趙育俊

(甘肅省隴南市氣象局，甘肅 隴南 746000)

0 引言

高空氣象觀測是現(xiàn)代氣象綜合觀測體系的重要組成部分，對天氣預報、氣候變化研究和氣候資源開發(fā)利用發(fā)揮著十分重要的作用。L波段雷達是我國自主研制的新一代高空氣象探測雷達，具有探測精度高、采樣速率快、自動化程度高、使用方便等特點[1]。它的研制成功縮短了我國高空氣象探測技術與世界先進水平的差距，與數(shù)字探空儀配合，可進行自測站地面到幾萬米高度空間的大氣要素和運動狀態(tài)變化進行探測[2]。因此如何最大限度延長L波段雷達無故障運行時間，提高故障維修效率顯得尤為重要。筆者通過對武都氣象觀測站L波段探空雷達維護維修記錄整理、歸納、分析，從中提煉出L波段探空雷達維護維修技巧和故障排查順序，旨在提高檢修效率，縮短故障排查時間，保障L波段雷達可靠運行。

1 雷達的日常維護

L波段探空雷達是一種自動化程度較高的新型雷達，為了充分發(fā)揮雷達的優(yōu)良性能，最大限度延長雷達無故障運行時間和使用壽命，在日常業(yè)務使用過程中，除了按照使用說明正確操作使用外，還必須定期做好雷達維護保養(yǎng)工作。萬事皆有因，雷達故障也不例外。雷達天線座安裝在室外，要經(jīng)受烈日暴曬、嚴寒酷暑、風雨侵蝕、灰塵污染等惡劣環(huán)境，極易造成塵垢、腐蝕、生銹、氧化、霉變和元器件電氣參數(shù)發(fā)生變化，這些都是導致雷達故障的最初誘因。因此應定期仔細全面地對雷達進行電氣和機械檢查維護，以預防或減少雷達故障發(fā)生，把雷達故障排除在萌芽狀態(tài)，避免出現(xiàn)大的破壞性故障，保證雷達長時間無故障運行。雷達定期維護分為日維護、季維護和年維護。

1.1 日維護

①日維護主要在班前和班后進行，清潔各機箱、天線、攝像頭灰塵，遇有雨雪天氣，及時清除積雪，檢查天線座各個密封環(huán)，如有漏水必須清除干凈后方可開機。

②檢查雷達頻率、增益、發(fā)射機電流是否在合理數(shù)值范圍內，各個按鈕操作是否正常，雷達和軟件通訊是否正常，各指示燈是否正常，天線驅動是否正常，有無異常響聲。

