余加貴 袁興洪 李宇航

摘 要：自2021年11月云南省昭通市C波段全相參雷達升級為C波段雙偏振雷達運行至今，雷達波導(dǎo)管內(nèi)偶爾會出現(xiàn)打火和濕度報警的現(xiàn)象。以2023年4月7日出現(xiàn)的故障為例，結(jié)合波導(dǎo)充氣機的原理，通過檢查波導(dǎo)充氣機、波導(dǎo)天線部分、波導(dǎo)饋線部分、室內(nèi)波導(dǎo)管走向等與波導(dǎo)有關(guān)的雷達器件，發(fā)現(xiàn)故障如下：充氣機界面處濕度異常報警；諧波濾波器與波導(dǎo)管結(jié)合處漏氣；雷達做PPI掃描時發(fā)現(xiàn)低仰角平掃充氣時間間隔很長；高仰角平掃充氣時間間隔很短；掃描0.5°仰角層時充氣機充氣時間間隔在30 min以上；掃描19.5°仰角層時充氣機時間間隔2～3 min。處理故障的方法如下：更換新的充氣機干燥劑；使用肥皂水檢測漏氣具體位置；更換旋轉(zhuǎn)鉸鏈；雷達波導(dǎo)管內(nèi)部打火；充氣機頻繁充氣故障的診斷及故障排除方法，如波導(dǎo)漏氣、充氣機軟管漏氣、天線罩內(nèi)波導(dǎo)管檢測方法等。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)充氣機；諧波濾波器；波導(dǎo)管；旋轉(zhuǎn)鉸鏈

中圖分類號：TN959.4 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

天氣雷達的發(fā)展經(jīng)歷了常規(guī)雷達、數(shù)字化天氣雷達和多普勒天氣雷達3個階段。20世紀80年代，原中國科學(xué)院蘭州高原大氣物理研究所用C波段數(shù)字化713天氣雷達上實現(xiàn)了交替發(fā)射和接收，即偏振改造。在短時臨近預(yù)報、中小尺度災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)警等方面發(fā)揮著不可替代的重要作用，是氣象防災(zāi)減災(zāi)的重要手段之一。因此，為縮短因故障停機的時間，保障雷達的正常運行，保證資料的有效性和連續(xù)性，對設(shè)備維護提出了非常嚴格的要求。

云南昭通新一代天氣雷達（CINRAD/CC）是全國新一代天氣雷達探測網(wǎng)組網(wǎng)雷達之一。CINRAD/CC于2002年9月安裝運行，到2021年10月已運行了19個年頭。2021年11月，雙偏振雷達（CINRAD/CD）通過安裝和調(diào)試正式運行。該雷達相對于前代雷達，提高了短時臨近預(yù)報、中小尺度災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)警能力。昭通市境內(nèi)有69個人工影響天氣固定作業(yè)點、7個人工影響天氣流動作業(yè)點，雙偏振雷達冰雹天氣的預(yù)報預(yù)警能力的提升，為全市人工影響天氣工作的開展提供了堅實的基礎(chǔ)，大大提高了人工影響天氣的作業(yè)效果[1-3]。

1 雷達故障現(xiàn)象

CINRAD/CC升級為CINRAD/CD后，在進行業(yè)務(wù)試運行的過程中，大概間隔2個月會出現(xiàn)1次波導(dǎo)管內(nèi)部有打火的聲音，由于沒有影響雷達的正常運行，因此并未檢查出產(chǎn)生故障原因。2023年4月7日昭通雷達在年巡檢的時候，雷達充氣機面板提示濕度異常，伴隨著波導(dǎo)充氣機的頻繁充氣，波導(dǎo)管內(nèi)部偶爾有打火現(xiàn)象[4]。

2 雷達故障排查及維修

2023年4月7日，昭通雷達在年巡檢期間對雷達參數(shù)測試和設(shè)備檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)波導(dǎo)充氣機報警，觀察充氣機面板發(fā)現(xiàn)故障顯示濕度異常，波導(dǎo)充氣機充氣頻繁（3～4 min/次）（圖1）。

2.1 波導(dǎo)打火故障分析

當波導(dǎo)內(nèi)部電場強度超過了介質(zhì)的擊穿電場強度時就會被擊穿。波導(dǎo)終端接上負載后不可能得到完全匹配，當駐波過大，將使波導(dǎo)耐功率容量降低，外界惡劣的環(huán)境如潮濕也會降低空氣的抗電強度。由于充氣機界面已出現(xiàn)濕度異常的報警，所以可以推測CINRAD/CD出現(xiàn)打火現(xiàn)象是由于波導(dǎo)管內(nèi)部濕度過大。

