大功率短波天線偏向開關維護探論

2021-11-08 10:11:06方樂

科技創新與應用 2021年30期

關鍵詞：故障

方樂

（國家廣播電視總局二〇二四臺，黑龍江佳木斯 154000）

在大功率短波傳輸饋線和發射天線系統之間安裝大功率短波天線偏向開關，大功率短波天線偏向開關通過饋電路由的長短使饋電先后到達左右兩側的發射幕，起到改變電磁波主瓣方位角的作用，同時使大功率短波發射天線系統達到覆蓋更廣的范圍，具有方向性更強、靈活性更高的效果。偏向開關如圖1 所示。

圖1 偏向開關

1 偏向開關的結構及功能

首先介紹偏向開關的結構組成。偏向開關由框架、高頻傳輸通道及輸入輸出接口、傳動系統、控制系統、密封系統五部分組成，采用一進二出的結構，有3 位或5 位兩種開關。采用PLC 控制傳動結構，使撥輪槽輪帶動主軸開關，進行位移結合限位反饋，達到定位準確的優點如圖2 所示。

圖2 偏向開關的結構組成

1.1 框架

框架是開關的支撐結構，是開關高頻傳輸通道的支撐結構和開關傳動部分的固定結構，這部分結構尺寸的精度決定著開關高頻通道建立的可靠性，這部分一旦變形，開關的傳動效率和定位偏差將變差，甚至損壞。

偏向開關的框架由八根豎直的Φ35 瓷棒、上支架、下支架和下框架組成。

1.1.1 傳動系統

傳動系統是開關最重要的組成部分，傳動系統是保證開關的動力，它的精準度直接決定了開關性能的優劣，一般開關的定位精度在0.5mm 以內。緊急情況下可以通過手動撥動撥輪槽輪結構使開關移動定位。傳動系統由線纜、控制器、伺服電機、主軸機構等構成。開關單程全程切換時間：13s; 電動機工作電壓：AC380V，電機功率：60W；開關控制電壓：DC24V/AC220V；調速器最大工作電流：384mA，調速器輸入端電壓：DC24V；傳輸功率：≤500kW，調速器輸入端電流：＜8mA。

1.1.2 高頻傳輸通道及輸入輸出接口

高頻傳輸通道是開關的關鍵部分，簡稱饋電路由。它決定著開關高頻信號的傳輸指標，開關高頻信號的傳輸指標好，就能夠提高整個饋線系統的傳輸效率，反之饋線系統的傳輸效率降低；觸點采用雙層金屬片結構，可保證切換時系統的阻力最小，接觸可靠，觸點電流密度小。偏向開關的高頻傳輸通道由輸入接口、偏向環、輸出接口等構成，如圖2 所示。

偏向環、輸入輸出接口以及觸點采用銅管制成，插接接口采用銅焊焊接而成。高頻傳輸通道設計可承受的最大有效功率為550kW，其他參數如表1 所示。

表1 偏向開關的各項參數

1.2 偏向開關主要部件的組成以及作用和設計要求

1.2.1 主要部件由控制電纜、電動機、變速箱、瓷棒、主軸、觸點彈片、饋電路由組成

（1）控制電纜具有電動機供電、控制、指令反饋等作用。（2）電動機是開關動力來源。（3）變速箱是開關減速傳動裝置和手動操作、電動操作切換裝置。（4）支撐瓷棒是開關框架的支撐，固定開關的觸點、上支架和主軸。（5）主軸是開關切換的核心部分，帶動開關刀體轉動，選擇開關的工作位置。（6）觸點彈片是開關觸點的活動連接，保證開關刀體能夠順利切入和離開，切入后與刀體保持良好的電接觸。

1.2.2 偏向開關的設計要求

（1）開關工作的溫度范圍：-25°C～80°C。（2）調速器供電電壓范圍：185V～265VAC。（3）電磁離合器的動態供電電壓范圍：20V～27VDC。（4）限位開關供電電壓：不大于265V。

1.3 偏向開關的功能以及原理

偏向開關是改變短波廣播發射天線主瓣方位角的開關，它通過改變短波發射天線左右發射幕的饋電路由的長短，來改變短波發射天線左右發射幕的饋電先后，從而改變短波發射天線主瓣的方位角。

