DX发射机冷却系统技术改造的探讨和实践

潘壮志

(国家新闻出版广电总局552台)

 

摘 要:本文深入分析了在“有人留守,无人值班”情况下,水冷DX-600中波发射机冷却系统存在的实际问题,探讨了各种技术解决方案,并详细介绍了技术改造的实施情况。

关键字:DX发射机 有人留守 无人值班 冷却系统 技术改造

 

1  前言

冷却系统是发射机正常运行的重要保障,也是DX系列中波发射机的重要组成部分。目前, “有人留守,无人值班”的运维模式,对发射机冷却系统的可靠性提出了更高的要求,凡是影响其可靠性以及各种潜在的故障风险都必须给予消除。近年来,通过深入分析水冷DX-600发射机冷却系统的工作原理,结合历年的故障和兄弟台停播事故点评,针对冷却系统存在的问题和潜在危害,我们采用先进的技术手段和工艺技巧,对设备进行了一系列的技术改造,全面提升了冷却系统的性能,为实现“有人留守,无人值班”的运维模式奠定了基础。

2  水冷DX-600中波发射机的冷却系统的技术改造

水冷DX-600发射机中包含功放冷却系统和并机网络冷却系统。功放冷却系统是水冷系统,是将三个功放单元和整流器机柜的冷却水管汇总成一根总的水管后接至外部Liebert热交换器。热交换器是由四台冷却电机以及热交换器、水泵组件运行的控制系统组成,其作用是将射频放大器和电源整流器的热量带走,并通过热交换器将热量耗散到室外。经过热交换器冷却后的水,通过水泵组件的加压后打出来,重新分配到不同的功放单元和相应的整流器机柜去,从而形成整机闭式水路的循环,实现了发射机功放单元冷却作用。并机网络中为使机箱散热和冷却108根阻隔负载使用了一个冷却系统。由一台变频器驱动三部冷却电机并联工作,在发射机运行期间都不停地直接对着那些阻隔负载吹风冷却。这些电机的速度都是由变频器进行控制。在发射机正常运行期间,这些电机是以25 Hz的速度的对机箱进行排热风。如果发生一个功放单元关断或阻隔负载上出现有电流时,这些电机就将立即切换到高速运转(54Hz)状态,以对阻隔负载进行强制冷却。一旦阻隔负载上的电流下降到正常值,这些电机将又返回到正常低速运转状态。本文将重点介绍对冷却系统的技术改造。

1) 功放冷却系统的技术改造的必要性

由于水冷DX600发射机功放冷却系统的核心是水泵组件和户外热交换器。在户外复杂恶劣环境下,长期高负荷的运行是对水泵组件和户外热交换器电机的严峻考验,容易造成电机轴承运转不良,甚至卡死直至烧毁绕组。我台于2005年12月份各2008年1月份,A01,A02机水泵电机相继出现轴承问题,尤其是2008年1月份,由于轴承问题造成水泵电机长期过载,出现了烧毁电机绕组的事件。在Liebert热交换器中装有两个基本的控制系统,即流量和温度监控电路。流量监控是对发射机功放冷却系统的水流量进行实时监测,如果流量减少,并持续一定时间后, 监控电路就会判定为水泵运行失常,自动将系统的水泵进行切换。但是这种延时的切换存在一个问题,即造成发射机自动关闭,需要人工及时开机,才能重新恢复播出;温度监控是根据户外热交换器进水口的温度对热交换器的风机分组进行控制,在22℃时,两个风机工作,温度升至32℃时,四个风机全部工作,这种温度差别设置,可以延长热交换器风机的运行寿命,同时可以达到节能的效果,可是由于控制电路设计时,采用四部电机共用一组保险,当其中一部电机出现故障时,必定烧断共用的保险,造成四部电机同时停转,极易使值班人员误认为是正常受控的结果,而造成误判断。近年来,南方的冬季多次出现大范围低温雨雪冰冻灾害,而我台A01机、A02机由于下半夜没有播音任务,热交换器处于停止状态,若这时温度骤降,就会造成热交换器中的水管,因结冰膨胀而爆裂,会出现漏水的现象,其后果不堪设想。为防止户外热交换器因结冰而爆裂,要求我们必须及时让水路中的水循环起来。在传统“有人值班”运维情况下,除了日常检查与维护保养好水冷DX600发射机水泵组件和户外热交换器外,还要求值班人员加强责任心,切实按要求进行定期巡查,通过认真看、听、闻,及时发现问题,当发现电机的声音、温升等出现不正常时,只要能及时处理,绝大多数故障都可以预防和避免,尽可能地减少或避免水泵组件和户外热交换器电机损坏造成的停播事故。但是,随着形势发展,上述管理模式已不适应 “有人留守,无人值班”的上班模式,通过技术改造,实现对水泵电机和热交换器电机运行状态的实时监测,达到对水冷DX600发射机功放冷却系统的零停播切换,就显得十分必要。

