10kW液冷數/模同機電視發射機的維護

張洪冰

摘 要：新一代的液冷全固態數/模同機電視發射機設計緊湊，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字化覆蓋發展的需要。因此，有必要進行維護。基于此，本文首先對該設備進行介紹，然后闡述發射單元的工作原理，最后探討液冷全固態電視發射機的維護。

關鍵詞：液冷；數/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

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

新一代的液冷全固態電視發射機設計緊湊，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。該型號的發射機支持現有的全部模擬或數字電視標準，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，保證了電視節目的正常發射，能實現今后數字化電視整體轉換的改造，具有較大的社會效益。

隨著周邊城區不斷發展、不斷擴建，整個電力供電系統加載趨于復雜化。雖然河南省廣播電視發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、電壓波動等意外發生。這些情況給發射設備帶來的損傷在隨后幾年的運行中逐步顯現，2套設備都先后多次出現故障。通過對系統原理、電路進行分析，充分利用現有條件，成功修復了這2部發射機的液冷循環泵和功放散熱故障，節約了數萬元維護資金。

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

河南省廣播電視發射臺有2臺電視發射機采用的是進口的10kW單通道液冷全固態數/模同機電視發射機。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/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、液態循環冷卻單元和供電系統等構成[1]。發射系統由光端機、網絡適配器、多用途的數字主/備激勵器、中央控制器功率放大模塊、液態冷卻循環系統、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。液態循環冷卻系統由主備自循環水泵、戶外散熱器、均壓配置和電源控制器等構成。

2 發射單元的工作原理

發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，再經合成器合成為10kW的大功率射頻信號，經輸出濾波器濾除帶外雜波，經饋管上天線發射；定向耦合器負責采集輸出功率和發射功率的數值并送入顯示面板和中央控制單元使用；電源分配系統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。其是整個發射機的核心控制部分，承擔發射機的數據通訊，提供給發射機操作控制指令。在中央控制器內部設有發射機本地控制單元及發射機遠程控制單元的網絡服務器。發射機所有模塊的工作狀態都可以在控制單元的彩色顯示屏上顯示。發射機和功放模塊的參數調整都可以在控制單元或通過遠程系統網絡來完成。

②數字激勵器。與模擬激勵器不同的是，數字激勵器采用了數字直調技術，具有較高的整體集成度。無論模擬電視信號還是數字TS信號，都可以在調制器經過處理以后調制在射頻載頻點上，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，電源模塊已經內置于功率放大模塊內部；發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生的熱量帶到外部散熱器散發到設備外部；在每個功率放大模塊內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信息和故障告警信息送至發射機的中央控制器，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；在發射機滿功率發射播出時，功放管能工作在較好的放大狀態。

④液態冷卻水循環系統。該系統由2臺循環泵、2部外部散熱器和8個功放模塊的內置風扇組成，方框圖如圖2所示。該系統的主要作用是發射機在工作過程中，通過冷卻液將電源及功放模塊工作時所產生的熱量帶到外部散熱器，從而散發到設備外部；確保發射機工作時的功率放大模塊溫度相對穩定。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、交流靜態開關和蓄電池組等組成，當市電正常時，經整流器變為直流對蓄電池充電，同時經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，系統自動切換到蓄電池組，蓄電池放電，經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的安全性、可靠性。

通過分析可知，發射單元柜的構成與普通全固態風冷發射機的區別在于，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，很好地實現了功放模塊內部高效穩定的液冷循環，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 液冷全固態電視發射機的維護

從以上分析看出，2部發射機采用的是先進的液冷技術、工藝較好的進口設備。在安裝調試過程中沒有出現任何技術問題，順利通過了聯調測試，發射機的各項視頻、音頻、射頻指標都符合國標甲級標準，滿功率播出運行狀態良好，各個功放模塊的輸入、輸出、電壓、電流和溫度等參數都與出廠數據一致，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穩定，管道連接完好。但是，自投入使用后，由于外電多次出現閃斷或大幅波動等情況（已經通過加裝UPS不間斷電源解決了這一問題），不可避免地給發射機內部造成損傷，功率模塊散熱和液冷循環系統陸續出現了一些問題。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、節目中斷等情況發生。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 循環泵故障問題

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

首先查看控制單元提示的故障信息，系統提示由于溫度過高超過設備預警門限自動保護。通過現場檢查分析：發射機的功率放大電路由8個功放模塊組成，單一模塊出現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系統出現故障。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。發射機冷卻水循環系統中循環泵1無工作指示燈顯示，循環泵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，同時關閉發射機的輸出。發射機功率放大模塊工作溫度的門限值不得高于50℃。當冷卻水循環系統發生故障以后，不能及時將功率放大模塊產生的熱量散出去，造成冷卻液溫度過高，自動保護系統啟動迫使發射機保護性關機。

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

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

檢修操作：檢查循環水泵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了故障。在確認循環泵1已被分離出冷卻循環系統之后，將水泵1下方紅色閥門DV2打開，排干凈水泵內殘留的部分冷卻液。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現異常。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。聯系了具有變頻電機維護經驗的公司配合檢修，以較低的成本進行了修復。

3.2 功放模塊故障檢修

在發射機整機輸出功率穩定的情況下，液態冷卻水循環系統工作正常，發射機功放模塊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。由電源產生的熱量大部分被循環冷卻液循環帶走，而射頻單元或供電單元殘余的熱量是由內置風扇驅散走的。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，一旦放大盤內部出現故障臨時拔出，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，帶走模塊絕大部分熱量，殘余熱量通過散熱系統由排風扇將熱量排出。如果散熱風扇出現故障，會造成模塊內殘留溫度聚集，當達到預定的溫度門限后，預警系統報警。

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。經查看發現，該風扇已經卡死，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。

4 運行及應用情況

目前，2臺發射機運行穩定，滿功率播出覆蓋效果良好，保證了2套電視節目的安全播出。在對進口液態冷卻全固態發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、運行維護的操作規范，對熟悉和掌握液態冷卻式發射機的故障判斷及檢修技巧都有很大的啟發，得到了同行和專家的一致好評，具有良好的社會效益和經濟效益。

參考文獻：

[1]唐小初，蒲剛.數字電視發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.可進行數字/模擬調頻信號放大的功放模塊技術分析[J].科技傳播，2014（23）：156-157.