L波段探空雷達維護維修技巧

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利用發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，為了充分發揮雷達的優良性能，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，要經受烈日暴曬、嚴寒酷暑、風雨侵蝕、灰塵污染等惡劣環境，極易造成塵垢、腐蝕、生銹、氧化、霉變和元器件電氣參數發生變化，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生，把雷達故障排除在萌芽狀態，避免出現大的破壞性故障，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，如有漏水必須清除干凈后方可開機。

②檢查雷達頻率、增益、發射機電流是否在合理數值范圍內，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、斜距數據是否正確。

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、斜距數據是否正確。

⑤利用晴朗天氣做一次經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、仔細、全面的檢查和保養，一般在每年汛前進行，以確保雷達汛期正常運行和觀測數據準確。

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發生變化，引起工作效率降低或者徹底失去作用而發生雷達故障。雷達故障維修關鍵在于分析研判，根據故障現象分析可能產生故障的部位，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、分析發現，室外故障12次，動態元器件損壞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、易發熱而燒毀，動態體在運轉過程中因磨損、斷裂而發生故障。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。雷達故障根據其發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生故障時只是單純一種故障現象，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3 d皆是如此。查看氣象資料發現19時室外溫度比07時高14 ℃左右，根據以上故障現象分析，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，沒有直觀的故障現象供維修參考，只能依據分析研判進行維修。該故障是程序方波或其通道出現問題所致，程序方波通道如圖1所示。經分析推測認為：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，在低溫狀態下出現故障。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故障時表現為多種故障現象，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，而一個部位出現故障可引起多種故障現象表現形式是很普遍的。

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

2017年8月13日雷達出現了綜合故障，打開雷達無訊號，無亮線，增益260，仰角、方位數值大范圍跳變，仰角、方位位置顯示圖也隨其數值跳變而大幅擺動，仰角可以跳變到200°左右，仰角位置顯示圖也出現 “仰角反背”現象(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定允許的±10%以內，且電壓均能夠正?？烧{，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，調節可調電位器電壓不可調節，經進一步檢查發現+5 V電源濾波電容退容，且伴有輕度漏電現象，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，它又可以分為無規律隨機故障和有規律隨機故障。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 無規律隨機故障 由于故障隨機出現，沒有任何規律可循，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現異常，之后這種現象又反復出現。故障出現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，發現阻力均勻適中，屬于正常范圍內，這就排除了天線偶然卡死的可能。打開天線頭檢查發現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 有規律隨機故障 按照故障出現的規律，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日在預審記錄時發現當仰角高于30°時，仰角曲線出現晃動毛刺(見圖3)，現場觀察發現雷達仰角上下抖動。經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元器件在某一段動態區間工作異常而造成故障，這些動態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，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，仰角曲線出現明顯毛刺。

圖3 仰角高于30°仰角曲線出現晃動毛刺圖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、農業、天氣預報、氣候能源開發、防災減災提供準確、及時、完整的高空氣象資料。