一起DVOR設(shè)備電源故障的原因分析

李文龍

【摘要】本文詳細(xì)論述了一起DVOR設(shè)備電源頻繁故障的深層次原因分析和故障解決過(guò)程、方法，由表及里，分析了因臺(tái)站變壓器的安裝不規(guī)范、配電柜配置不合理、臺(tái)站地網(wǎng)接地效果不好和避雷器件問(wèn)題等多種因素綜合引起的設(shè)備電源系統(tǒng)頻繁被損壞的原因，提出了改進(jìn)的方法，以及取得的良好效果。

【關(guān)鍵詞】DVOR設(shè)備電源頻繁故障;原因分析;故障解決過(guò)程;改進(jìn)的方法

引言

全向信標(biāo)（DVOR）設(shè)備是目前民航主要的地面為飛機(jī)提供測(cè)向服務(wù)的方位導(dǎo)航設(shè)備之一，在全國(guó)配置較多，一般和DME測(cè)距設(shè)備合裝在航路或機(jī)場(chǎng)終端區(qū)臺(tái)站，為飛機(jī)提供方位和距離信息。湖北空管分局河口DVOR/DME臺(tái)（航路臺(tái)）安裝的是Thales公司的DVOR 4000/DME FSD-45產(chǎn)品，自安裝運(yùn)行以來(lái)已有十余年時(shí)間。該臺(tái)在運(yùn)行前期先后八次出現(xiàn)設(shè)備電源模塊損壞，我們?cè)诓檎覇?wèn)題的過(guò)程中走過(guò)不少?gòu)澛贰?/p>

本文介紹了此故障的原因分析、處理過(guò)程及處理后的運(yùn)行效果，以期給臺(tái)站建設(shè)和設(shè)備維護(hù)技術(shù)人員提供一些參考，和一些需要引以重視的問(wèn)題。

一、故障現(xiàn)象

河口DVOR/DME導(dǎo)航臺(tái)位于京廣航路湖北管制區(qū)北走廊口，于2002年底安裝調(diào)試完畢并校飛通過(guò)，在安裝期間和設(shè)備校飛后試運(yùn)行半年內(nèi)一切正常。DVOR 4000設(shè)備由四塊相同的開(kāi)關(guān)電源模塊并機(jī)供電，給主機(jī)提供54V直流。在隨后運(yùn)行的一年半時(shí)間內(nèi)，有八塊電源模塊先后損壞。每次故障后，通過(guò)更換備件，設(shè)備都能正常工作一段時(shí)間。此故障的特點(diǎn)是，故障模塊種類(lèi)相同，故障電源模塊號(hào)不定，故障時(shí)間間隔不定。在維修電源模塊的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)大部分故障點(diǎn)都位于開(kāi)關(guān)電源整流前級(jí)，大多數(shù)是零線(xiàn)和地、火線(xiàn)和地之間的過(guò)壓保護(hù)器件損壞，并且擊毀的元器件呈炭化狀。

二、原因分析

根據(jù)被擊毀的元器件表象、在電源模塊中的位置和器件性能能分析，結(jié)合在設(shè)備電源被擊毀時(shí)，有幾次設(shè)備前級(jí)UPS保護(hù)性關(guān)機(jī)，初步確定是外圍供電或接地問(wèn)題。

1.供電系統(tǒng)

圖一為該DVOR/DME臺(tái)市電供電概圖，NDB臺(tái)和DVOR/DME臺(tái)共用一臺(tái)10KV變壓器，兩臺(tái)之間相距400余米，10KV高壓引接自鎮(zhèn)上農(nóng)用高壓線(xiàn)路，其380V低壓先進(jìn)入NDB臺(tái)低壓配電柜，輸出后再由三相四線(xiàn)架空明線(xiàn)送至DVOR臺(tái)的油機(jī)市電轉(zhuǎn)換柜，經(jīng)UPS后給DVOR/DME設(shè)備供電。

圖一 DVOR/DME和NDB臺(tái)供電示意圖

在查找問(wèn)題的過(guò)程中，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控測(cè)量DVOR/DME臺(tái)設(shè)備交流輸入火線(xiàn)和零線(xiàn)間電壓正常且穩(wěn)定，零線(xiàn)對(duì)地電壓30V-40V且并不穩(wěn)定，火線(xiàn)對(duì)地線(xiàn)間的電壓極不穩(wěn)定，偶爾超過(guò)220V（正常220V左右）。經(jīng)逐步巡線(xiàn)檢查至變壓器輸出端，發(fā)現(xiàn)變壓器輸出端零線(xiàn)端子沒(méi)有接地（圖一中變壓器輸出零線(xiàn)接地線(xiàn)）。此變壓器安裝和維護(hù)工作由當(dāng)?shù)毓╇娋重?fù)責(zé)，經(jīng)詢(xún)問(wèn)供電局工作人員，得到的解釋是此變壓器當(dāng)初安裝就是如此，而且當(dāng)?shù)剞r(nóng)用變壓器的安裝都是這樣。在我們要求下，地方供電部門(mén)對(duì)變壓器輸出零線(xiàn)端子就近接地。經(jīng)過(guò)處理后，我們實(shí)地測(cè)量DVOR/DME臺(tái)交流輸入零線(xiàn)對(duì)地電壓降至10V以下，且較穩(wěn)定，而火線(xiàn)對(duì)地電壓不穩(wěn)且電壓偶爾大大超過(guò)正常的220V。