輸入輸出接口是開關與外部饋線的連接，輸入接口的特性阻抗是150Ω，輸入輸出接口的特性阻抗是300Ω，它的輸入輸出特性阻抗可參考并聯電阻計算理論設計。

2 日常維護

2.1 偏向開關高頻傳輸通道的調整、檢查

高頻傳輸通道包括開關的輸入輸出接口、觸點和刀體及這些部件的支撐件。日常維護，一般每月進行一次，特殊天氣可適當增加日常維護的次數。

日常維護一般要完成以下幾項檢查：（1）觀察輸入輸出接口，看有沒有打火的痕跡。（2）觀察觸點的上面和下面，看有沒有打火的痕跡。（3）觀察開關刀體和刀頭上有沒有打火的痕跡。（4）查看這些部件的支撐瓷棒上有無裂痕和打火痕跡。（5）觸點與刀頭之間有潤滑用的分子導電素，如果觸點上的分子導電素與灰塵一起變成干泥的話，應把觸點和刀頭上的干泥擦凈，然后再涂抹上一層薄薄的分子導電素。

2.2 偏向開關傳動系統的檢查

傳動系統包括電機、變速箱和撥輪槽輪結構。日常維護時，一般每月進行一次，通常要進行以下幾項檢查：（1）用電動方式往復切換開關，每一個位置都要經歷，每一次都到位準確。（2）用手動的方式重復上面的動作，每一次都到位準確。（3）打開開關底扳，確認撥輪槽輪結構和剎車裝置無銹蝕，并查看剎車片和撥輪之間的接觸面有無油脂，如有，應及時擦干凈。

2.3 偏向開關控制系統的檢查

控制系統包括調速器、限位開關和接線排。日常維護時一般每月進行一次，通常要進行以下幾項檢查：（1）查看控制系統調速器、限位有無進水。（2）查看控制系統有無接線松動。（3）查看控制系統有無燒壞的痕跡。

3 常見問題及解決辦法

3.1 偏向開關故障判斷

開關的故障一般出現在傳動、電控和高頻通路上。

3.1.1 傳動故障

傳動故障又分為開關切換不到位、開關切換跑位和電磁離合器供電不足等，下面分別就頻繁發生的故障情況的表現、原因、處理方法及預防方法進行說明。

（1）故障1：開關切換不到位

故障表現：這種故障的表現就是開關電控切換不到位，每次停的位置不一樣，手動操作費力，但能夠操作成功。

故障原因1：主軸與刀體固定螺絲松動。

處理方法：對應的天線天控柜掛牌，切斷控制電源，打開側板，對主軸與刀體開關間的固定螺絲進行緊固；加電測試、檢查主軸刀體開關與觸點彈片位置是否對應，接觸是否良好。

預防方法：定期緊固主軸與刀體開關間的固定螺絲、檢查主軸刀體開關與觸點彈片。

故障原因2：開關的控制受到干擾，這種干擾一般由于接地不好或是來自控制電纜。

處理方法：對偏轉開關的高頻重新接地，檢測控制電纜的控制信號和限位開關。

預防方法：經常檢查開關的高頻接地線。

（2）故障2：開關切換經常跑位

故障表現：開關常常會跑過切換的目標位，這種跑位基本是每次都跑過。

故障原因：開關的剎車力道不夠。

處理方法：把剎車裝置的頂絲向前擰緊，直到每次與開關剎車裝置并排的限位開關入槽1/3 以下就能停住，如果聽到電機轉動發出沉悶的聲音，說明頂絲的力道偏大，應該把頂絲松一點。

預防方法：定期檢查與開關剎車裝置并排的限位開關入槽停下的位置在不在1/3 以下。

（3）故障3：電磁離合器供電不足

故障表現：開關的電機轉動正常，但是開關的刀體不動。

故障原因：可能是電磁離合器的+24V 供電沒有或不夠導致電磁離合器不吸合或吸合不緊。不吸合時，開關上只能聽到電機轉動的聲音；吸合不緊時，明顯能夠聽到電磁離合器“呼嚕?！钡哪Σ谅?。

