體積膨脹。該部分管道是冷凝管道結(jié)冰時(shí)最容易凍壞的部分，須考慮寒冷天氣防凍措施。

2.3.4 其他故障

提供動(dòng)力的水泵箱內(nèi)也是故障多發(fā)點(diǎn)之一，DX200發(fā)射機(jī)循環(huán)水泵采用的是離心泵，與之連接的部件全部是銅管。由于水泵軸心和銅管軸心不能保證完全同軸，加之長(zhǎng)期的機(jī)械振動(dòng)，容易對(duì)各連接處或水泵軸承產(chǎn)生磨損，造成漏水。日常補(bǔ)水開啟和關(guān)閉的閥門也是開關(guān)操作較頻繁的位置，出現(xiàn)過滴漏現(xiàn)象，工作人員須在值機(jī)過程中多加注意。

3 發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)維護(hù)

（1）定期檢查水泵箱循環(huán)水壓力表，保證循環(huán)水壓在0.8~1.2 Pa。若在短時(shí)間內(nèi)頻繁補(bǔ)水，則應(yīng)該立刻對(duì)整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，看是否有漏水點(diǎn)。

（2）定期對(duì)設(shè)備冷卻水進(jìn)行檢測(cè)。水的 pH值應(yīng)該在7~9。確保循環(huán)水電阻率至少是50 kΩ/cm3，抽樣水的取樣點(diǎn)可以是內(nèi)部循環(huán)水的排氣口或放水閥，此外，需注意不要從膨脹箱的放水口進(jìn)行取樣，因?yàn)檫@部分水不通過內(nèi)部循環(huán)水系統(tǒng)。對(duì)于儲(chǔ)水罐中制備補(bǔ)充用水，也須進(jìn)行檢測(cè)，確保電阻率不小于60 kΩ/cm3。

（3）做好設(shè)備的清潔與除塵。工作人員應(yīng)定期清潔外部熱交換器，確保熱交換器上冷卻盤管無碎屑、灰塵和其他阻塞物體，可以使用加壓的水槍進(jìn)行沖刷來清除雜質(zhì)；定期清潔發(fā)射機(jī)內(nèi)部和頂部換熱器，發(fā)熱元器件更易吸附灰塵，該部分位于發(fā)射機(jī)頂部，可使用毛刷配合吸風(fēng)機(jī)進(jìn)行清潔。各漏水檢測(cè)處也需進(jìn)行清潔除塵，避免因灰塵造成漏水誤判。

（4）定期系統(tǒng)檢查水路系統(tǒng)包括功放單元和整流柜、水泵箱、外部換熱器整體情況。各銅管焊接處在發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后一般不會(huì)發(fā)生漏水，工作人員應(yīng)重點(diǎn)檢查發(fā)射機(jī)內(nèi)使用抱箍緊固的銅管與軟管連接處。

4 結(jié)語

DX200發(fā)射機(jī)閉環(huán)循環(huán)的風(fēng)冷系統(tǒng)使得發(fā)射機(jī)內(nèi)氣流環(huán)境與外界環(huán)境隔絕，大大改善了發(fā)射機(jī)內(nèi)部的工作環(huán)境，機(jī)內(nèi)空氣閉環(huán)循環(huán)給發(fā)射機(jī)提供了一個(gè)清潔干燥的環(huán)境。根據(jù)云南廣播電視臺(tái)中波發(fā)射臺(tái)十多年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，DX200的冷卻故障大多集中在水冷部分。當(dāng)前，豐富的監(jiān)測(cè)點(diǎn)大大提高了發(fā)射機(jī)工作的安全性，只要熟悉發(fā)射機(jī)整體冷卻系統(tǒng)工作原理，大多數(shù)冷卻故障都能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并排除。只有在運(yùn)維過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，熟悉發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)常見故障，才能在故障發(fā)生時(shí)快速處理并使系統(tǒng)恢復(fù)正常，使發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，降低停播率。