10kW液冷数/模同机电视发射机的维护

张洪冰

摘 要：新一代的液冷全固态数/模同机电视发射机设计紧凑，占用空间少，空气散热小，配置灵活，具有较高的效率，能充分满足当前地面电视无线数字化覆盖发展的需要。因此，有必要进行维护。基于此，本文首先对该设备进行介绍，然后阐述发射单元的工作原理，最后探讨液冷全固态电视发射机的维护。

关键词：液冷；数/模同机；水泵；故障检修

中图分类号：TN948.53；TN722.5 文献标识码：A 文章编号：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

河南省广播电视发射台乔迁至新址以后，新建机房所有发射设备均采用世界先进技术，其中2部电视发射机为进口10kW液冷全固态数/模同机发射机。

新一代的液冷全固态电视发射机设计紧凑，占用空间少，空氣散热小，配置灵活，具有较高的效率，充分满足了当前地面无线电视覆盖的要求，能有效减少运行和维护成本。该型号的发射机支持现有的全部模拟或数字电视标准，如DTMB、DVB-T、DVB-H、DVB-T2、ATSC、ATSC Mobile DTV、ISDB-T和ISDB-TB等，是高精度、高质量的无线通信设备，保证了电视节目的正常发射，能实现今后数字化电视整体转换的改造，具有较大的社会效益。

随着周边城区不断发展、不断扩建，整个电力供电系统加载趋于复杂化。虽然河南省广播电视发射台属于一级用电单位，采取双回路供电方式，但仍然造成多次断电、电压波动等意外发生。这些情况给发射设备带来的损伤在随后几年的运行中逐步显现，2套设备都先后多次出现故障。通过对系统原理、电路进行分析，充分利用现有条件，成功修复了这2部发射机的液冷循环泵和功放散热故障，节约了数万元维护资金。

接下来对设备检修和维护过程的相关过程进行分析。

1 设备简介

河南省广播电视发射台有2台电视发射机采用的是进口的10kW单通道液冷全固态数/模同机电视发射机。整机具有占地面积少、低能耗、噪音小、模块化设计且可以兼具数/模输入信号的特点，设备主要由激励器、控制单元、功率放大模块、液态循环冷却单元和供电系统等构成[1]。发射系统由光端机、网络适配器、多用途的数字主/备激励器、中央控制器功率放大模块、液态冷却循环系统、供配电单元、电源分控器、总电源控制器、功率合成器、带通滤波器以及定向耦合器、同轴开关和假负载等构成。液态循环冷却系统由主备自循环水泵、户外散热器、均压配置和电源控制器等构成。

2 发射单元的工作原理

发射单元的工作原理如图1所示。

视音频信号由自动切换单元分配至A/B激励器，经过激励器放大处理后输出小功率RF信号，由主用激励器输出的RF信号再经过自动切换单元送至分配器分成8路信号，由8个功放模块分别放大至1.3kW，再经合成器合成为10kW的大功率射频信号，经输出滤波器滤除带外杂波，经馈管上天线发射；定向耦合器负责采集输出功率和发射功率的数值并送入显示面板和中央控制单元使用；电源分配系统承担各个组成部分的供电。其中，主要单元的原理如下。

①中央控制器。其是整个发射机的核心控制部分，承担发射机的数据通讯，提供给发射机操作控制指令。在中央控制器内部设有发射机本地控制单元及发射机远程控制单元的网络服务器。发射机所有模块的工作状态都可以在控制单元的彩色显示屏上显示。发射机和功放模块的参数调整都可以在控制单元或通过远程系统网络来完成。

②数字激励器。与模拟激励器不同的是，数字激励器采用了数字直调技术，具有较高的整体集成度。无论模拟电视信号还是数字TS信号，都可以在调制器经过处理以后调制在射频载频点上，送到功率放大器进行放大输出[2]。