處理方法：檢查開關控制系統在開關轉動的情況下，電磁離合器的供電是否達到+24V。如果不是，想辦法使電磁離合器的供電達到+24V。

預防方法：盡量避免電磁離合器欠壓工作，適當調高開關柜端的供電電壓，以彌補由于線損導致的電磁離合器動態供電不足。

3.1.2 電控故障

常見的電控故障有：高頻干擾故障和電磁離合器供電故障。

（1）故障1：高頻干擾故障

故障表現：在沒有對開關進行操作的情況下，開關在控制柜端顯示不到位或位置顯示跳變，這時候，現場一定有正在工作的發射機。

故障原因：由于控制系統受到高頻干擾，采樣回來的信號失去了參考高頻地，導致控制器采樣信號錯誤，工況圖與實際情況不符。

處理方法：把控制系統的地與發射機的地分開，對控制系統進行單獨接地處理。

預防方法：系統設計和施工時就應該避免大信號地和小信號地分開處理。

（2）故障2：電磁離合器供電故障

故障表現：電機轉動，開關不動。

故障原因：電磁離合器供電不到位，可能是電磁離合器供電電源損壞、供電線路損壞、線路的線損過大或電磁離合器接線松動導致電磁離合器的工作電壓達不到工作要求。

處理方法：檢查接線、電源、機械機構等。

預防方法：每年對相關供電位置進行動態檢測，緊固接頭，緊固螺絲。

3.1.3 高頻通路故障

常見的高頻通路故障有高頻打火。

故障表現：觸點或者刀體打火燒壞。

故障原因：一般是由于觸點與刀體壓接不緊或其他地方阻抗不匹配，導致故障點的駐波變大而打火，或者是由于長時間的塵土積累，大大降低了絕緣器件的絕緣度，導致絕緣器件打火燒壞。

處理方法：對于燒壞的器件，按照相關的操作要求進行更換。

預防方法：根據發射機端的駐波大小，對高頻傳輸通道進行調整，降低高頻傳輸通道的反射功率。

3.2 偏向開關維護

偏向開關各個部分的材料、結構、功能都不同，需要維護的方法和維護的周期也各不相同，下面按照功能分別進行說明。

開關的框架和開關的主軸是不便于維護或維護起來成本較高的部分，這部分如果損壞了，只有更換整臺開關，整臺開關的維護應與設備供應商聯系。其他項是需要維護的。

3.2.1 高頻傳輸部分

高頻傳輸部分包括：刀體、刀體的瓷棒和開關的觸點及支撐開關觸點。開關觸點的壓片和彈片是使用鈹青銅制作的，它有導電能力強、彈性好的特點，觸點彈片的接觸點由黃銅制成，刀體切入和切出時會磨損接觸點，導致觸點與刀體的接觸緊密度降低。由于東北地區一年四季溫差較大，正負溫差±50°，在高壓、高頻下工作時，觸點的溫度會比室溫升高5℃～10℃，長時間的低溫烘烤會使壓片和彈片慢慢變形，彈性壓力也會減小，接觸變松，容易發生打火事故。另外，一般的觸點壽命不超過三年1000 次，因為觸點使用3 年后其彈性會降低30%，表面涂復層也會被氧化50%以上，觸點使用次數達到1000 次后觸點彈片的接觸點磨損嚴重，上下彈片的接觸點縫隙變大，觸點與刀體接觸的緊密度降低，觸點的安全性降低。開關的刀體和瓷棒相對固定，偏向開關倒換的頻率高，刀體的刀頭處可能會出現打火。

3.2.2 觸點的相關維護

觸點的維護包括觸點彈片和觸點壓片的維護。

維護時，手動操作開關，把開關的刀體切出觸點，查看彈片與刀體接觸的觸點頭是否有打火痕跡，如果有就立即換掉。其次，運行維護中觀察觸點上下彈片到觸點頭之間的縫隙，刀體切出觸點后，觸點上下彈片到觸點頭之間的縫隙一般不大于2mm。如果縫隙大于2mm，可以用手把下面的彈片和壓片向上推，把上面的彈片和壓片向下推，直到觸點縫隙小于2mm。同時，要保證刀體切回觸點時刀口從觸點頭之間的縫隙中切進觸點。如果開關刀體的刀頭不是從觸點的正中間切入觸點，上下觸點與刀頭的壓力會不均勻，壓力小的一邊會因接觸不牢固而打火。

3.2.3 刀體的維護

開關刀體是焊接的一個整體，任何一部分出現問題都需要對整個刀體進行更換，刀體的故障點在刀頭和刀體的輸入部分。維護時要手動操作開關，把開關的刀體切出觸點，查看刀體與觸點彈片的接觸部分有沒有打火的痕跡，如果有應立即換掉刀體。

3.2.4 開關瓷棒的維護

開關瓷棒是開關高頻傳輸通道的支撐部件，也是最容易被高頻擊穿的部分。開關里有支撐刀體和支撐觸點的瓷棒。維護開關時，打開開關的側板后，應觀察瓷棒有沒有變黑的地方，然后看瓷棒兩端有沒有裂紋，如果出現以上任意一種情況，應更換瓷棒。

