張洪冰

摘 要：新一代的液冷全固態(tài)數(shù)/模同機電視發(fā)射機設計緊湊，占用空間少，空氣散熱小，配置靈活，具有較高的效率，能充分滿足當前地面電視無線數(shù)字化覆蓋發(fā)展的需要。因此，有必要進行維護?；诖?，本文首先對該設備進行介紹，然后闡述發(fā)射單元的工作原理，最后探討液冷全固態(tài)電視發(fā)射機的維護。

關鍵詞：液冷；數(shù)/模同機；水泵；故障檢修

中圖分類號：TN948.53；TN722.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）22-0075-03

The Maintenance of 10 kW Liquid Cooled Digital/Analog TV Transmitter

ZHANG Hongbing

（Henan Radio and TV Transmitting Station，Zhengzhou Henan 450016）

Abstract： The new generation of liquid-cooled all-solid-state digital/analog TV transmitter is compact in design， small in air heat dissipation， flexible in configuration， higher in efficiency， and can fully meet the needs of the development of wireless digital coverage of terrestrial television. Theres a need for good maintenance. Based on this， this paper first introduced the equipment， then described the working principle of the transmitter unit， and finally discussed the maintenance of liquid-cooled all-solid-state television transmitter.

Keywords： liquid cooling；number/mode machine；water pumps；fault repair

河南省廣播電視發(fā)射臺喬遷至新址以后，新建機房所有發(fā)射設備均采用世界先進技術，其中2部電視發(fā)射機為進口10kW液冷全固態(tài)數(shù)/模同機發(fā)射機。

新一代的液冷全固態(tài)電視發(fā)射機設計緊湊，占用空間少，空氣散熱小，配置靈活，具有較高的效率，充分滿足了當前地面無線電視覆蓋的要求，能有效減少運行和維護成本。該型號的發(fā)射機支持現(xiàn)有的全部模擬或數(shù)字電視標準，如DTMB、DVB-T、DVB-H、DVB-T2、ATSC、ATSC Mobile DTV、ISDB-T和ISDB-TB等，是高精度、高質量的無線通信設備，保證了電視節(jié)目的正常發(fā)射，能實現(xiàn)今后數(shù)字化電視整體轉換的改造，具有較大的社會效益。

隨著周邊城區(qū)不斷發(fā)展、不斷擴建，整個電力供電系統(tǒng)加載趨于復雜化。雖然河南省廣播電視發(fā)射臺屬于一級用電單位，采取雙回路供電方式，但仍然造成多次斷電、電壓波動等意外發(fā)生。這些情況給發(fā)射設備帶來的損傷在隨后幾年的運行中逐步顯現(xiàn)，2套設備都先后多次出現(xiàn)故障。通過對系統(tǒng)原理、電路進行分析，充分利用現(xiàn)有條件，成功修復了這2部發(fā)射機的液冷循環(huán)泵和功放散熱故障，節(jié)約了數(shù)萬元維護資金。

接下來對設備檢修和維護過程的相關過程進行分析。

1 設備簡介

河南省廣播電視發(fā)射臺有2臺電視發(fā)射機采用的是進口的10kW單通道液冷全固態(tài)數(shù)/模同機電視發(fā)射機。整機具有占地面積少、低能耗、噪音小、模塊化設計且可以兼具數(shù)/模輸入信號的特點，設備主要由激勵器、控制單元、功率放大模塊、液態(tài)循環(huán)冷卻單元和供電系統(tǒng)等構成[1]。發(fā)射系統(tǒng)由光端機、網(wǎng)絡適配器、多用途的數(shù)字主/備激勵器、中央控制器功率放大模塊、液態(tài)冷卻循環(huán)系統(tǒng)、供配電單元、電源分控器、總電源控制器、功率合成器、帶通濾波器以及定向耦合器、同軸開關和假負載等構成。液態(tài)循環(huán)冷卻系統(tǒng)由主備自循環(huán)水泵、戶外散熱器、均壓配置和電源控制器等構成。