2.2 充氣機工作原理

波導(dǎo)充氣機是通信系統(tǒng)的一種重要輔助設(shè)備，主要用于微波站、雷達站、衛(wèi)星地面站、廣播電視發(fā)射臺的波導(dǎo)或由波導(dǎo)器件組成的饋線系統(tǒng)的自動干燥、充氣。波導(dǎo)充氣機能使這些傳輸線內(nèi)自動保持具有一定壓力的干燥空氣，使波導(dǎo)管內(nèi)相對外界保持正壓，以確保外部潮濕空氣及水分不能進入其中，波導(dǎo)饋線內(nèi)部不形成潮濕空氣，避免潮濕的水汽對信號產(chǎn)生吸收、衰減等負面影響，從而保證信號的傳輸質(zhì)量[5]。

2.3 干燥劑處理過程

波導(dǎo)充氣機面板出現(xiàn)故障提示濕度異常時，斷電重啟充氣機后故障仍然存在，說明控制充氣機的電腦程序沒有問題。可能出現(xiàn)的原因可能是干燥劑已達到使用時限，達不到干燥空氣的效果，此時可在充氣機干燥劑檢查口發(fā)現(xiàn)干燥劑的顏色變成淡粉紅色（圖2），說明干燥劑到達了更換時間，需更換新的干燥劑。拔掉充氣機電源取出充氣機的舊的干燥劑，更換新的干燥劑后，充氣機沒有提示濕度異常報警，濕度異常的故障已排除（新干燥劑的顏色變?yōu)樗{色）（圖3）。觀察CINRAD/CD運行1 h后，雷達波導(dǎo)管內(nèi)部沒有出現(xiàn)打火的聲音。在CINRAD/CD以后的運行過程中，對雷達觀察2個月，并未出現(xiàn)打火的聲音。由此可見，雷達打火現(xiàn)象是由于濕度過大造成的。

2.4 波導(dǎo)管故障排查

更換新的干燥劑后，智能饋管波導(dǎo)充氣機濕度異常故障消除，CINRAD/CD波導(dǎo)管內(nèi)部打火故障消除。然而，智能饋管波導(dǎo)充氣機頻繁充氣故障并沒有消除，智能饋管波導(dǎo)充氣機顯示屏在工作時氣壓總是會快速下降，仔細觀察發(fā)現(xiàn)間隔3～4 min充1次氣，而且充氣時間長5～6 min。出現(xiàn)這種故障的原因可能是智能饋管波導(dǎo)充氣機軟管和波導(dǎo)管連接處漏氣、波導(dǎo)管與雷達設(shè)備連接處漏氣、波導(dǎo)管與波導(dǎo)管連接處的密封圈老化等[6]。

檢查充氣機軟管與波導(dǎo)管連接處是否漏氣：拆下充氣機軟管與波導(dǎo)管連接處，用大拇指堵住充氣機軟管的充氣口。觀察智能饋管充氣機界面10 min左右，沒有發(fā)現(xiàn)智能饋管充氣機界面氣壓下降的情況，沒有聽見波導(dǎo)充氣機充氣的聲音，說明波導(dǎo)充氣機軟管和波導(dǎo)管連接處，波導(dǎo)充氣機軟管沒有漏氣的現(xiàn)象[7]。

雷達波導(dǎo)管是一種特殊的傳輸線，能夠引導(dǎo)電磁波前進、擴散和反射。與普通的傳輸線不同，它能夠在空氣、真空或者其他介質(zhì)中傳輸微波信號，且具有低損耗、節(jié)約空間、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。雷達波導(dǎo)管是連接天線和機柜橋梁，雷達信息傳輸?shù)耐ǖ?，對于饋線部分的波導(dǎo)管，當智能饋管充氣機的面板讀數(shù)達不到規(guī)定的氣壓指標時，即應(yīng)檢查。常用的方法是用肥皂水涂在波導(dǎo)管與雷達設(shè)備接口和波導(dǎo)管與波導(dǎo)管連接處，通過此方法發(fā)現(xiàn)諧波濾波器和波導(dǎo)管之間的密封橡皮圈處有輕微的氣泡，說明有漏氣現(xiàn)象。用工具擰緊諧波濾波器與波導(dǎo)管連接處的螺釘，再次用肥皂水檢查，仍有氣泡產(chǎn)生。更換諧波濾波器與波導(dǎo)管連接處的密封橡皮圈，更換新密封橡皮圈后，沒有產(chǎn)生氣泡，說明此處漏氣故障已排除。觀察智能饋管波導(dǎo)充氣機運行情況20 min左右，波導(dǎo)充氣機頻繁充氣的故障并未消失，但充氣機充氣間隔時間比之前更長，每隔7～8 min充氣1次。

