雷神二次雷達(dá)三起故障剖析

裴方瑞

（民航內(nèi)蒙古空管分局，呼和浩特，010010）

0 引言

近期，民航內(nèi)蒙古空管分局兩部雷神CONDOR–MK2型雷達(dá)先后發(fā)生兩起因故障導(dǎo)致雙機(jī)無(wú)法正常工作的情況，以及一起因錄取器原因造成輸出信號(hào)不穩(wěn)定的故障。兩部雷達(dá)分別于2003年和2005年投產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)良好，很少出現(xiàn)故障，雙機(jī)同時(shí)故障更是罕見。兩起故障原因中，其中一起故障是因?yàn)榉览赘脑旌笤谔炀€驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的方位信號(hào)傳輸鏈路上增加的防雷模塊信號(hào)線松動(dòng)導(dǎo)致雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)方位信號(hào)丟失而造成系統(tǒng)雙機(jī)無(wú)法工作；另外一起是由于輸入電源瞬間過(guò)電壓導(dǎo)致兩部詢問(wèn)機(jī)的Mains Switch Enclosure模塊內(nèi)部的壓敏電阻被擊穿從而致使雙機(jī)電源開關(guān)跳開且無(wú)法合上。下面就三起故障原因進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 防雷模塊信號(hào)線松動(dòng)導(dǎo)致的故障分析

2018年某日，內(nèi)蒙古分局雷達(dá)導(dǎo)航室值班員在RCMS設(shè)備上發(fā)現(xiàn)模擬顯示區(qū)域的雷神雷達(dá)天線部分TURNING GEAR和雷達(dá)詢問(wèn)機(jī)雙通道顏色均變?yōu)榧t色，天線在通道A和通道B間來(lái)回反復(fù)切換，切換頻率約為1秒1次。通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)查看雷達(dá)輸出目標(biāo)情況，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)跡和航跡均無(wú)輸出。值班人員隨即將該雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行下線處理。通過(guò)查看雷達(dá)設(shè)備的通道日志和CMS日志，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障隔離后，提示可能的故障點(diǎn)為雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)中的方位數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元（ADGU）及相關(guān)電路。為盡快使雷達(dá)設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行，技術(shù)人員嘗試重新啟動(dòng)雷達(dá)天線系統(tǒng)，沒(méi)想到重新啟動(dòng)天線后，雷達(dá)系統(tǒng)竟然恢復(fù)了正常工作，上述的告警現(xiàn)象消失，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)查看雷達(dá)輸出目標(biāo)也顯示正常。為了確定引起該起故障的真正原因，技術(shù)人員到達(dá)雷達(dá)站現(xiàn)場(chǎng)開始對(duì)雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行細(xì)致排查。

根據(jù)故障隔離的指示、雙機(jī)同時(shí)發(fā)生故障的情況以及隨后重啟天線部分系統(tǒng)恢復(fù)正常的現(xiàn)象，著重查找ADGU的相關(guān)鏈路是否存在信號(hào)線虛接的可能性。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，雙通道同時(shí)發(fā)生故障的概率是很小的，通常情況下是公共部分出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致。而天線系統(tǒng)和天線驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)及相關(guān)部件是檢查的重中之重，如天線旋轉(zhuǎn)部分的減速箱、馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)鉸鏈和射頻饋線等，以及方位信號(hào)產(chǎn)生碼盤及相關(guān)的信號(hào)線。由于通過(guò)觀察當(dāng)時(shí)的故障現(xiàn)象和故障隔離結(jié)果，所以初步判斷是方位信號(hào)產(chǎn)生的鏈路上的問(wèn)題。雷神雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)部分方位信號(hào)產(chǎn)生的路徑如下。首先由位于天線旋轉(zhuǎn)軸下方的Printed Circuit Resolver(PCR)及其相應(yīng)的放大電路(PCRA)為ADGU提供sine和cosine信號(hào)，Azimuth Reference Pulse Generator(ARPG)為ADGU提供正北參考脈沖信號(hào)。ADGU將接收到的sine和cosine信號(hào)進(jìn)行計(jì)算解碼后獲得天線旋轉(zhuǎn)的方位信息，然后向雷達(dá)雙通道提供64k的方位增量脈沖（ACP）和正北基準(zhǔn)脈沖（ARP）。此外，由于對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行了防雷改造，在PCRA到ADGU的中間串接了盾牌（DEHN）的防雷模塊。因此，涉及到方位信號(hào)的鏈路總共由三個(gè)部分構(gòu)成，及位于天線旋轉(zhuǎn)軸下端的PCR和PCRA，位于雷達(dá)機(jī)房?jī)?nèi)部的ADGU，以及位于上述兩個(gè)模塊中間的防雷模塊。三個(gè)部分的連接一共是11根信號(hào)線，分別為10 kHz Common、10 kHz、Sine、Cosine、ARPG、+15 V、–15 V、+5 V、0 V、Screen、Sine/Cosine Common、Earth。