對(duì)于常規(guī)三相四線(xiàn)制低壓（10KV以下）供電系統(tǒng)，如果變壓器輸出端中性點(diǎn)不接地，當(dāng)變壓器負(fù)載不平衡時(shí)，變壓器中性點(diǎn)電位會(huì)發(fā)生飄移（即不為0V了），從而造成各相電壓不對(duì)稱(chēng)，進(jìn)而危及用電設(shè)備的安全，一般要將變壓器次級(jí)中性點(diǎn)接地。

2.接地系統(tǒng)

由于DVOR/DME臺(tái)火線(xiàn)對(duì)地電壓不穩(wěn)且偏高，懷疑地網(wǎng)帶有電位。圖二為DVOR/DME臺(tái)接地系統(tǒng)示意圖，避雷針、[平臺(tái)？]反射網(wǎng)、油機(jī)房配電柜保護(hù)地和設(shè)備保護(hù)地共用接地系統(tǒng)，接地井到機(jī)房設(shè)備保護(hù)地、油機(jī)房配電柜、油機(jī)保護(hù)地用接地銅帶相連，接地井到圍墻外的田地接地網(wǎng)都是用鍍鋅扁鐵帶相連，接地樁用銅棒。

圖二 DVOR/DME臺(tái)接地系統(tǒng)示意圖

在設(shè)備安裝調(diào)試期間，我們?cè)啻螠y(cè)量過(guò)臺(tái)站的接地電阻。由于導(dǎo)航臺(tái)圍墻內(nèi)全部為巖石基礎(chǔ)，在測(cè)量接地電阻時(shí)采取將地阻測(cè)試儀的測(cè)試棒安放在院墻外的地網(wǎng)內(nèi)測(cè)試的方式，故每次測(cè)量的阻值都是符合標(biāo)準(zhǔn)。后改進(jìn)測(cè)試方法，設(shè)備停機(jī)，斷開(kāi)整個(gè)臺(tái)站的供電，將地阻儀測(cè)試棒放在山坡下的網(wǎng)外測(cè)試，發(fā)現(xiàn)地阻值超標(biāo)。

經(jīng)仔細(xì)分析此臺(tái)的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)和所處的地理?xiàng)l件，由于地處砂礫巖山坡，圍墻外的田地表層土壤厚度僅為二三十公分，整個(gè)臺(tái)站的地質(zhì)條件并不理想。這種地質(zhì)條件造成整個(gè)導(dǎo)航臺(tái)的地網(wǎng)好似懸空，如果有雷電電流泄放進(jìn)地網(wǎng)，定不能迅速有效的導(dǎo)入大地綜合，從而導(dǎo)致整個(gè)地網(wǎng)電位異常，危及設(shè)備的安全。

由于院內(nèi)幾乎全部是巖石，無(wú)法加裝接地網(wǎng)，只好改造院墻外地網(wǎng)，在圍墻外的農(nóng)田里加裝接地極，并將地網(wǎng)引接至山坡下一口魚(yú)塘，再次將地阻測(cè)試儀的測(cè)試極放在山坡下的網(wǎng)外測(cè)量整個(gè)地網(wǎng)的阻值，符合標(biāo)準(zhǔn)。

在改造接地網(wǎng)的過(guò)程中，斷開(kāi)院內(nèi)接地井至油機(jī)配電房的接地銅帶時(shí)（圖二中院內(nèi)虛線(xiàn)），我們發(fā)現(xiàn)進(jìn)油機(jī)配電間的接地銅帶帶電。這一現(xiàn)象讓我們意識(shí)到問(wèn)題的嚴(yán)重性，并開(kāi)始重點(diǎn)檢查油機(jī)配電柜。從NDB臺(tái)來(lái)的市電直接進(jìn)入此配電柜（老式配電柜）的油機(jī)和市電轉(zhuǎn)換閘刀開(kāi)關(guān)，配電柜的市電輸入端接有氧化鋅閥式避雷器，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)其中一相電的避雷器對(duì)地短路（外觀完好）。經(jīng)更換新的氧化鋅閥式避雷器后，油機(jī)配電房接地銅帶帶電現(xiàn)象消失。