C波段全相參雷達升級為CINRAD/CD后，由于雷達接收機放在天線罩內(nèi)，因此天線罩內(nèi)也有很多波導(dǎo)管。順著波導(dǎo)管的走向，打開天線罩，檢查波導(dǎo)管有無漏氣的情況。此時可以發(fā)現(xiàn)，天線罩內(nèi)有接收機運行工作會產(chǎn)生較大的噪聲。此時，先關(guān)閉接收機，進一步降噪聲，然后站在梯子上，用耳朵聽波導(dǎo)管連接處是否有漏氣聲音，順著波導(dǎo)管仔細聽，發(fā)現(xiàn)確實有漏氣的聲音，即可基本確定天線罩內(nèi)的波導(dǎo)管有漏氣現(xiàn)象。反復(fù)檢查波導(dǎo)管與雷達設(shè)備的連接點，確定漏氣的故障點在雷達旋轉(zhuǎn)鉸鏈。此時用肥皂水涂抹在旋轉(zhuǎn)鉸鏈上，出現(xiàn)了較大的汽包[8]。

為了進一步檢查旋轉(zhuǎn)鉸鏈漏氣的情況，設(shè)置天線在不同的仰角度數(shù)（0.5°、1.5°、2.4°、10°、19.5°、50°、90°）運行，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)鉸鏈在天線仰角較低的時候運行時漏氣較慢，肥皂水氣泡較小，漏氣不明顯；在天線仰角度大于20°運行時，漏氣特別明顯，肥皂水氣泡很多而且氣泡很大，漏氣很明顯，說明旋轉(zhuǎn)鉸鏈可能是松動或者已被損壞。根據(jù)此現(xiàn)象，可以用工具擰緊旋轉(zhuǎn)鉸鏈的螺絲后還是有漏氣現(xiàn)象，最終判斷為旋轉(zhuǎn)鉸鏈已壞。由于旋轉(zhuǎn)鉸鏈不是常用備件，站內(nèi)沒有備份，與廠家聯(lián)系購買新的旋轉(zhuǎn)鉸鏈，更換新的旋轉(zhuǎn)鉸鏈后，用肥皂水涂在波導(dǎo)管和雷達設(shè)備的各個接頭處。經(jīng)過耐心、細致的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)新漏氣位置，漏氣故障消失。隨后觀察雷達運行1 h，智能饋管充氣機并未出現(xiàn)充氣現(xiàn)象，波導(dǎo)管內(nèi)部也沒有出現(xiàn)打火聲音，雷達運行恢復(fù)正常[9]。

3 結(jié)論

（1）昭通C波段CINRAD/CD是舊的全相參雷達升級，升級用的諧波濾波器是從舊雷達上拆下來的。諧波濾波器在安裝的時候與波導(dǎo)管之間的密封橡皮圈貼合得不是很好，用的是舊的密封圈，有老化現(xiàn)象，出現(xiàn)了輕微漏氣故障。

（2）智能饋管波導(dǎo)充氣機在雷達的運行中，要經(jīng)常檢查干燥劑是否達到使用時限（觀察干燥劑顏色），若顏色變紅，達到干燥劑使用時限應(yīng)及時更換新的干燥劑，干燥劑不達標會造成波導(dǎo)管內(nèi)濕度超標，波導(dǎo)管內(nèi)部出現(xiàn)打火現(xiàn)象的風(fēng)險[10]。

（3）雷達天線旋轉(zhuǎn)鉸鏈運行的頻率較高。此次雷達故障提醒我們，在以后的維護工作中（日常維護、周維護、月維護）應(yīng)該時常關(guān)注運行頻率較高的器件，發(fā)現(xiàn)問題及時處理、及時處理雷達故障，保障雷達高效率的運行，為防災(zāi)減災(zāi)、人工影響天氣、短臨預(yù)報等氣象業(yè)務(wù)保駕護航。

參考文獻

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