中波廣播發(fā)射設(shè)備的故障診斷與安全保障技術(shù)

【摘要】中波廣播發(fā)射設(shè)備是保障廣播信號(hào)正常傳輸?shù)闹匾O(shè)施，但長(zhǎng)期運(yùn)行過程中常出現(xiàn)故障，如發(fā)射機(jī)輸出功率異常、推動(dòng)信號(hào)不穩(wěn)和不能正常開機(jī)等，嚴(yán)重影響廣播信號(hào)的質(zhì)量與穩(wěn)定性。本文分析了這些故障的主要原因，如預(yù)置設(shè)置錯(cuò)誤、MOSFET管失效和市電波動(dòng)，并介紹了相應(yīng)的故障診斷方法。同時(shí)，提出了設(shè)備維護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、防雷系統(tǒng)和接地系統(tǒng)等安全保障措施，以提高中波廣播發(fā)射設(shè)備的運(yùn)行可靠性與安全性。

【關(guān)鍵詞】中波廣播發(fā)射設(shè)備；故障診斷；安全保障

中圖分類號(hào)：TN92" " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.23.011

中波廣播發(fā)射設(shè)備是保障廣播信號(hào)正常傳輸?shù)闹匾O(shè)施，其運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性對(duì)廣播的正常播出至關(guān)重要。然而，隨著設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，故障發(fā)生頻率的增加，影響了廣播信號(hào)的質(zhì)量和傳輸穩(wěn)定性。因此，深入研究中波廣播發(fā)射設(shè)備的故障診斷及安全保障技術(shù)顯得尤為重要。本文從常見故障類型、故障診斷方法及安全保障措施等方面展開了詳細(xì)探討，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供有價(jià)值的參考。

1. 中波廣播發(fā)射設(shè)備的常見故障及診斷方法

1.1 常見故障分析

1.1.1 發(fā)射機(jī)輸出功率異常

中波廣播發(fā)射設(shè)備的輸出功率異常通常表現(xiàn)為輸出功率偏離預(yù)置值或完全無(wú)輸出功率。這類故障可能導(dǎo)致廣播信號(hào)覆蓋范圍減小或中斷，直接影響廣播質(zhì)量。在發(fā)射機(jī)操作過程中，如果未能及時(shí)設(shè)置功率或由于誤操作導(dǎo)致輸出功率設(shè)置為0 kW，則發(fā)射機(jī)將無(wú)法產(chǎn)生有效信號(hào)。假設(shè)預(yù)置功率為P_set，實(shí)際功率為P_actual，當(dāng)P_actual=0時(shí)，即表示設(shè)備未輸出功率，需重新設(shè)定預(yù)置值。理想情況下，實(shí)際功率應(yīng)滿足P_actual=P_set±δP（其中δP為允許的功率波動(dòng)范圍），否則視為功率異常[1]。

需要注意的是，不同類型的中波廣播發(fā)射機(jī)其功率標(biāo)識(shí)、開關(guān)和電壓標(biāo)準(zhǔn)有所不同。如高功率發(fā)射機(jī)（如50 kW或100 kW級(jí)發(fā)射機(jī)）與低功率發(fā)射機(jī)（如10 kW級(jí)發(fā)射機(jī)）的功率輸出和電壓標(biāo)準(zhǔn)有顯著差異。以某100 kW級(jí)中波發(fā)射機(jī)為例，其額定功率輸出為100 kW，開關(guān)標(biāo)識(shí)為PWR1，當(dāng)該開關(guān)處于“OFF”狀態(tài)時(shí)，發(fā)射機(jī)將無(wú)法產(chǎn)生輸出功率。同時(shí)，該類設(shè)備的功率控制板可能使用S1開關(guān)控制功放模塊，若S1開關(guān)誤置于PA-OFF位置，功放模塊將被關(guān)閉，從而使發(fā)射機(jī)無(wú)法正常輸出功率。此外，控制信號(hào)電壓的差異也會(huì)因發(fā)射機(jī)類型不同而有所變化。如對(duì)于一些型號(hào)的發(fā)射機(jī)，Vcontrol=0V表明功放關(guān)閉，而Vcontrol﹥0V則功放應(yīng)正常工作。

1.1.2 推動(dòng)信號(hào)不穩(wěn)故障

推動(dòng)信號(hào)不穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)輸出功率波動(dòng)，影響廣播信號(hào)的穩(wěn)定性。主要原因包括以下幾點(diǎn)。