2)功放冷却系统存在的不足

根据上述分析,参照原机的图纸(见图1),结合多年来维护经验和教训,我们发现水冷DX600发射机的水泵组件、户外热交换器电路存在如下的问题:

DX-600户外热交换器原机电路图

图1 DX-600户外热交换器原机电路图

(1)水泵组件的两个水泵(PM1、PM2)虽然能够实现自动切换,但是经过延时后的水泵切换,会造成发射机自动关机。

(2) 户外热交换器FAN1、FAN4和FAN2、FAN3四部风机共用一组保险FB3,当出现一部风机过荷,而使共用保险熔断时,会造成四部风机同时不能工作,如果没有及时发现,就会造成发射机因冷却故障而停播。

(3)两个水泵的过荷继电器OL保护动作时,没有无任何指示,极易造成误判断。

(4)水冷DX600发射机无两个水泵和四部户外热交换器风机,在运行时没有任何指示,只能现场巡视,极不方便。

(5)户外热交换器无预防霜冻的保护电路。

3)功放冷却系统的技术改造方案和实施

针对功放冷却系统所存在的问题, 我们逐项进行了如下的技术改造(见图2):

技术改造后DX-600户外热交换器电路图

图2 技术改造后DX-600户外热交换器电路图

 (1)水泵组件零停播切换

将延时继电器TD从TB端子的TB-74 改接至TB-77,流量开关S4常开接点改为常闭。这样,开机时,通过延时继电器TD延时作用,可以让设定的主用水泵投入运行,只有当TD延时后,才允许切换继电器线包R2得电,对水泵进行切换,从而防止开机就对水泵进行误切换的弊病(因为开机时,要水泵运行后,才能打开系统流量开关S4)。在播音过程中,当主用水泵出现故障,水就停止循环,水流量变小,流量开关S4常闭接点闭合,切换继电器R2得电,主用水泵马上就可被切换至备用水泵。在这种切换过程中,由于切换继电器机械动作时,还需要一定的时间,流量会瞬间中断,可能要造成水冷DX-600发射机各PB单元水路检测器出现误判断,偶然会出现甩PB现象。为了克服这种现象,我们将PB热交换机柜水流量开关4S1的接点和整流柜水流量开关S6的接点(均为常闭接点,正常时断开,故障时接通)均与延时继电器KT的线包相串联,经过1S延时后,再将延时继电器的两个接点送到相应的控制保护电路,PB水路检测电路如图3所示。其控制原理是:一旦发生切换水泵,出现瞬间流量中断的现象,4S1、S6接点闭合,使KT线包得电,开始延时,经过1S后,如果水流量后仍中断,将通过KT的两个接点对PB进行保护;如果瞬间流量中断消失,则4S1、S6接点又断开,对PB没有影响。

PB水路检测电路改造图

图3 PB水路检测电路改造图

 (2)利用多功能保护器,对单部户外热交换风机可能出现的短路、过载、堵转、阻塞、漏电、断相及三相不平衡等故障进行保护。

户外热交换器FAN1、FAN4风机和FAN2、FAN3风机共用一组15 A电机保险(FB3),为防止因一部风机出现问题,而出现断保险的事故,我台将具有隔离、 短路保护、 过载保护 、缺相保护和直接控制功能的多功能保护器串接在每部风机的供电前端(图2中风机前端虚线框起部分),对每部风机进行单独隔离保护。多功能保护器设计独特、工作可靠、安装方便的,当线路出现短路、过载和缺相故障时,能及时切断电源,实现对单部电机的保护,不会烧断共用的15A(FB3)保障。这样,通过隔离,减少电机相互之间的关联性,使故障处理和日常维护工作更加方便。

(3)通过增设电路,客观地、准确、迅速地反映水泵组件和热交换器电机的运行状态。

在水泵PM1、PM2的控制交流接触器P1、P2的控制点(选其中一组)上,对地各串接一个运行监测继电器线包(P1AUX、P2AUX)作为监测取样信号;在户外热交换器风机FAN1、FAN4和FAN2、FAN3的控制交流接触器FA1、FA2的控制接点(选其中一组)上,对地各串接一个运行监测继电器线包(FA1AUX、FA2AUX)作为监测取样信号(见图2),将四个运行监测继电器P1AUX、P2AUX和FA1AUX、FA2AUX的控制接点送至工控机,用于各风机的状态显示信号。另外,通过在水泵电机PM1、PM2过热继电器三个串接的辅助接点OL两端,各并接一个监测继电器OL1和OL2;在户外热交换器风机FAN1、FAN4和FAN2、FAN3供电前端所串接的多功能保护器中,各增加一个过载辅助接点(KOL3、KOL4、KOL5、KOL6),利用OL1、OL2的两个控制接点KOL1、KOL2和4个过载辅助接点KOL3、KOL4、KOL5、KOL6,可以对水泵和热交换器风机进行过载监测和报警指示,,预防或避免因水泵组件和户外热交换器电机损坏而造成停播的事故发生。同时,为了便于现场直接观察,及时进行故障处理,在水泵电机PM1、PM2过热继电器三个串接的辅助接点OL两端,各并接一个LED指示灯(LED1、LED2),便于故障指示。