事后分析，避雷器在擊穿后導(dǎo)致市電的相電壓直接進(jìn)入設(shè)備的保護(hù)地，而由于此臺(tái)的接地網(wǎng)接地效果又不好，造成設(shè)備的電源輸入火線(xiàn)和保護(hù)地之間變成相間電壓380伏，危及設(shè)備的安全。因供電線(xiàn)路內(nèi)阻的存在和接地網(wǎng)的懸空，相當(dāng)于一負(fù)載，使NDB臺(tái)配電柜中給DVOR臺(tái)供電的空氣開(kāi)關(guān)并沒(méi)有保護(hù)性跳閘，故障隱患一直存在，沒(méi)被發(fā)現(xiàn)。

此故障隱患的主要原因是工程安裝期間配電柜選型和配置問(wèn)題，還有防雷器件的選型簡(jiǎn)單，器件性能變差擊穿短路后沒(méi)有導(dǎo)致供電系統(tǒng)的保護(hù)性跳閘，致使故障沒(méi)有顯現(xiàn)。另外氧化鋅閥式避雷器（老式簡(jiǎn)易避雷器），一般在損壞的情況下應(yīng)呈開(kāi)路狀態(tài)，此次擊穿短路很少見(jiàn)。

三、解決方案

為了徹底解決問(wèn)題，我們?cè)诘鼐W(wǎng)、高壓變壓器、供電線(xiàn)路和避雷等方面做了如下幾方面的工作：

1.由于院內(nèi)幾乎全部是巖石，無(wú)法加裝接地網(wǎng)，只能重新在圍墻外的田里加裝接地極，并在接地極樁坑中加木炭，改善接地性能。

2.把DVOR/DME臺(tái)油機(jī)房市電鎧裝進(jìn)線(xiàn)電纜端屏蔽層可靠接地，避雷針和平臺(tái)網(wǎng)的接地已經(jīng)封裝在混凝土下，經(jīng)引接和電力電纜的屏蔽接地改在圍墻外的地網(wǎng)里焊接在一起。

3.油機(jī)房配電柜市電進(jìn)線(xiàn)端加裝一合適的空氣開(kāi)關(guān)。

4.在DVOR/DME臺(tái)油機(jī)房配電柜進(jìn)線(xiàn)端加裝專(zhuān)用低壓配電系統(tǒng)避雷器箱，替換原有的氧化鋅避雷器。

5.把NDB和DVOR臺(tái)共用的變壓器低壓輸出端的零線(xiàn)就近接地，改善兩個(gè)臺(tái)站的三相負(fù)載平衡，最終使零線(xiàn)電壓趨于零伏。

四、效果檢查

在排除低壓零地電壓和火地電壓過(guò)高、改善接地網(wǎng)、加裝電源避雷器箱后，設(shè)備運(yùn)行正常，至今再也沒(méi)有出現(xiàn)設(shè)備電源被擊毀的故障現(xiàn)象。

五、結(jié)束語(yǔ)

Thales公司DVOR 4000設(shè)備的電源模塊設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用大規(guī)模集成電路較多，且電路保護(hù)模塊和檢測(cè)電路眾多，相比NDB設(shè)備對(duì)供電、防雷和接地品質(zhì)要求較高。早期的臺(tái)站工程安裝這方面重視不夠，容易因供電和接地問(wèn)題造成設(shè)備隱性故障。

航路導(dǎo)航臺(tái)站一般都設(shè)置在偏遠(yuǎn)的農(nóng)村或小城鎮(zhèn)，共用當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)電系統(tǒng)，電壓不穩(wěn)以及變壓器、線(xiàn)路安裝的不規(guī)范都會(huì)給臺(tái)站的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患，需引起工程安裝人員和技術(shù)人員的足夠重視。本起故障隱蔽性較強(qiáng)，主要原因是由于避雷器件的擊穿短路導(dǎo)致地網(wǎng)帶電，地網(wǎng)接地不好不能有效的泄放，加上供電變壓器不規(guī)范安裝引起零線(xiàn)電壓升高，電路保護(hù)又沒(méi)起作用等。

在查找問(wèn)題的過(guò)程中，其中一些不經(jīng)意的異?，F(xiàn)象也沒(méi)引起我們的重視，比如，故障期間兩個(gè)臺(tái)站月用電量有所上升，UPS幾次保護(hù)性關(guān)機(jī)重啟后又正常，零地和火地電壓偶爾異常（和天氣、土壤濕度有關(guān)）等，值得我們反思。

對(duì)一些邊遠(yuǎn)的地質(zhì)條件不好的臺(tái)站，尤其要重視地網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工，防止出現(xiàn)地網(wǎng)懸浮現(xiàn)象。在測(cè)量地阻的方法上，為了取得準(zhǔn)確的地阻值，需注意地阻測(cè)試儀的測(cè)試極盡量不要布放在地網(wǎng)內(nèi)，且要多次多點(diǎn)測(cè)量，取平均值。