网络电容耐压不足引起的思考和解决办法探讨

李军胜 张燕

(国家新闻出版广电总局953台)

 

摘要: 在DX-400中波发射机维护的过程中,随着设备部分器件的老化,发射机会出现各种各样的故障,比如真空电容耐压不足、电解电容电解液干涸、电阻阻值变化等引起的一系列故障,其中真空电容耐压不足引起的故障比较典型,出现该故障时,将严重影响安全播出。本文通过并机网络工作原理的分析,结合真空电容故障现象、故障处理引发的思考进行了完整的论述。

关键词: 真空电容  耐压  故障处理  匹配输出网络

 

1 前言

我台的DX-400中波发射机是DX-600水冷式数字调幅中波发射机拆除一个PB200单元,外加一个单机/并机切换系统的改型机。在维护的过程中,我们发现随着设备部件的逐步老化发射机出现了各种各样的故障,其中网络真空电容故障比较典型,引起了我们的高度重视,通过故障的分析、查找,找到了此类故障快速处理的方法。图1所示DX-400改型机网络原理图。

DX-400改型机网络原理图

图1 DX-400改型机网络原理图

2 真空电容耐压不足故障

2.1 故障现象

发射机在高功率400kW播出的情况下,两PB单元突然出现频繁VSWR TEST(驻波比测试)保护,电流表、功率表来回摆动,降功率,出现VSWR(驻波比)故障时,MMI(人机接口)上总是PB2故障指示灯先亮,紧急将发射机降至中功率200kW维持播出。

2.2 故障分析

引起VSWR TEST故障产生的原因大致有以下几种:

1.PB单元弧光引起的VSWR TEST故障

2.网络VSWR引起的VSWR TEST故障

3.天线VSWR引起的VSWR TEST故障

4.来自TCU的VSWR-H信号

5.手动VSWR 测试时产生VSWR TEST故障

当驻波比故障产生时,将同时伴随RF MUTE(射频封锁)保护。如果在20秒钟内连续检测到5次VSWR产生,发射机将步进降功率,每隔4秒钟一次,直至关机。

在播音过程中发射机没有出现打火现象也没有人为进行手动VSWR TEST试验,排除弧光和手动VSWR TEST引起VSWR TEST故障可能性;在发射机降功率之后,播出恢复正常,排除故障检测电路故障引起VSWR TEST,判定故障出在并机网络或天馈线系统。

2.3 故障查找(参看图1)

1、利用周二停机时间进行测试,发现低调幅和载波时播出正常,在测试发射机频响、失真时,在低频区扫描时发射机有驻波比故障保护,说明DX-400改型机网络组件存在耐压不足故障。

2、检查天馈线系统并将天调室网络切换到备份网络进行试机,VSWR故障依然存在,说明主用天调室网络正常。

3、将功放单元PB1、PB2分别倒单机高功率满调幅试机,两PB单元试机正常,说明单机匹配输出网络、∏2匹配输出网络和天馈线系统正常。

4、通过以上三步故障查找,锁定故障范围在∏2并机网络和90°相移网络,决定从网络阻抗匹配和真空电容耐压方面查找故障。

2.3.1 并机网络简单介绍

DX-400改型机的并机网络采用的是原有的DX-600发射机的并机网络。它采用的网络与国内现用的桥T网络不同,称为“带有浮动阻隔负载的三路90°相移网络,并运用了四分之一波长段原理。不但有反向特性,而且对PB间的隔离也很好,在两并机状态,隔离度达到-35~-40dB以上,这对保持并机性能有利。网络的特性具有3个特点:

(1) Z1 ,Z2 两者为相等容抗,与Z3 电抗相等但为感抗。

(2)电抗值为输入、输出阻抗值乘积的开方。

(3)90°网络具有反向特性,即Q-Section特性。

2.3.2 90°相移网络N10、N20网络阻抗测试

断开PB单元匹配输出网络与馈芯之间的连接,分别将网络分析仪测试线接至PB1、PB2位置端口。测得PB1阻抗:40.1-j0.18Ω(容性),PB2阻抗:39.8-j0.05Ω(容性),与调机数据基本相同。

2.3.3 并机网络测试

并机网络阻抗测量图

图2 并机网络阻抗测量图

参看图2,断开PB1单元90°相移网络(N10网络)、PB2单元90°相移网络(N20网络)与并机网络合成点之间的连接,使用HP8752A网络分析仪测量并机网络至天线方向的阻抗,测量结果为84+j0.2Ω(感性),与调机数据基本相同。

综合以上网络阻抗的测量结果,判断并机网络阻抗匹配正常,发射机在并机状态出现频繁VSWR TEST(驻波比测试)保护是因为并机网络真空电容故障引起。

2.4故障处理

拆下PB1、PB2单元90°相移网络和并机网络所有真空电容逐个进行直流耐压试验,发现PB2单元90°相移网络C21B真空电容耐压值明显偏低,正常直流耐压试验在24kV。但在实际打压时,当电压打到18kVDC时泄漏电流较大,表针有明显摆动。更换此真空电容,满功率,满调幅(送60Hz~8kHz音频冲击)试机,天调室观察无异常,故障排除。

3引发的思考

1、通过真空电容耐压不足导致发射机频繁出现VSWR TEST(驻波比测试)保护故障的处理的总结,可以找到快速处理此类故障的方法:

首先,通过故障现象可以发现,每次VSWR TEST故障产生时,首先是PB2单元先出现此故障,然后PB1单元才出现,基于这一点可首先将故障点锁定在PB2单元。

其次,各网络阻抗匹配正常,说明故障点在真空电容耐压。

第三,通过对真空电容进行耐压试验,找出确切的故障点。

2、为避免此类故障再次发生,可创新维护方法,发射机维护增加如下检修项目:

