中國氣象局援建蒙古國測風雷達典型故障案例分析

陳士英，呼 群，王慶有，王志偉，李林蔚，郭澤勇

(1.內蒙古自治區大氣探測技術保障中心，呼和浩特 010051；2.東勝區氣象局，鄂爾多斯 017000；3.廣東省陽江市氣象局，陽江 529500)

0 引言

蒙古國南戈壁省達蘭扎達嘎德高空氣象觀測站高空探測系統為中國氣象局國際援助項目，該站采用的雷達設備型號為南京大橋機器有限公司生產的GFE(L)1型二次測風雷達。2011-11-06，雷達設備安裝測試工作完成并通過驗收，雷達投入業務運行后，由內蒙古自治區氣象局負責后續技術保障工作。

2018-12-10T08：00，達蘭扎達嘎德高空氣象觀測站雷達出現疑難故障，蒙方技術人員采取了一些措施，但無法找到故障原因；后在中方技術保障人員的遠程指導下，及時排除故障，未影響正常的高空觀測業務，確保了中國上游地區高空觀測資料的完整性。文章將詳細介紹雷達故障的排除過程，以供業務人員參考和借鑒。

1 故障現象

雷達放球過程中，驅動分機的“E告警”紅燈亮，“E準備好”綠燈不亮，天線俯仰不動，切換到“手動”狀態，天線俯仰也無法升降。

2 故障分析

2.1 天控系統工作原理

天控系統的功能是根據和差環所獲取的角誤差信號或手動信號完成對天線的控制，以達到跟蹤探空儀的目的。在手動狀態時，終端分系統采樣到手控盒的手控電壓，將其轉換成代表速度的數字信號，通過串口傳給微處理器，再經D/A轉換變成相應的速度電平傳送至驅動器，驅動電機帶動天線轉動。自動工作狀態時，檢波電路將在800 kHz副載波上的角誤差信號調制解調，經放大后發送至A/D轉換器將其轉變成數字量，微處理器將該數字量濾波、平滑后，將其通過D/A轉換器轉換成代表角誤差大小、方向的速度電壓，再經直流放大器放大后發送至驅動器，驅動天線朝著減小誤差的方向轉動，從而實現自動跟蹤的功能[1]。

該系統中，帶動天線轉動的是交流電機，而與之配套的則是交流數字化驅動器。這種伺服系統的特點是：動態特性優良，體積小、耗電少、功能多、智能化程度高，有完善的故障檢測及報警功能，如過速和過力矩等報警提示。

2.2 原因分析

雷達出現“E告警”，表明雷達俯仰驅動系統有故障，應按照驅動信號流程逐級進行排查。首先，檢查天線控制單元(11-6板)是否正常，包括手/自動轉換控制信號、輸入的角誤差信號、輸出的仰角速度電平等；其次，檢查驅動系統是否正常，包括驅動分機、驅動電機、齒輪傳動系統及線路連接等。

3 故障排除

3.1 天線控制單元檢查

首先，中方技術人員遠程指導蒙方機務員測量MC/AC信號(位于11-6板6XP2第17腳)，該信號為計算機依次發送至終端單元(11-4板)和天線控制單元的控制信號，該控制信號在手動狀態時為低電平(0 V)，自動狀態時為高電平(+5 V)，說明手/自動轉換控制功能正常；其次，測量解調前的角跟蹤信號(位于11-6板6XP2第16腳)，幅度為-3～+3 V，周期為6 ms，信號正常；最后，在手/自動狀態時，分別測量仰角速度電平(位于11-6板6XP1第9腳)，電壓在0～10 V變化，該電平正常，說明故障不在天線控制單元。

3.2 驅動系統檢查

蒙方機務員將驅動器報警代碼圖片發送至中方技術人員，編號為“14”。中方技術人員進一步判斷驅動器產生該告警信息的原因可能為：1)驅動器工作失誤；2)電機接線(U、V和W)短路；3)電機接線(U、V和W)與地短接；4)電機燒壞；5)電機接線連接不良；6)由于頻繁的伺服開與關，動態制動器的繼電器觸點發生熔化和二次粘連[2-4]。

電機和驅動器之間通過兩根電纜線相連。其中1根電纜線傳輸三相驅動電壓U、V、W信號和地線，共4根線；另1根傳輸5 V編碼器電源、三相編碼器信號和串口信號，共11根線。

首先，逐項測量U、V、W兩兩之間的絕緣電阻，U、V、W各自與地線之間的絕緣電阻，U、V和W之間的電阻值是否平衡，U、V、W連接器的管腳是否用螺絲擰牢。經檢測，電機U、V和W之間的電阻值正常，連接器的管腳緊固，不存在短路現象。其次，斷開電機與彈片聯軸器，其在帶電狀態下不能轉動，判斷驅動器故障的可能性較大。于是拆下俯仰驅動器，打開驅動器外殼，發現動態制動器的繼電器觸點存在二次粘連現象，判斷可能為俯仰交流驅動器故障。

3.3 更換俯仰交流驅動器

更換為備份俯仰交流驅動器，并進行仰角限位功能和電機轉向設置，具體方法和步驟如下：

1)限位設置

接通驅動器電源，依次按下“SET”和“MODE”鍵，此時顯示屏顯示“PR-r00”。按左、上、下功能鍵，選擇“04”，按“SET”鍵，用上、下功能鍵將“1”改為“0”。按“SET”、“MODE”鍵，再按“SET”鍵，出現“EEP —”，按住向上鍵(約3 s)顯示屏上的短橫杠逐漸增加，開始寫入，瞬間會顯示“Start”，完成后顯示 “Finish”。關閉電源后再次打開電源，寫入內容生效。

2)轉向設置

接通驅動器電源，按“SET”和“MODE”鍵，此時顯示屏顯示 “PR-r00”。按左、上、下功能鍵，選“51”，按“SET”鍵，用上、下鍵改變數值，將“0”改為“1”。按“SET”、“MODE”鍵，再按“SET”鍵，出現“EEP —”，按住向上鍵(約 3 s)顯示屏上的短橫杠逐漸增加，開始寫入，瞬間會顯示“Start”，完成后顯示“Finish”。關掉電源后再接通電源，寫入內容生效。

完成驅動器設置后，關閉驅動器電源，重啟雷達，系統無報警且能夠正常操控，故障排除。

4 結束語

此次故障原因為雷達天控系統的伺服俯仰驅動器中動態制動器的繼電器觸點熔化后產生二次粘連，從而導致雷達故障。由于俯仰驅動器要產生雷達天線俯仰運動的驅動信號，當雷達天線抬升或下降過快時，轉矩指令的積分會超過規定的過載值，此時驅動器中流過的電流大于規定值，容易導致驅動器因過流而燒壞。因此臺站值班員在利用手控盒控制雷達轉動或升降過程中，切不可用力過猛，以避免燒壞驅動器、電機或砸壞天線。

交流伺服驅動器報警功能較強，當出現接線錯誤、電器或機械故障時，驅動器會報警，此時，驅動箱面板的報警指示燈亮。打開驅動箱的上蓋板，觀察驅動器面板的指示窗顯示的報警信號“Err ××”，可以幫助快速找出故障原因，從而有針對性地排除故障。