③功率放大模块。功率放大器使用的是大功率LDMOS功率放大管，具有较高的集成度；每个模块独立供电，电源模块已经内置于功率放大模块内部；发射机在工作过程中通过冷却液将电源及功放模块工作时所产生的热量带到外部散热器散发到设备外部；在每个功率放大模块内部都设计了可靠的自我检测电路，具有自我保护功能；通过CAN总线将功率放大模块的工作状态信息和故障告警信息送至发射机的中央控制器，通过显示单元显示；整个放大电路均采用全新的设计理念，功率的冗余度非常充分；在发射机满功率发射播出时，功放管能工作在较好的放大状态。

④液态冷却水循环系统。该系统由2台循环泵、2部外部散热器和8个功放模块的内置风扇组成，方框图如图2所示。该系统的主要作用是发射机在工作过程中，通过冷却液将电源及功放模块工作时所产生的热量带到外部散热器，从而散发到设备外部；确保发射机工作时的功率放大模块温度相对稳定。同时，采用压力均衡装置使每个模块间冷却液流量相同。

⑤UPS电源系统设计。UPS电源采用蓄电池静止型不间断供电装置，是一种高质量、高可靠性的独立电源，由整流器、逆变器、交流静态开关和蓄电池组等组成，当市电正常时，经整流器变为直流对蓄电池充电，同时经逆变器输出高质量的交流净化电源供重要负载，使其不受市电的电压、频率和谐波等的干扰。当市电因故障停电时，系统自动切换到蓄电池组，蓄电池放电，经逆变器对重要负荷供电。合理地配置UPS电源，能有效地改善发射机房的供电质量，消除市电断电停播事故隐患，提高广播电视信号传输的安全性、可靠性。

通过分析可知，发射单元柜的构成与普通全固态风冷发射机的区别在于，功放模块的冷却方式不是单一的强迫风冷方式，而是液冷和散热风扇相结合，很好地实现了功放模块内部高效稳定的液冷循环，满足了功放管的散热需求。这是一个技术含量非常高的设计工艺。

3 液冷全固态电视发射机的维护

从以上分析看出，2部发射机采用的是先进的液冷技术、工艺较好的进口设备。在安装调试过程中没有出现任何技术问题，顺利通过了联调测试，发射机的各项视频、音频、射频指标都符合国标甲级标准，满功率播出运行状态良好，各个功放模块的输入、输出、电压、电流和温度等参数都与出厂数据一致，输出合成匹配良好，液冷单元的水泵、散热器等组件工作状态稳定，管道连接完好。但是，自投入使用后，由于外电多次出现闪断或大幅波动等情况（已经通过加装UPS不间断电源解决了这一问题），不可避免地给发射机内部造成损伤，功率模块散热和液冷循环系统陆续出现了一些问题。由于整机设计的冗余量比较大，备份手段较多，才没有造成整机停播、节目中断等情况发生。但是，仍对安全播出工作构成了威胁。笔者对两例故障检修进行总结。

3.1 循环泵故障问题

电视智能播控系统检测告警提示其中一部电视发射机无视频输出，自动将主发射机倒换到备机。检查时发现正在工作中的发射机已经自动强迫关机，控制电路的空气开关也已经自动断开。

首先查看控制单元提示的故障信息，系统提示由于温度过高超过设备预警门限自动保护。通过现场检查分析：发射机的功率放大电路由8个功放模块组成，单一模块出现故障造成整机设备强迫关机断电的可能性不大，因此可以初步判断为冷却水循环系统出现故障。再进一步开展检查，通过进行短暂开机运行试验，1min之后观察8个功放模块上的“TEMPERA TURE FAIL”指示灯均显示长亮。发射机冷却水循环系统中循环泵1无工作指示灯显示，循环泵2指示灯显示正常，所有散热风扇显示正常。