①定期测量发射机与天馈线之间各匹配网络的阻抗,必要时进行调整。

②定期测量PB单元与合成器之间各匹配网络的阻抗,必要时进行调整。

③定期对各匹配网络真空电容进行打压试验,必要时进行更换。

④根据天气变化,及时调整馈线拉力,增加对天馈线系统的维护,避免馈线垂度过大,影响阻抗。

3.1 天调室匹配网络的测量与调整

天调室匹配网络测量与调整接线图

图3 天调室匹配网络测量与调整接线图

 1、将调配室馈线窗口从里侧断开,用网络分析仪或阻抗电桥测量网络输入端的阻抗。改变电感线圈中间抽头的位置,使测得的阻抗实部为纯阻75(Ω)。再调整电容值,使测得的阻抗虚部为零。

2、恢复馈线与网络输入端口的连接,将发射机输出端口与馈筒断开,用网络分析仪或阻抗电桥测量馈筒输入端口的阻抗。细调电感与电容,使测得的阻抗与发射机的输出阻抗相匹配,发射机反射功率指示为零或接近于零。

3.2 单机上天线,∏2匹配输出网络测试与调整

∏2匹配网络测量与调整接线图

图4 ∏2匹配网络测量与调整接线图

1、首先把辅助合成器顶部A、B入口的4″馈筒拔出,把两根6米等长的RF电缆,一头压接BNC,另一头焊接两只夹子。将6″ TEST LOAD出口接2W/75Ω电阻(纯阻)。

2、分别将PB1、PB2模式开关倒“测试负载”位置,使用网络分析仪在A入口或B入口测量Π2测试负载输出网络输入阻抗,检查测量值是否与调机数据记录相同,否则,进行调整。

3、调试过程中,可调节AUX(辅助)合成器顶部机箱中A、B端口电容,(进行调节相角补偿)。

3.3 两并机(N-1)上天线,Π1网络测试与调整(参看图2

1、将Π1并机网络前端断开,即N10、N20 90°相移网络出口合成点拆开。

2、将Π1并机网络后端断开,即将Π1并机网络与单/并机切换开关之间断开。

3、在Π1网络前端夹上测试线,Π1后端出口接2W/75Ω电阻(纯阻)。利用网络分析仪测试Π1网络阻抗,检查测量值是否与调机数据记录相同,否则,进行调整。

4、分别调节C1(调谐电容)、C2(调载电容)使测量阻抗与调机数据相同。

3.4  90度相移网络测试与调试(参看图5

90°相移网络测量连接图

图5 90°相移网络测量连接图

1、将N10、N20 90°相移网络输出合成点连接件进行恢复连接,将网络分析仪测试线接至辅助合成器A入口(PB1输入端口)。

2、在MMI合成器模式控制菜单中,将PB1、PB2置于ON AIR(在线)位置,检查测量值是否与调机数据记录相同,否则,进行调整。

3、通过调整对N10网络进行调节C10A、C11A、L10中心抽头。

3.5  PB1PB2匹配输出网络测试与调整(参看图6

PB1、PB2匹配输出网络测试接线图

图6 PB1、PB2匹配输出网络测试接线图

1、将PB1、PB2匹配网络出口到辅助合成器A、B口,用4″馈管连接。分别将PB1、PB2匹配网络下方,即合成铜棒处与匹配网络输入连接铜棒拆卸。

2、参看图6,使用用网络分析仪测试其输入阻抗,检查测量值是否与调机数据记录相同,否则,进行调整。

3、通过调整C1、C2和L中心抽头可实现阻抗调整。

3.6 天馈线系统的维护

对于DX中波发射机来说,天馈线系统提出了较为苛刻的要求,要求天线驻波比(VSWR)≦1.2,否则,即掉高压,射频封锁保护,这就要求在调整天馈线系统时,对VSWR留有一定的余量,最好使VSWR≦1.1以下,使天馈线系统处于良好的匹配状态,只有这样,才能避免馈线在夏季由于气温变化导致馈线垂直度发生变化时,进而导致馈线的特性阻抗发生变化,保证天线驻波比(VSWR)≦1.2,以保证发射机安全可靠工作。

3.6.1维护方法

1、每年冬、夏两季到来之前,应适当调整馈电线路的垂度,馈线垂度过大、内外导体同心度不好、松紧度不同或有蜘蛛网或植物搭在内外导体上容易引起馈线打火。

2、每年在雨季来临之前,检查塔下的放电球间隙,根据季节适当调整间距,放电间隙不合适将会出现非正常情况下的放电或不放电。

3、每季度清洁一次调配室内的设施、检查电源、清洁穿墙绝缘子等。对于天线调配室的维护应给予足够的重视,要定期检查室内的调配电感和电容有无损坏;天线接地开关接触是否良好,动作是否灵活;调配室屏蔽层是否开焊;接地点是否牢靠等。如果调配室内潮湿,应设法除潮。还要检查馈线窗口的连接插头是否有松动、窗口馈线跳线有无相互触碰或断线、接到塔桅底部的馈管有无松动的现象。

4、每年12次测试馈线的行波系数、绝缘电阻和直流电阻。

结束语

DX中波发射机维护的过程中,随着对发射机工作原理的不断剖析,结合工作经验,我们会不断找到更好更快的故障处理和预防方法,本文通过对一起真空电容耐压不足引起的VSWR故障从故障查找、分析和处理进行了深入的解析,更加全面的论述了此类故障产生的根源,对今后同类型故障的处理和查找有很大的借鉴和指导作用。

 

参考文献:

【1】 广播电视发送与传输维护手册

【2】 中华人民共和国广播电影电视行业标准GY/T 225-2007《中、短波调幅广播发射机技术要求和测量方法》