為了獲得具體的故障部位以及具體是哪一根信號(hào)線虛接導(dǎo)致的故障，技術(shù)人員分為兩組，一組在天線端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性測(cè)試，一組在雷達(dá)機(jī)房觀察CMS，試圖重現(xiàn)故障現(xiàn)象。位于天線端的技術(shù)人員首先將PCR到PCRA的各組信號(hào)線逐根進(jìn)行擺動(dòng)測(cè)試，在CMS上并未觀察到相同的故障現(xiàn)象。接下來(lái)測(cè)試PCAR到盾牌防雷器上端的連接信號(hào)線，也未發(fā)現(xiàn)異常。在測(cè)試盾牌防雷器下端到ADGU的信號(hào)線時(shí)，突然在CMS上出現(xiàn)了相同的故障現(xiàn)象，該信號(hào)線為入ADGU SK3接口的R針對(duì)應(yīng)的信號(hào)線，為Sine/Cosine Common信號(hào)，通過(guò)對(duì)該信號(hào)線進(jìn)行通斷試驗(yàn)，復(fù)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的故障現(xiàn)象，因此判斷該信號(hào)線可能由于天線部分旋轉(zhuǎn)震動(dòng)導(dǎo)致緊固信號(hào)線的螺絲松動(dòng)致使信號(hào)線接觸不良。正是因?yàn)樵撔盘?hào)線松動(dòng)導(dǎo)致ADGU接收的PCRA信號(hào)異常，導(dǎo)致無(wú)法解碼方位信號(hào)，進(jìn)而無(wú)法送雷達(dá)通道方位信號(hào)而導(dǎo)致雷達(dá)雙通道告警。將該信號(hào)線進(jìn)行緊固后，開機(jī)測(cè)試觀察，雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行正常，此時(shí)才真正確認(rèn)故障排除。

第一次發(fā)生該故障重啟天線恢復(fù)正常很可能是因?yàn)樘炀€在停止和重新開啟時(shí)的震動(dòng)導(dǎo)致上述虛接的信號(hào)線連接，從而系統(tǒng)恢復(fù)正常。當(dāng)時(shí)若認(rèn)為僅是軟件部分故障導(dǎo)致系統(tǒng)故障而不做進(jìn)一步調(diào)查，很有可能在未來(lái)的某個(gè)時(shí)間再次發(fā)生該故障，后果不堪設(shè)想。所以技術(shù)人員在故障發(fā)生后應(yīng)盡可能搜集多的信息，從各個(gè)角度多方位細(xì)致分析，不要因?yàn)橹貑⒒謴?fù)正常而沾沾自喜，很有可能給未來(lái)造成極大的隱患。而是應(yīng)該盡可能將故障可能涉及的鏈路的各個(gè)模塊均進(jìn)行排查，方能對(duì)自己維護(hù)的設(shè)備有自信。

圖1 雷達(dá)詢問(wèn)機(jī)柜供電圖

2 壓敏電阻被擊穿導(dǎo)致的雙機(jī)故障分析

2018年某日，在對(duì)雷神雷達(dá)換季過(guò)程中，雷達(dá)雙通道的MAINS SWITCH ENCLOSURE內(nèi)的開關(guān)突然自動(dòng)跳到斷的位置，POWERON綠色指示燈熄滅，POWERAVAILABLE棕色指示熄滅，雷達(dá)雙詢問(wèn)機(jī)同時(shí)關(guān)機(jī)。雷達(dá)設(shè)備配電柜上的為雷達(dá)詢問(wèn)機(jī)送電的空開同時(shí)跳開。此外雷達(dá)天線停轉(zhuǎn)，變頻器顯示過(guò)電壓告警。為了迅速確定故障點(diǎn)，將整體設(shè)備分兩部分處理，第一部分為天線及天線驅(qū)動(dòng)部分，第二部分為兩臺(tái)詢問(wèn)機(jī)。