2 發(fā)射單元的工作原理

發(fā)射單元的工作原理如圖1所示。

視音頻信號由自動切換單元分配至A/B激勵器，經(jīng)過激勵器放大處理后輸出小功率RF信號，由主用激勵器輸出的RF信號再經(jīng)過自動切換單元送至分配器分成8路信號，由8個功放模塊分別放大至1.3kW，再經(jīng)合成器合成為10kW的大功率射頻信號，經(jīng)輸出濾波器濾除帶外雜波，經(jīng)饋管上天線發(fā)射；定向耦合器負責采集輸出功率和發(fā)射功率的數(shù)值并送入顯示面板和中央控制單元使用；電源分配系統(tǒng)承擔各個組成部分的供電。其中，主要單元的原理如下。

①中央控制器。其是整個發(fā)射機的核心控制部分，承擔發(fā)射機的數(shù)據(jù)通訊，提供給發(fā)射機操作控制指令。在中央控制器內(nèi)部設有發(fā)射機本地控制單元及發(fā)射機遠程控制單元的網(wǎng)絡服務器。發(fā)射機所有模塊的工作狀態(tài)都可以在控制單元的彩色顯示屏上顯示。發(fā)射機和功放模塊的參數(shù)調(diào)整都可以在控制單元或通過遠程系統(tǒng)網(wǎng)絡來完成。

②數(shù)字激勵器。與模擬激勵器不同的是，數(shù)字激勵器采用了數(shù)字直調(diào)技術，具有較高的整體集成度。無論模擬電視信號還是數(shù)字TS信號，都可以在調(diào)制器經(jīng)過處理以后調(diào)制在射頻載頻點上，送到功率放大器進行放大輸出[2]。

③功率放大模塊。功率放大器使用的是大功率LDMOS功率放大管，具有較高的集成度；每個模塊獨立供電，電源模塊已經(jīng)內(nèi)置于功率放大模塊內(nèi)部；發(fā)射機在工作過程中通過冷卻液將電源及功放模塊工作時所產(chǎn)生的熱量帶到外部散熱器散發(fā)到設備外部；在每個功率放大模塊內(nèi)部都設計了可靠的自我檢測電路，具有自我保護功能；通過CAN總線將功率放大模塊的工作狀態(tài)信息和故障告警信息送至發(fā)射機的中央控制器，通過顯示單元顯示；整個放大電路均采用全新的設計理念，功率的冗余度非常充分；在發(fā)射機滿功率發(fā)射播出時，功放管能工作在較好的放大狀態(tài)。

④液態(tài)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由2臺循環(huán)泵、2部外部散熱器和8個功放模塊的內(nèi)置風扇組成，方框圖如圖2所示。該系統(tǒng)的主要作用是發(fā)射機在工作過程中，通過冷卻液將電源及功放模塊工作時所產(chǎn)生的熱量帶到外部散熱器，從而散發(fā)到設備外部；確保發(fā)射機工作時的功率放大模塊溫度相對穩(wěn)定。同時，采用壓力均衡裝置使每個模塊間冷卻液流量相同。

⑤UPS電源系統(tǒng)設計。UPS電源采用蓄電池靜止型不間斷供電裝置，是一種高質量、高可靠性的獨立電源，由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關和蓄電池組等組成，當市電正常時，經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鲗π铍姵爻潆?，同時經(jīng)逆變器輸出高質量的交流凈化電源供重要負載，使其不受市電的電壓、頻率和諧波等的干擾。當市電因故障停電時，系統(tǒng)自動切換到蓄電池組，蓄電池放電，經(jīng)逆變器對重要負荷供電。合理地配置UPS電源，能有效地改善發(fā)射機房的供電質量，消除市電斷電停播事故隱患，提高廣播電視信號傳輸?shù)陌踩?、可靠性?/p>