故障原因分析：当系统检测到温度过高超过门限值，放大器保護电路将自动关闭输出。温度传感器是为前置放大器提供V_TEMP信号的。当温度过热时，就会产生TEMPERATURE FAIL故障信息。这一信息便通过功率放大器在前面板显示出来，同时关闭发射机的输出。发射机功率放大模块工作温度的门限值不得高于50℃。当冷却水循环系统发生故障以后，不能及时将功率放大模块产生的热量散出去，造成冷却液温度过高，自动保护系统启动迫使发射机保护性关机。

发射机是按标准配置的互为主/备的双循环水泵系统模式，根据故障现象分析和开机试验，可以基本判断出故障来自冷却循环系统的循环水泵1，如图3所示，可以按照图示人工手动操作改变节点的水流方向，即可将故障水泵1与水循环系统分离开来。

分离出故障水泵以后，重新启动发射机，此时发射机仅有单水泵工作，系统整体运行正常。 可以判断此次发射机自动关机断电的原因是水泵1出现故障造成的。

检修操作：检查循环水泵1。拔掉通信模块和泵的供电插头，用万用表测量供电电压，显示电压为正常的220V，因此可以确定是水泵本身出现了故障。在确认循环泵1已被分离出冷却循环系统之后，将水泵1下方红色阀门DV2打开，排干净水泵内残留的部分冷却液。取下水泵通信模块，然后取出水泵，通过铭牌可以知道此水泵是永磁同步直流电机，属于变频循环水泵，由变频电路和电机两部分组成。去掉电机的永磁转子，测量电机线圈绕组未发现异常。由此可以判断，故障点在变频电路部分。由于变频控制电路属于高度集成电路。联系了具有变频电机维护经验的公司配合检修，以较低的成本进行了修复。

3.2 功放模块故障检修

在发射机整机输出功率稳定的情况下，液态冷却水循环系统工作正常，发射机功放模块1前面板第8个指示灯告警，为散热风扇故障告警提示。

首先对故障进行分析，在功率放大器的电源模块内部为没有零线N的380V三相交流输入电压，32V直流电输出电压，有过流、过压、水温及相位故障的检测。当水流、水压、水温或相位其中一个发生故障时，功率放大器前面板上的 SUPPLY FAIL 指示灯点亮。由电源产生的热量大部分被循环冷却液循环带走，而射频单元或供电单元残余的热量是由内置风扇驱散走的。功率放大盘设计为可带电热插拔，放大盘的冷却液管道与整机总管道接口处带有自锁装置，一旦放大盘内部出现故障临时拔出，接口自动闭锁，冷却液不会漏出。冷却液通过专利设计的扰流热交换回路，在水泵的作用下进行循环，带走模块绝大部分热量，残余热量通过散热系统由排风扇将热量排出。如果散热风扇出现故障，会造成模块内残留温度聚集，当达到预定的温度门限后，预警系统报警。

检修处理过程中，先将放大盘断电，关闭模块后部液冷管道阀门，更换备用放大盘，恢复发射机正常运行。对问题模块进行检修，打开放大盘面板，可以清楚地看到置于模块前端的散热风扇。经查看发现，该风扇已经卡死，这是主要故障原因。因此，在更换散热风扇时，在断开风扇的2根连接线的焊接处之前，记录好极性，确保新风扇按照极性正确安装。更换新风扇以后，故障指示灯熄灭，设备恢复正常运行状态。

4 运行及应用情况

目前，2台发射机运行稳定，满功率播出覆盖效果良好，保证了2套电视节目的安全播出。在对进口液态冷却全固态发射机的故障检查和修复过程中，运用了理论分析的思维方式，加强设备安装、运行维护的操作规范，对熟悉和掌握液态冷却式发射机的故障判断及检修技巧都有很大的启发，得到了同行和专家的一致好评，具有良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]唐小初，蒲刚.数字电视发射机功放原理及检修实例[J].视听界（广播电视技术），2015（1）：86-90.

[2]王毅，卢伟权，吴海良.可进行数字/模拟调频信号放大的功放模块技术分析[J].科技传播，2014（23）：156-157.