①M(fèi)OSFET管失效：發(fā)射機(jī)的功放模塊通常使用MOSFET管進(jìn)行推動(dòng)信號(hào)放大。若MOSFET的G-S極之間短路，負(fù)載增大，導(dǎo)致推動(dòng)信號(hào)異常，功放輸出功率不穩(wěn)。MOSFET的功率損耗Ploss可以通過以下公式計(jì)算：

其中ID為MOSFET的漏極電流，RDS（on）為導(dǎo)通電阻。如果MOSFET失效或其導(dǎo)通電阻增大，會(huì)導(dǎo)致推挽信號(hào)失真，從而引發(fā)功率波動(dòng)。

②市電電壓變化：市電電壓波動(dòng)會(huì)直接影響發(fā)射機(jī)的供電穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致推動(dòng)信號(hào)不穩(wěn)。例如，當(dāng)市電電壓VAC波動(dòng)超過設(shè)備設(shè)定的允許范圍Vmin≤VAC≤Vmax時(shí)，功放模塊的工作電壓會(huì)隨之波動(dòng)，進(jìn)而影響推動(dòng)信號(hào)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定的推動(dòng)信號(hào)通常要求輸入電壓Vinput保持在恒定值。如：

發(fā)射機(jī)的具體型號(hào)和類型會(huì)影響其對(duì)電壓波動(dòng)的敏感度，某些發(fā)射機(jī)在市電電壓波動(dòng)范圍內(nèi)能夠保持穩(wěn)定輸出，而另一些型號(hào)可能更為敏感，尤其是功率較小的設(shè)備，波動(dòng)超過δV時(shí)，推動(dòng)信號(hào)便會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。

1.1.3 不能正常開機(jī)

中波廣播發(fā)射設(shè)備不能正常開機(jī)，常表現(xiàn)為合低壓電源正常但按下開機(jī)按鈕后無(wú)反應(yīng)，或電源合閘后立即報(bào)警，甚至在啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)重新關(guān)機(jī)。這類故障一般與設(shè)備的安全保護(hù)機(jī)制和硬件故障有關(guān)，主要有以下幾種原因。

①一類故障：這類故障主要包括門互鎖故障、外部互鎖故障、風(fēng)故障等。例如，門互鎖開關(guān)未閉合會(huì)觸發(fā)安全保護(hù)，發(fā)射機(jī)不能啟動(dòng)?？梢酝ㄟ^門互鎖電路的電阻測(cè)量來診斷，若互鎖開關(guān)阻值為無(wú)窮大，則判定為開路故障。

②二類故障：二類故障包括射頻過推動(dòng)故障、射頻欠推動(dòng)故障和電源過流故障等。不同型號(hào)的發(fā)射機(jī)在射頻功率和電流保護(hù)方面的設(shè)定值不同。例如，某型號(hào)的發(fā)射機(jī)射頻功率上限設(shè)定為120 kW，電流保護(hù)值設(shè)定為200 A，一旦電流Icurrent超過設(shè)定值Imax，設(shè)備自動(dòng)斷電保護(hù)[2]。

1.2 故障診斷方法

在對(duì)中波廣播發(fā)射設(shè)備進(jìn)行故障排查時(shí)，采用系統(tǒng)化的方法可以迅速識(shí)別問題并予以解決。分析監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對(duì)電流、電壓、發(fā)射功率和溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將這些參數(shù)的實(shí)際值與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，以判斷設(shè)備是否存在異常情況。當(dāng)發(fā)射功率超出預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的5%以上時(shí)，系統(tǒng)將觸發(fā)警報(bào)機(jī)制，指示可能出現(xiàn)的故障狀況。

對(duì)于發(fā)射機(jī)出現(xiàn)的無(wú)法啟動(dòng)故障，采用邏輯分析方法對(duì)其進(jìn)行層次化診斷，優(yōu)先考慮門鎖及外部互鎖等潛在問題。若互鎖電路正常運(yùn)作，則進(jìn)一步檢查功率放大器模塊、控制板、A/D轉(zhuǎn)換板等電路元件的狀態(tài)。對(duì)于功率輸出出現(xiàn)的異常狀況，可通過逐級(jí)排查功率放大模塊中的MOSFET管及射頻驅(qū)動(dòng)模塊，通過測(cè)量電流和電壓來判定具體的故障位置。技術(shù)人員借助監(jiān)控記錄和歷史故障日志，對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中的趨勢(shì)變化進(jìn)行分析，旨在識(shí)別并預(yù)防重復(fù)性故障。

3. 中波廣播發(fā)射設(shè)備的安全保障措施

3.1 設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)