通過分析可知，發(fā)射單元柜的構成與普通全固態(tài)風冷發(fā)射機的區(qū)別在于，功放模塊的冷卻方式不是單一的強迫風冷方式，而是液冷和散熱風扇相結合，很好地實現(xiàn)了功放模塊內(nèi)部高效穩(wěn)定的液冷循環(huán)，滿足了功放管的散熱需求。這是一個技術含量非常高的設計工藝。

3 液冷全固態(tài)電視發(fā)射機的維護

從以上分析看出，2部發(fā)射機采用的是先進的液冷技術、工藝較好的進口設備。在安裝調(diào)試過程中沒有出現(xiàn)任何技術問題，順利通過了聯(lián)調(diào)測試，發(fā)射機的各項視頻、音頻、射頻指標都符合國標甲級標準，滿功率播出運行狀態(tài)良好，各個功放模塊的輸入、輸出、電壓、電流和溫度等參數(shù)都與出廠數(shù)據(jù)一致，輸出合成匹配良好，液冷單元的水泵、散熱器等組件工作狀態(tài)穩(wěn)定，管道連接完好。但是，自投入使用后，由于外電多次出現(xiàn)閃斷或大幅波動等情況（已經(jīng)通過加裝UPS不間斷電源解決了這一問題），不可避免地給發(fā)射機內(nèi)部造成損傷，功率模塊散熱和液冷循環(huán)系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)了一些問題。由于整機設計的冗余量比較大，備份手段較多，才沒有造成整機停播、節(jié)目中斷等情況發(fā)生。但是，仍對安全播出工作構成了威脅。筆者對兩例故障檢修進行總結。

3.1 循環(huán)泵故障問題

電視智能播控系統(tǒng)檢測告警提示其中一部電視發(fā)射機無視頻輸出，自動將主發(fā)射機倒換到備機。檢查時發(fā)現(xiàn)正在工作中的發(fā)射機已經(jīng)自動強迫關機，控制電路的空氣開關也已經(jīng)自動斷開。

首先查看控制單元提示的故障信息，系統(tǒng)提示由于溫度過高超過設備預警門限自動保護。通過現(xiàn)場檢查分析：發(fā)射機的功率放大電路由8個功放模塊組成，單一模塊出現(xiàn)故障造成整機設備強迫關機斷電的可能性不大，因此可以初步判斷為冷卻水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。再進一步開展檢查，通過進行短暫開機運行試驗，1min之后觀察8個功放模塊上的“TEMPERA TURE FAIL”指示燈均顯示長亮。發(fā)射機冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)泵1無工作指示燈顯示，循環(huán)泵2指示燈顯示正常，所有散熱風扇顯示正常。

故障原因分析：當系統(tǒng)檢測到溫度過高超過門限值，放大器保護電路將自動關閉輸出。溫度傳感器是為前置放大器提供V_TEMP信號的。當溫度過熱時，就會產(chǎn)生TEMPERATURE FAIL故障信息。這一信息便通過功率放大器在前面板顯示出來，同時關閉發(fā)射機的輸出。發(fā)射機功率放大模塊工作溫度的門限值不得高于50℃。當冷卻水循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生故障以后，不能及時將功率放大模塊產(chǎn)生的熱量散出去，造成冷卻液溫度過高，自動保護系統(tǒng)啟動迫使發(fā)射機保護性關機。

發(fā)射機是按標準配置的互為主/備的雙循環(huán)水泵系統(tǒng)模式，根據(jù)故障現(xiàn)象分析和開機試驗，可以基本判斷出故障來自冷卻循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水泵1，如圖3所示，可以按照圖示人工手動操作改變節(jié)點的水流方向，即可將故障水泵1與水循環(huán)系統(tǒng)分離開來。

分離出故障水泵以后，重新啟動發(fā)射機，此時發(fā)射機僅有單水泵工作，系統(tǒng)整體運行正常。 可以判斷此次發(fā)射機自動關機斷電的原因是水泵1出現(xiàn)故障造成的。