3.2.5 機械傳動部分

機械傳動部分包括變速箱、電機、剎車和撥輪槽輪。變速箱是一個全封閉的減速裝置，屬于免維護部件；剎車組件一般不需要維護，損壞后更換掉就可以；撥輪槽輪是比較精密的部件，它對開關的定位影響大，除了潤滑維護外不建議其他維護。

變速箱上使用的電機輸出功率、輸出扭力和轉速都是經過計算的，電機軸的長度也是定制的，所以不要更換其他型號的電機，以免電機安裝不上或由于電機與開關的動力需要不匹配，導致開關損壞。一旦電機損壞，應立即更換新電機。

3.2.6 電控部分

電控部分包括開關的調速器、限位開關和電磁離合器，電磁離合器內置在開關的變速箱里，因為構造問題很不方便更換，電磁離合器損壞就要更換變速箱。

3.2.7 調速器的更換

（1）用十字改錐打開偏向開關控制箱的底板。（2）按照偏向開關使用說明書上的接線表標記好調速器上所有的接線，并用十字改錐和鐘表改錐摘開調速器上的接線。（3）用十字改錐從控制箱上取下損壞的調速器，把新調速器按原樣固定好。（4）按照開關使用說明書上的接線表接好調速器上的接線，并仔細檢查。（5）對開關進行電控實驗，分別完成直通操作和轉向操作。（6）用十字改錐安裝好開關的側板和底板，調速器更換完畢。

3.2.8 限位開關的更換

（1）用內六角扳手和十字改錐摘開偏向開關的底板和側板。（2）標記好限位開關上所有的接線，用十字改錐摘下損壞的限位開關，并摘下限位開關上的接線。（3）把摘下來的控制線連接到新的限位開關上，用十字改錐安裝好新的限位開關。（4）手動操作切換開關，使開關定位輪的凹槽對準更換限位開關的滑輪。（5）松開剛才安裝的新限位開關，把限位開關向定位輪推動，聽到“咔嗒”聲響后，再把限位開關向前推動2mm 左右，然后固定好限位開關。（6）用內六角扳手和十字改錐安裝好開關的側板和底板，限位開關更換完畢。

3.2.9 開關側板的維護

開關的側板有三種，開關的側板起絕緣和防塵的作用，不影響開關的特性阻抗。

4 更換元件方法

4.1 偏向開關觸點的更換（輸入觸點和輸出觸點的更換方法相同）

開關觸點的更換，包含觸點整體更換與觸點彈片和觸點壓片的更換，通常在庫房里存放幾套組裝好的觸點半成品，即在觸點連接板上安裝好觸點彈片和觸點壓片。

4.1.1 觸點整體更換

（1）用一字改錐摘開相應的偏向環和S 彎，用十字改錐摘下輸出觸點上的聚四氟套圈。（2）用十字改錐摘開相應的開關側板，以便更換觸點。

4.1.2 觸點的摘除

（1）用手動搖柄把開關的刀體從待更換的觸點上切開。（2）用6mm 的內六角扳手把固定觸點的瓷棒摘開。（3）用3mm 的內六角扳手把觸點從瓷棒上摘下，把準備好的觸點穿到瓷棒上。

4.1.3 觸點的安裝

（1）用6mm 的內六角扳手把瓷棒固定到開關上。（2）用手動搖柄把開關的刀體切換到剛更換的觸點處，同時把新換上的觸點卡到刀頭上，用3mm 的內六角扳手把觸點固定到瓷棒上，緊固頂絲時，注意調整觸點上下和左右的位置，使觸點正好處在刀頭的中間，刀頭也正好夾在觸點上下彈片的中間。（3）用十字改錐安裝好相應的開關側板。（4）用一字改錐安裝好相應的聚四氟套圈、S 彎和偏向環。

4.1.4 觸點彈片和壓片的更換

（1）偏向環、S 彎和聚四氟套圈摘下的步驟同“開關觸點的更換”中的相關步驟。（2）用十字改錐把損壞的觸點彈片和壓片從觸點連接板上摘下來。（3）用十字改錐把觸點彈片和壓片安裝到觸點連接板上，安裝時注意觸點壓片的方向，因為觸點壓片兩面可以互換，而它本身會有微小的形變，讓壓片的彎曲向著刀體，這樣可以增加觸點與刀體接觸的壓力，反之，減小了觸點與刀體接觸的壓力，可能會導致由于接觸不實而燒壞觸點。（4）用一字改錐安裝好相應的聚四氟套圈、S 彎和偏向環。