中波廣播發(fā)射設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，依賴于周密的維護(hù)與細(xì)致的保養(yǎng)措施。在設(shè)備運(yùn)行過程中，灰塵與雜質(zhì)的累積可能會(huì)導(dǎo)致散熱效率降低、電氣連接問題，甚至有可能觸發(fā)短路故障。定期清理設(shè)備并除去塵埃，是確保設(shè)備正常運(yùn)作的基本維護(hù)策略。一般每隔六個(gè)月，要對(duì)發(fā)射設(shè)備進(jìn)行全面清潔，并對(duì)散熱系統(tǒng)、控制電路進(jìn)行細(xì)致檢查，以此確保設(shè)備內(nèi)部環(huán)境的整潔性。對(duì)于冷卻風(fēng)扇和散熱片，檢查是必要的，以確保良好的通風(fēng)性能得到維持[3]。

對(duì)于易損部件，進(jìn)行周期性的檢驗(yàn)和替換是極其重要的。在長(zhǎng)期高負(fù)荷的運(yùn)行條件下，發(fā)射設(shè)備的功放模塊、MOSFET管、繼電器等部件，容易遭受老化和損壞的問題。對(duì)關(guān)鍵電路的電流、電壓及溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有助于評(píng)估元器件的工作狀況。當(dāng)MOSFET管的漏電流IDSS增加時(shí)，這可能表明該元件存在失效的潛在威脅。為了確保設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，定期檢修和更換關(guān)鍵部件至關(guān)重要。特別是當(dāng)溫度升高到超出設(shè)定極限時(shí)，必須立即停止運(yùn)行并進(jìn)行必要的維護(hù)操作。保養(yǎng)計(jì)劃如表1所示。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)被廣泛應(yīng)用于提升中波廣播發(fā)射設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。例如，發(fā)射功率、電流、電壓、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，可以通過遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，由實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析。這些參數(shù)通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，監(jiān)控人員可以根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，預(yù)防潛在故障。監(jiān)控系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)搜集的單元一般連接有傳感器及模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，借此監(jiān)控各類設(shè)備的工作狀況，例如電流和電壓的檢測(cè)借助電流互感器與電壓傳感器完成，而溫度的檢測(cè)則可用熱電偶或溫度傳感器實(shí)現(xiàn)。監(jiān)控信息經(jīng)過模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換后，依循如Modbus或TCP/IP等特定的通信協(xié)議，被上傳至高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行加工與保存。

監(jiān)控系統(tǒng)利用趨勢(shì)分析與故障預(yù)測(cè)算法，以提升設(shè)備故障檢測(cè)的精準(zhǔn)度。若發(fā)射功率在連續(xù)數(shù)小時(shí)內(nèi)的波當(dāng)超出預(yù)設(shè)閾值（即超出設(shè)定值的±5%），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)激活預(yù)警信號(hào)機(jī)制。技術(shù)人員可利用具備回溯功能的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯性分析，以便精確鎖定故障發(fā)生的具體時(shí)刻及其成因。參數(shù)設(shè)置如表2所示。

3.3 防雷系統(tǒng)構(gòu)建

為了確保中波廣播發(fā)射設(shè)備，尤其是發(fā)射塔不受雷電侵害，必須構(gòu)建一個(gè)有效的防雷系統(tǒng)，這對(duì)于維護(hù)設(shè)備完好和信號(hào)傳輸?shù)某掷m(xù)可靠性極為關(guān)鍵。雷電打擊不僅會(huì)對(duì)實(shí)體設(shè)備引致重大損害，而且可能引致廣播信號(hào)傳輸?shù)闹袛?。設(shè)計(jì)過程中必須構(gòu)建具有多級(jí)防護(hù)的防雷系統(tǒng)，旨在雷電侵襲時(shí)能夠有效地疏導(dǎo)雷電電流，從而保障設(shè)備的安全。在電源線路的傳輸過程中，安裝防雷器是關(guān)鍵措施之一，其關(guān)鍵作用在于，當(dāng)雷電帶來的強(qiáng)烈電流形成時(shí)，能迅速引導(dǎo)多余的電壓流向地面，以此避免設(shè)備遭受電壓過高的損害。例如石墨這類材質(zhì)，因其優(yōu)越的高耐熱性和高導(dǎo)電性，常被選用為防雷器的制造材料，以保障其在極端環(huán)境下的功能有效性。一般而言，防雷器的運(yùn)作電壓設(shè)定在220 V，然而，其所能承受的電壓峰值卻需超越2000 V，這樣才能確保在遭遇劇烈的雷電打擊時(shí)，能有效地把過電壓安全導(dǎo)向地下。在傳輸線路中，為了更有效地保護(hù)設(shè)備，可以安裝一種電球裝置，這種電球具備高耐熱性和電容效應(yīng)，能夠在雷電瞬間產(chǎn)生的過電壓對(duì)設(shè)備造成沖擊時(shí)，發(fā)揮降低沖擊的作用[4]。