首先嘗試恢復(fù)天線及天線驅(qū)動(dòng)部分。該部分的供電情況是從UPS系統(tǒng)送來(lái)的380V三相電通過(guò)天線驅(qū)動(dòng)控制單元Antenna Drive Control Unit后送入旋轉(zhuǎn)齒輪安全單元Turning Gear Safety Unit，然后送入變頻器Inverter Unit，最后到達(dá)天線馬達(dá)處。其中前三個(gè)部分均是實(shí)現(xiàn)了對(duì)馬達(dá)的保護(hù)或控制，變頻器完成了最后一級(jí)的控制。故障發(fā)生時(shí)，由于變頻器提示過(guò)壓告警，通過(guò)查閱資料，直流過(guò)壓報(bào)警有2種情況，一是由于進(jìn)線電壓比較高引起的直流電壓高的問(wèn)題，檢查變頻器的進(jìn)線電壓看是不是正常。二是由于直流電壓正常而檢測(cè)回路的問(wèn)題導(dǎo)致的報(bào)警，將直流電壓的數(shù)值檢測(cè)一下，正常情況下直流電壓是比較穩(wěn)定的，除在啟動(dòng)的時(shí)候，如果正常的話可能就是檢測(cè)回路的問(wèn)題，需要更換整流側(cè)的控制板件。首先嘗試復(fù)位變頻器故障看是否能恢復(fù)正常。將變頻器前級(jí)空開斷開，使變頻器徹底下電，之后重新合上空開，變頻器啟動(dòng)，告警消除，手動(dòng)啟動(dòng)天線成功，初步斷定天線及天線驅(qū)動(dòng)部分正常。

接下來(lái)查看詢問(wèn)機(jī)部分。雷神雷達(dá)的供電如圖1所示，從UPS系統(tǒng)送來(lái)的220V交流電源通過(guò)雷達(dá)詢問(wèn)機(jī)頂部的J1端接入，Mains Switch Enclosure模塊將接入的交流電源送到TRANSMITTER POWER SUPPLY UNIT(PSU1)和MULTI OUTPUT POWER SUPPLY(PSU2)轉(zhuǎn)換為雷達(dá)設(shè)備所需的各種直流電后為系統(tǒng)供電。此外Mains Switch Enclosure內(nèi)部還提供浪涌保護(hù)部件，該功能是通過(guò)VDR1、VDR2、VDR3三個(gè)可變電阻器實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)設(shè)備開關(guān)跳開時(shí)，應(yīng)先檢查雷達(dá)設(shè)備的前端配電箱的空開是否跳開，由于該空開也調(diào)開了，技術(shù)人員重新將其合上，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)再次跳開的情形。接下來(lái)嘗試合上詢問(wèn)機(jī)的開關(guān)，但是發(fā)現(xiàn)兩個(gè)詢問(wèn)機(jī)通道的空開均無(wú)法合上，通過(guò)查看設(shè)備手冊(cè)，我們認(rèn)為最有可能造成該現(xiàn)象的原因?yàn)檫^(guò)壓保護(hù)器失效導(dǎo)致。

為了驗(yàn)證這一想法，首先將設(shè)備徹底切斷電源，從機(jī)柜頂部斷開J1和E1兩個(gè)接頭。接下來(lái)將詢問(wèn)機(jī)正面最上邊的故障指示面板取下，取下的時(shí)候要注意不要破壞計(jì)時(shí)器和LED指示燈的連線。然后將Mains Switch Enclosure模塊的接地線斷開，支撐住該模塊，然后將模塊兩端的螺絲擰下，慢慢取下模塊。擰下模塊頂部的10顆螺絲，打開上面板，三個(gè)可變電阻器位于左下角，右側(cè)安裝有一個(gè)濾波器。當(dāng)時(shí)打開后發(fā)現(xiàn)VDR1被擊穿燒成黑色，通過(guò)使用萬(wàn)用表測(cè)試，發(fā)現(xiàn)VDR1的兩只管腳短路。當(dāng)空開合上時(shí)，相當(dāng)于形成了輸入端L對(duì)地短接，因此空開會(huì)自動(dòng)跳開，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)后級(jí)各部分的保護(hù)。這樣就確定了設(shè)備開關(guān)無(wú)法合上的原因。將故障的VDR1使用烙鐵取下，更換備件。設(shè)備恢復(fù)正常后，重新閉合開關(guān)，這次設(shè)備正常啟動(dòng)。另一部通道也是同樣的故障，不再贅述。

3 點(diǎn)跡錄取器原因?qū)е螺敵鲂盘?hào)不穩(wěn)定

在近期的一次換季工作中，我們將備板備件上機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。由于點(diǎn)跡錄取器主板計(jì)算機(jī)Host Single Board Computer上的3V鋰電池到達(dá)了使用年限，所以在上機(jī)之前對(duì)該電池進(jìn)行了更換。將錄取器板上機(jī)后，開機(jī)后第一次沒(méi)有通過(guò)自檢，重啟后，過(guò)了大約8分鐘左右通過(guò)了自檢。