4.2 偏向開關刀體的更換

取下刀體和安裝刀體時，需要注意保護中間的主軸，一般應采用三人配合的方式。

4.2.1 前期準備工作

（1）摘下與開關連接的所有偏向環、S 彎和聚四氟套圈，摘下步驟同“開關觸點的更換”中的相關步驟。（2）用十字改錐摘開所有的開關側板。（3）用6mm 的內六角扳手把所有的瓷棒上下兩端松開。（4）把開關的頂板和上骨架一起摘下來。摘下時，一人用手扶住主軸，避免頂板和骨架一起摘下來時，主軸倒下來，損傷器件。

4.2.2 更換刀體

（1）用6mm 的內六角扳手把刀體固定塊上的螺絲松開、摘下，從主軸上面取下刀體。（2）把新刀體從上面安裝到主軸上，所有的固定螺絲不要緊死。（3）把開關的頂板和上骨架一起安裝好。（4）用手動搖柄把開關切換到最左邊或最右邊。（5）把刀體用手轉到開關相應的觸點上，調整好刀體的位置，使該處的觸點處在刀體的中間，固定好刀體。

4.2.3 開關恢復

（1）用十字改錐安裝好相應的開關側板。（2）用一字改錐安裝好相應的聚四氟套圈、S 彎和偏向環。

4.3 偏向開關瓷棒的更換

開關上有八根瓷棒，一根瓷棒是固定輸入觸點，其他七根是固定輸出觸點，所有瓷棒的更換方法是一樣的。

4.3.1 前期準備工作

（1）用一字改錐和十字改錐摘下相應的偏向環、S彎和聚四氟套圈。（2）用十字改錐摘下相應的側板。

4.3.2 更換瓷棒

（1）用6mm 的內六角扳手松開所有的瓷棒上下兩端，把瓷棒上的觸點連同瓷棒一起摘下。（2）用3mm 的內六角扳手松開觸點固定頂絲，從瓷棒上摘下觸點，把摘下來的觸點安裝到新瓷棒上，不要緊死。（3）把新的瓷棒安裝到開關上，調整好觸點的位置（參照“觸點整體更換”中觸點的調整方法），固定好觸點。（4）用一字改錐安裝好相應的聚四氟套圈、S 彎和偏向環。

4.4 電機的更換

開關的電機屬于定制電機，當電機需要進行更換時，請與開關供貨方聯系。

4.4.1 前期準備工作

（1）斷開開關的供電，確保在安全的狀態下對開關進行操作。（2）用十字改錐打開控制箱的底蓋，摘開電機與調速器之間的連線，并記下電機三根不同顏色的線各連接到什么位置。

4.4.2 更換電機

（1）用3mm 的內六角套筒扳手松開電機與電機支座之間的固定螺絲，從電機支座上取下電機。（2）從摘下的電機軸上取下靠背輪，并把取下的靠背輪安裝到新電機軸上。（3）把新電機安裝到電機支座上。（4）按照1、2步中記下的電機接線位置，接好電機的連線。（5）對開關供電，并進行控制，檢測電機的接線是否反相，如果反相，把電機的兩根線對調連接就可。（6）安裝好開關控制箱的底蓋。

4.5 偏向開關觸點的潤滑

開關觸點的潤滑極其重要，因為開關刀體在觸點處的摩擦力產生的力矩相當大，刀體潤滑不好有可能導致開關轉動失靈，如果開關的潤滑材料使用不當，可能提高開關觸點處的絕緣程度，使開關觸點在工作時發熱，影響傳輸效率。

表3 調速器端子接線表

4.5.1 前期準備工作

（1）用一字改錐摘開相應的偏向環和S 彎，用十字改錐摘下輸出觸點上的聚四氟套圈。（2）用十字改錐摘開相應的開關側板。

4.5.2 觸點的潤滑

（1）用手動搖柄把開關的刀體從待潤滑的觸點上切開。（2）用干凈的抹布把刀體的刀頭上下兩個面擦干凈，同時把觸點上與刀頭接觸的觸點彈片上的污漬擦拭干凈。（3）用軟毛刷沾取少量的分子導電素，輕輕地刷到刀頭的上下兩個面上，不要刷得太多，以眼睛可以看出來為準，過多的話，開關轉動時，刀頭上多余的分子導電素容易從刀頭上甩到瓷片上，導致瓷片絕緣程度降低，出現打火的危險，刀頭切入觸點時，分子導電素也容易濺到瓷片上。

4.5.3 開關恢復