(4)户外热交换器自动抗霜冻功能技术改造

将WK-150型温度控制器的控制接点5、6并接到光耦继电器的控制输出端1、2的两端。在发射机停机过程中,当户外热交换器温度低于设定的值时,温度控制器内部触点5、6接通,就会将光耦继电器输出端1、2短路,让水泵开始运转,将户外热交换器内的水进行循环,而避免结冻;当户外热交换器温度高于设定值时, 温度控制器内部触点5、6就会断开,水泵将自动停止运转。这种自动控制,既能达到防霜冻,又能达到节能的作用,延长水泵电机使用寿命。

(5)在控制光耦继电器1、2输出端并接钮豆开关K1,在冷却控制线路出现故障情况下,可以人工拔动钮豆开关K1,强制冷却系统运行。

4)提高户外热交换器制冷能力的技术改造

户外热交换器的作用就是通过外界空气传导散热来降低发射机内部的温度。但是,在炎热的夏季,空气的高热会造成热交换器的工作效率低下,无法有效地降低发射机内部的温度。2009年8月份,由于持续高热的天气,造成我台A01机MMI出现水温过高告警,冷却控制盘出现冷却故障告警,直接影响了发射机的稳定运行,严重威胁到安全播出工作。

为此,我们提出了提高水冷户外热交换器制冷能力的技术方案,即:在不改变热交换器的散热面积及风量的前提下,在热交换器底部增设自动喷淋降温装置,让热交换器的散热量由冷却空气和雾化的水两部分媒介来承担,提高了热交换器冷却效果。自动喷淋降温系统包括可调雾化喷嘴、增压水泵、水位检测器、储水箱、电磁阀和PPR水管等装置。其控制电路是由水位检测电路、、自动喷淋降温系统自动补水控制电路两部分组成,控制原理如图4、图5所示。

热交换器自动喷淋降温系统的控制电路图

图4 热交换器自动喷淋降温系统的控制电路图

 (1)水位检测电路

水位检测器的主要由三极管(T)、二极管D1、D2、电阻R1、R2、微型继电器S1、S2、S3组成,如图5所示。+24VDC通过分压,得到+12VDC,并将该电极深插在水中,当水位上升触到基极输入探头时,探头被施加电压,将使三极管T导通,微型继电器的线包得电,相应的触点就产生动作(常闭的触点断开,常开的触点闭合)。当水位下降离开基极输入探头时,三极管基极因收不到信号,就处于截止状态,微型继电器的线包失电,相应的触点就恢复成原状态。因此,通过水位与基极输入探头接触与不接触,将控制继电器的触点吸合与不吸合,由此可正确测量出水位高低位置。

水位检测器放置图和水路控制原理图

图5 水位检测器放置图和水路控制原理图

(2)自动补水控制电路

由电磁阀控制外接纯净水进行补水,当储水箱的水位低于“低水位”位置时,水位检测器S2基极输入的探头离开水面,失去信号,S2继电器的常闭触点闭合,经过S3高水位检测器的常闭触点后,中间继电器K1线包得电,K1常开触点闭合,一个触点使中间继电器K1处于自锁状态,另一个触点使继电器KA线包得电,触点闭合,电磁阀打开,外接纯净水向储水箱内补水,当水位达到“高水位”位置时,高水位检测器S3基极输入的探头检测到电压信号,S3的继电器线包得电,常闭触点就打开,使K1的自锁状态解除,同时KA线包失电,KA打开,电磁阀就自动关闭,完成补水工作。

自动喷淋降温系统在热交换器出水管处安装了一个PT100温度传感器,用于温度取样,当温度达到设定温度值时,WK-150温度控制器内部触点S4闭合,在保证储水箱有水情况下,泵保护S1闭合,中间继电器K2闭,使继电器PA线包得电,此时加压水泵就开始工作,可调喷嘴就自下向上地向热交换器自动喷淋,实现降温功能。

 

3  结束语

近年来,我们通过对水冷DX-600发射机冷却系统不断摸索,分别成功对A01、A02机进行了冷却系统的技术改造。多年运行实践的表明,在“有人留守,无人值班”情况下,技术改造后的冷却系统工作更加稳定可靠,功能更加完整实用,大大提高了设备安全运行效率。在发射机冷却系统改造设计中,我们充分利用闲置的空间,进行合理布局,改造安装十分方便,完全适用于哈里斯公司所有水冷DX系列发射机,具有一定的通用性。

 

参考文献

[1] 广播电视发送与传输维护手册第十分册

[2] BALDOR ID15H410-E变频器技术维护说明书