檢修操作：檢查循環(huán)水泵1。拔掉通信模塊和泵的供電插頭，用萬用表測量供電電壓，顯示電壓為正常的220V，因此可以確定是水泵本身出現(xiàn)了故障。在確認循環(huán)泵1已被分離出冷卻循環(huán)系統(tǒng)之后，將水泵1下方紅色閥門DV2打開，排干凈水泵內(nèi)殘留的部分冷卻液。取下水泵通信模塊，然后取出水泵，通過銘牌可以知道此水泵是永磁同步直流電機，屬于變頻循環(huán)水泵，由變頻電路和電機兩部分組成。去掉電機的永磁轉子，測量電機線圈繞組未發(fā)現(xiàn)異常。由此可以判斷，故障點在變頻電路部分。由于變頻控制電路屬于高度集成電路。聯(lián)系了具有變頻電機維護經(jīng)驗的公司配合檢修，以較低的成本進行了修復。

3.2 功放模塊故障檢修

在發(fā)射機整機輸出功率穩(wěn)定的情況下，液態(tài)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)工作正常，發(fā)射機功放模塊1前面板第8個指示燈告警，為散熱風扇故障告警提示。

首先對故障進行分析，在功率放大器的電源模塊內(nèi)部為沒有零線N的380V三相交流輸入電壓，32V直流電輸出電壓，有過流、過壓、水溫及相位故障的檢測。當水流、水壓、水溫或相位其中一個發(fā)生故障時，功率放大器前面板上的 SUPPLY FAIL 指示燈點亮。由電源產(chǎn)生的熱量大部分被循環(huán)冷卻液循環(huán)帶走，而射頻單元或供電單元殘余的熱量是由內(nèi)置風扇驅散走的。功率放大盤設計為可帶電熱插拔，放大盤的冷卻液管道與整機總管道接口處帶有自鎖裝置，一旦放大盤內(nèi)部出現(xiàn)故障臨時拔出，接口自動閉鎖，冷卻液不會漏出。冷卻液通過專利設計的擾流熱交換回路，在水泵的作用下進行循環(huán)，帶走模塊絕大部分熱量，殘余熱量通過散熱系統(tǒng)由排風扇將熱量排出。如果散熱風扇出現(xiàn)故障，會造成模塊內(nèi)殘留溫度聚集，當達到預定的溫度門限后，預警系統(tǒng)報警。

檢修處理過程中，先將放大盤斷電，關閉模塊后部液冷管道閥門，更換備用放大盤，恢復發(fā)射機正常運行。對問題模塊進行檢修，打開放大盤面板，可以清楚地看到置于模塊前端的散熱風扇。經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)，該風扇已經(jīng)卡死，這是主要故障原因。因此，在更換散熱風扇時，在斷開風扇的2根連接線的焊接處之前，記錄好極性，確保新風扇按照極性正確安裝。更換新風扇以后，故障指示燈熄滅，設備恢復正常運行狀態(tài)。

4 運行及應用情況

目前，2臺發(fā)射機運行穩(wěn)定，滿功率播出覆蓋效果良好，保證了2套電視節(jié)目的安全播出。在對進口液態(tài)冷卻全固態(tài)發(fā)射機的故障檢查和修復過程中，運用了理論分析的思維方式，加強設備安裝、運行維護的操作規(guī)范，對熟悉和掌握液態(tài)冷卻式發(fā)射機的故障判斷及檢修技巧都有很大的啟發(fā)，得到了同行和專家的一致好評，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]唐小初，蒲剛.數(shù)字電視發(fā)射機功放原理及檢修實例[J].視聽界（廣播電視技術），2015（1）：86-90.

[2]王毅，盧偉權，吳海良.可進行數(shù)字/模擬調(diào)頻信號放大的功放模塊技術分析[J].科技傳播，2014（23）：156-157.