③開機檢查四條亮線是否正常，班前班后校對有源目標物仰角、方位、斜距數(shù)據(jù)是否正確。

1.2 季維護

①檢查天線座各個艙門、室外電纜插頭、饋線、艙蓋密封環(huán)是否完好，如有漏水用703硅膠涂抹密封。

②檢查電纜、饋線插頭、匯流環(huán)和觸頭，如有氧化斑點用95%酒精擦除。檢查電纜、饋線插座，如有變形用整形器校正，最后擰緊所有電纜、饋線插頭，防止漏水。

③清除機械齒輪上的污染油脂，重新涂抹潤滑油脂。

④維護完畢，打開有源目標物核對雷達接收機的靈敏度、仰角、方位、斜距數(shù)據(jù)是否正確。

⑤利用晴朗天氣做一次經(jīng)緯儀與雷達對比觀測，對比觀測仰角誤差<0.3°，方位誤差≤0.5°，如不符合要求，進行三軸一致標定直至達標。

1.3 年維護

①年維護應對雷達整機進行系統(tǒng)、仔細、全面的檢查和保養(yǎng)，一般在每年汛前進行，以確保雷達汛期正常運行和觀測數(shù)據(jù)準確。

②檢查雷達+5 V、+12 V、±15 V、+24 V、～110 V電壓是否正常，各分機工作是否正常。

③檢查各個插頭是否接觸良好，清潔處理接觸不良部位。

④標定雷達斜距、水平、仰角零度、正北和三軸一致[3]。

2 雷達故障的分類及維修技巧

雷達工作一段時間后，部分零部件和元器件會因長期加電工作、氧化、腐蝕、磨損等原因致使元器件電氣參數(shù)發(fā)生變化，引起工作效率降低或者徹底失去作用而發(fā)生雷達故障。雷達故障維修關鍵在于分析研判，根據(jù)故障現(xiàn)象分析可能產(chǎn)生故障的部位，并盡可能縮小故障范圍，縮短維修時間，提高維修效率。通過對武都氣象觀測站L波段雷達自2010—2019年10 a間共計26次雷達維修記錄整理、歸納、分析發(fā)現(xiàn)，室外故障12次，動態(tài)元器件損壞11次，大功率元器件損壞3次。這是因為雷達受外界惡劣環(huán)境影響，一般室外元器件性能易變差，故障率比室內高，大功率元器件工作電壓高、電流大、易發(fā)熱而燒毀，動態(tài)體在運轉過程中因磨損、斷裂而發(fā)生故障。維修方法一般有代替法、排除法、加熱法、冷卻法等多種方法，故障排查順序原則是先外后內、先易后難、先大后小、先動后靜、先干后支。雷達故障根據(jù)其發(fā)生的特點可分為單一故障，綜合故障和隨機故障。在實際檢修工作中不同故障采取不同的分析方法和維修技能，要做到思路清晰、主次分明、多措并舉、靈活應用，這樣可減免在維修過程中走彎路，達到快速修復的目的。

2.1 單一故障

單一故障是指雷達發(fā)生故障時只是單純一種故障現(xiàn)象，排查這類故障相對簡單。檢修這類故障的基本思路就是遵循故障排查順序原則，順藤摸瓜，分級檢查，多措并舉，精準快速。

2015年1月17日雷達出現(xiàn)故障，07時開機亮線兩長兩短，開機半小時以后恢復正常，19時開機一切正常，連續(xù)3 d皆是如此。查看氣象資料發(fā)現(xiàn)19時室外溫度比07時高14 ℃左右，根據(jù)以上故障現(xiàn)象分析，雷達07時故障而19時正常并非偶然，而是由于溫度低或者某個元器件溫度適應性能變差引起的。該故障檢修的難點在于等到07時雷達探測工作完成后故障已消失，沒有直觀的故障現(xiàn)象供維修參考，只能依據(jù)分析研判進行維修。該故障是程序方波或其通道出現(xiàn)問題所致，程序方波通道如圖1所示。經(jīng)分析推測認為：第一由于某個電纜或者饋線插頭熱脹冷縮造成接觸不良，第二某個元器件溫度適應性變差，在低溫狀態(tài)下出現(xiàn)故障。按照“先外后內”“先易后難”的故障排查順序，先從室外排查。將室外程序方波通道的電纜、饋線插頭用無水酒精擦除氧化斑點，用整形器校正插座，第二天07時故障依舊。第三天05時開始用加熱法尋找故障元件，用小型電吹風對上下左右調相器、開關管套逐個進行預熱的同時觀察亮線變化，當預熱下開關管套時，四條亮線逐漸恢復平齊，更換下開關管套，雷達恢復正常。

2.2 綜合故障

綜合故障是指雷達出現(xiàn)故障時表現(xiàn)為多種故障現(xiàn)象，這時要沉著冷靜，仔細分析，不能盲目從某一故障維修，否則會擴大故障范圍。分析綜合故障的原則是“先干后支”，因為雷達多個部位同時損壞的可能性極小，而一個部位出現(xiàn)故障可引起多種故障現(xiàn)象表現(xiàn)形式是很普遍的。

圖1 程序方波通道圖Fig.1 Program square wave channel diagram

2017年8月13日雷達出現(xiàn)了綜合故障，打開雷達無訊號，無亮線，增益260，仰角、方位數(shù)值大范圍跳變，仰角、方位位置顯示圖也隨其數(shù)值跳變而大幅擺動，仰角可以跳變到200°左右，仰角位置顯示圖也出現(xiàn) “仰角反背”現(xiàn)象(指仰角位置顯示圖的天線仰角超過90°并反向降低)，而雷達天線并未隨數(shù)值跳變擺動，點擊雷達操控按鈕均不起作用。

如果從單一故障分析(分支分析)，雷達無訊號增益大，則可判斷為訊號接收、放大、處理通道有故障；仰角、方位跳變，則可判斷為天控單元或者軸角轉換電路故障；點擊雷達操控按鈕不起作用，則可判斷為雷達與微機通訊單元故障。很明顯這種可能幾乎沒有，因為雷達6個部位同時出現(xiàn)故障的可能是微乎其微。要解決問題還得從總干分析，即哪個部位出現(xiàn)故障能造成以上多部位同時故障，通過對框圖分析判斷(見圖2)，應該優(yōu)先從雷達電源電路開始檢修。打開主控箱，雷達主控箱各電源指示燈顯示正常，測量+12 V、±15 V、+5 V電壓，分別為+11.96 V、+14.95 V、-14.93 V、+4.2 V。前3組電壓雖然偏離標準值，但是其電壓誤差在規(guī)定允許的±10%以內，且電壓均能夠正常可調，所以前3組電源是正常的。而+5 V電壓偏低16%，超出了電壓偏差允許范圍，調節(jié)可調電位器電壓不可調節(jié)，經(jīng)進一步檢查發(fā)現(xiàn)+5 V電源濾波電容退容，且伴有輕度漏電現(xiàn)象，更換濾波電容后+5 V電源電壓升至+5.3 V，且恢復電壓可調性，所有雷達故障徹底排除。