安裝于發(fā)射塔天線底部的放電裝備，主要功能是迅速將雷擊引發(fā)的電荷轉(zhuǎn)移至地下，防止高壓電荷在設(shè)備表面積累，從而避免二次損害的發(fā)生。為了確保放電裝置的有效性，引流電阻應(yīng)設(shè)計(jì)為小于10 Ω，以實(shí)現(xiàn)雷電產(chǎn)生的電荷快速釋放。為了加強(qiáng)防雷成效，放電裝置在設(shè)計(jì)和選材時(shí)必須嚴(yán)格遵循國(guó)家的電氣安全規(guī)范。避雷器在高壓發(fā)射塔區(qū)域安裝，是防雷機(jī)制中不可或缺的一環(huán)，其作用是將雷電的電流有效引導(dǎo)至地下，從而保護(hù)設(shè)施不受直擊雷的損害。為發(fā)射塔設(shè)置避雷器時(shí)，其安裝位置應(yīng)確保高于塔頂，并通過接地線與廣闊的接地網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，借此構(gòu)筑起一套全面的雷電防護(hù)體系。在雷電防護(hù)設(shè)計(jì)中，接地線與接地系統(tǒng)的布局需精心規(guī)劃，以確保接地電阻小于5 Ω，以便有效地將雷電流引入地下，從而保護(hù)建筑免受雷擊損害。

3.4 接地系統(tǒng)和天饋線系統(tǒng)

作為中波廣播發(fā)射設(shè)備安全保護(hù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，接地系統(tǒng)的作用在于確保發(fā)射塔及相關(guān)設(shè)備能夠?qū)⒗纂姄艋蛟O(shè)備產(chǎn)生的多余電流有效地導(dǎo)向地下，防止電流聚集導(dǎo)致設(shè)備損壞。針對(duì)設(shè)備，構(gòu)建有效接地系統(tǒng)，大幅減少由雷擊或過電流引起的潛在損害風(fēng)險(xiǎn)。在構(gòu)建接地系統(tǒng)時(shí)，必須嚴(yán)格依照技術(shù)規(guī)范和準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)IEEE所制定的規(guī)范，接地電阻應(yīng)控制在5 Ω以下，這樣在遭遇雷擊或電流異常增大的狀況下，能夠有效地將電流引至地下，保障電子設(shè)備的完好無(wú)損。構(gòu)建接地系統(tǒng)時(shí)，常用寬銅帶等高導(dǎo)電性材料來減少接地電阻。銅因其卓越的導(dǎo)電性能和抗腐蝕性，能夠在長(zhǎng)期埋設(shè)后保證接地系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還需要考慮增加接地系統(tǒng)的接觸面積，以進(jìn)一步降低接地電阻，減少環(huán)路故障的發(fā)生概率。在某些特殊情況下，如土壤電阻率較高的地區(qū)，可能需要使用導(dǎo)電材料或化學(xué)手段改進(jìn)土壤電阻率，從而確保接地系統(tǒng)的有效性。除了接地系統(tǒng)，天饋線系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性也至關(guān)重要。天饋線是將發(fā)射機(jī)與天線相連的核心傳輸介質(zhì)，其傳輸性能的好壞直接影響廣播信號(hào)的質(zhì)量。為了保證信號(hào)的穩(wěn)定性，必須降低天饋線的損耗系數(shù)Lloss，以提高信號(hào)傳輸效率。常見的優(yōu)化方法包括選擇低損耗的電纜材料、避免線纜過長(zhǎng)、保持良好的接觸電阻等。

4. 結(jié)束語(yǔ)

中波廣播發(fā)射設(shè)備在長(zhǎng)期使用中可能面臨多種故障威脅，如輸出功率異常、推動(dòng)信號(hào)不穩(wěn)、不能正常開機(jī)等。通過系統(tǒng)性的故障診斷和針對(duì)性的安全保障措施，可以有效提升設(shè)備的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。特別是通過定期維護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、防雷和接地系統(tǒng)的優(yōu)化，能夠大幅降低設(shè)備故障率，確保廣播信號(hào)的安全穩(wěn)定傳輸。這對(duì)于中波廣播行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李琪（1996—），男，陜西延川人，助理工程師，研究方向：中波廣播。