由于更換了電池，NVRAM內(nèi)容的丟失在初始化時(shí)被識(shí)別，因此開機(jī)時(shí)MSSR加載工廠默認(rèn)參數(shù)，不加載存儲(chǔ)在閃存中的雷達(dá)站參數(shù)。為了防止節(jié)點(diǎn)ID與另一通道的處理器發(fā)生沖突，默認(rèn)節(jié)點(diǎn)ID設(shè)置為3。正常情況下需要將通道A的ID設(shè)置為1，通道B的ID設(shè)置為9。點(diǎn)擊CMS左上角，進(jìn)入單通道界面，以Controller身份登錄，點(diǎn)擊Set Remote Node ID，因?yàn)槲覀兏鼡Q的是B通道的，所以將其設(shè)置為9，此時(shí)詢問(wèn)機(jī)斷開與單通道站點(diǎn)的連接，重新連接至雙通道站點(diǎn)。通過(guò)CMS左上角的按鈕切換至雙通道臺(tái)站界面，以Maintainer身份登錄，進(jìn)入透明模式Transparent Mode，然后選擇input data from file，然后選擇相應(yīng)的通道文件.TMC進(jìn)行加載，通過(guò)選擇Configuration Sets下的Current to Commissioned，將參數(shù)寫入閃存，至此完成了電池更換后的設(shè)置工作。

雷達(dá)系統(tǒng)正式運(yùn)行后，我們通過(guò)RMM查看了雷達(dá)目標(biāo)的輸出情況，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)顯示正常，且運(yùn)行了一小時(shí)后，就讓雷達(dá)上線了。可是過(guò)了一會(huì)，自動(dòng)化部門反映該通道輸出的信號(hào)異常，目標(biāo)大面積丟失，且頻率很高，十幾分鐘就發(fā)生一次，管制員無(wú)法使用，信號(hào)立馬下線。通過(guò)查看RMM回放，我們發(fā)現(xiàn)該通道在正式運(yùn)行半小時(shí)后，第一次出現(xiàn)了該現(xiàn)象，但是及短暫，所以大家都沒(méi)有注意到，接下來(lái)又發(fā)生了一次，持續(xù)了十幾秒。通過(guò)仔細(xì)觀察，我們發(fā)現(xiàn)RMM顯示現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)答機(jī)時(shí)有時(shí)無(wú)，及時(shí)其他目標(biāo)正常，模擬應(yīng)答機(jī)也是存在丟點(diǎn)現(xiàn)象。為確定故障點(diǎn)，將之前換下的點(diǎn)跡錄取器重新安裝到B通道，開機(jī)觀察，發(fā)現(xiàn)模擬應(yīng)答機(jī)并沒(méi)有出現(xiàn)上述丟點(diǎn)的情況，且一直運(yùn)行了2個(gè)小時(shí)，目標(biāo)顯示一直正常。之后，我們將出現(xiàn)上述故障情況的錄取器重新安裝到通道A，在RMM上也觀察到了相應(yīng)的故障現(xiàn)象，因此懷疑該錄取器存在問(wèn)題。通過(guò)查閱手冊(cè)，將錄取器的電池再次進(jìn)行了放電操作，上機(jī)后重新進(jìn)行了參數(shù)配置等一系列工作，重啟雷達(dá)通道，再在RMM上觀察發(fā)現(xiàn)這次運(yùn)行正常。所以懷疑是第一次加載參數(shù)的工作沒(méi)有實(shí)現(xiàn)好，導(dǎo)致出現(xiàn)了輸出目標(biāo)丟失問(wèn)題。此前我們多次對(duì)兩部雷神雷達(dá)進(jìn)行該操作，均為發(fā)生上述情況，所以這次也是一個(gè)警示，以后更換錄取器和加載參數(shù)后一定要認(rèn)真觀察RMM上的目標(biāo)顯示情況，而不是CMS顯示通道正常就認(rèn)為雷達(dá)設(shè)備正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文描述的雷神二次雷達(dá)的三起故障比較罕見，一個(gè)是天線驅(qū)動(dòng)的公共部分故障，一個(gè)是供電導(dǎo)致雙通道同時(shí)故障，最后一個(gè)是輸出目標(biāo)不穩(wěn)定，兩部雷神雷達(dá)運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)十年，此類故障僅發(fā)生過(guò)一次，但卻嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)。筆者將故障現(xiàn)象和維修情況總結(jié)出來(lái)供同行參考，希望在出現(xiàn)類似故障的時(shí)候能夠進(jìn)行快速處理，盡可能縮短停機(jī)時(shí)間，提高保障效率。