圖2 綜合故障分析框圖Fig.2 Comprehensive failure analysis block diagram

2.3 隨機故障

隨機故障是指雷達時而故障時而正常，它又可以分為無規(guī)律隨機故障和有規(guī)律隨機故障。隨機故障是不易排查的故障之一，因為當你用儀表檢查時它有可能又恢復正常了，如此反復無常不易找到故障點，所以這種故障一般使用代替法排查。

隨機故障一般由以下原因形成：第一由于元器件長期使用缺乏必要的維護，使其被塵垢污染、腐蝕、生銹、氧化、霉變而造成接觸不良形成故障；第二是處于動態(tài)的元器件長期運轉造成磨損性接觸不良，或者彎曲扭折造成斷裂式接觸不良形成故障；第三則是由于元器件長期工作，其電氣性能下降至敏感臨界值，隨其它因素的變化其臨界閥值會發(fā)生漂移，有時能勉強工作，有時完全不能工作而形成的故障。

2.3.1 無規(guī)律隨機故障 由于故障隨機出現(xiàn)，沒有任何規(guī)律可循，只能按照排查順序原則逐個代替排查檢修。2019年5月23日雷達在探測過程中出現(xiàn)了天控驅動箱E報警，仰角不能正常跟蹤，幾秒后又恢復正常，打開天控驅動箱未發(fā)現(xiàn)異常，之后這種現(xiàn)象又反復出現(xiàn)。故障出現(xiàn)時仰角驅動模塊顯示報錯提示，將天控置于 “手動”也不能正常跟蹤，幾秒后又恢復正常。按照“先外后內”的排查順序原則，先檢查室外部分。檢查仰角連軸器無故障，再更換仰角驅動電機故障依舊。拔掉天線鎖定電源，推動天線仰角升降，發(fā)現(xiàn)阻力均勻適中，屬于正常范圍內，這就排除了天線偶然卡死的可能。打開天線頭檢查發(fā)現(xiàn)仰角限位器腐蝕生銹，限位觸點時而接觸時而斷開，更換仰角限位器后雷達恢復正常。

2.3.2 有規(guī)律隨機故障 按照故障出現(xiàn)的規(guī)律，通過仔細分析研判，進一步縮小故障范圍，提高排查檢修效率。2014年9月22日在預審記錄時發(fā)現(xiàn)當仰角高于30°時，仰角曲線出現(xiàn)晃動毛刺(見圖3)，現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)雷達仰角上下抖動。經(jīng)分析認為該故障與雷達仰角驅動、采樣通道有關，可能是仰角變化引起某一動態(tài)元器件在某一段動態(tài)區(qū)間工作異常而造成故障，這些動態(tài)元器件包括驅動電機，傳輸帶，仰角驅動齒輪組合，同步機，組合電纜(W8-W11)等。按照“先外后內”“先易后難”的排查原則更換了組合電纜，雷達故障消除。經(jīng)分析該故障是雷達工作時隨著仰角的升降，組合電纜彎曲扭折，長期如此工作致使電纜線芯銅絲斷裂。在低仰角時，組合電纜處于自然展直狀態(tài)，斷裂的電纜線芯銅絲互相接觸維持正常工作，但是隨著雷達仰角的升高組合電纜逐漸彎曲扭折，使斷裂的電纜線芯時而接觸時而斷開引起仰角抖動，仰角曲線出現(xiàn)明顯毛刺。

圖3 仰角高于30°仰角曲線出現(xiàn)晃動毛刺圖Fig.3 Shaking burr on the elevation angle higher than 30°curve

3 結論

L波段雷達是高空氣象探測的主要設備之一[4]。為了最大限度延長L波段雷達工作壽命，提高工作效率，減少各類故障的發(fā)生，避免重大復雜故障的形成，我們要定期、不定期地做好雷達日常維護保養(yǎng)工作。在雷達故障排查檢修工作中，要仔細觀察，認真研判，依據(jù)故障類型，遵循先外后內、先易后難、先大后小、先動后靜、先干后支科學有序的維修方法，不斷總結維修技巧，在最短的時間內恢復雷達正常運行。為國防、科研、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、天氣預報、氣候能源開發(fā)、防災減災提供準確、及時、完整的高空氣象資料。