大功率短波天线偏向开关维护探论

2021-11-08方乐

科技创新与应用 2021年30期

方乐

（国家广播电视总局二〇二四台，黑龙江佳木斯 154000）

在大功率短波传输馈线和发射天线系统之间安装大功率短波天线偏向开关，大功率短波天线偏向开关通过馈电路由的长短使馈电先后到达左右两侧的发射幕，起到改变电磁波主瓣方位角的作用，同时使大功率短波发射天线系统达到覆盖更广的范围，具有方向性更强、灵活性更高的效果。偏向开关如图1 所示。

图1 偏向开关

1 偏向开关的结构及功能

首先介绍偏向开关的结构组成。偏向开关由框架、高频传输通道及输入输出接口、传动系统、控制系统、密封系统五部分组成，采用一进二出的结构，有3 位或5 位两种开关。采用PLC 控制传动结构，使拨轮槽轮带动主轴开关，进行位移结合限位反馈，达到定位准确的优点如图2 所示。

图2 偏向开关的结构组成

1.1 框架

框架是开关的支撑结构，是开关高频传输通道的支撑结构和开关传动部分的固定结构，这部分结构尺寸的精度决定着开关高频通道建立的可靠性，这部分一旦变形，开关的传动效率和定位偏差将变差，甚至损坏。

偏向开关的框架由八根竖直的Φ35 瓷棒、上支架、下支架和下框架组成。

1.1.1 传动系统

传动系统是开关最重要的组成部分，传动系统是保证开关的动力，它的精准度直接决定了开关性能的优劣，一般开关的定位精度在0.5mm 以内。紧急情况下可以通过手动拨动拨轮槽轮结构使开关移动定位。传动系统由线缆、控制器、伺服电机、主轴机构等构成。开关单程全程切换时间：13s; 电动机工作电压：AC380V，电机功率：60W；开关控制电压：DC24V/AC220V；调速器最大工作电流：384mA，调速器输入端电压：DC24V；传输功率：≤500kW，调速器输入端电流：＜8mA。

1.1.2 高频传输通道及输入输出接口

高频传输通道是开关的关键部分，简称馈电路由。它决定着开关高频信号的传输指标，开关高频信号的传输指标好，就能够提高整个馈线系统的传输效率，反之馈线系统的传输效率降低；触点采用双层金属片结构，可保证切换时系统的阻力最小，接触可靠，触点电流密度小。偏向开关的高频传输通道由输入接口、偏向环、输出接口等构成，如图2 所示。

偏向环、输入输出接口以及触点采用铜管制成，插接接口采用铜焊焊接而成。高频传输通道设计可承受的最大有效功率为550kW，其他参数如表1 所示。

表1 偏向开关的各项参数

1.2 偏向开关主要部件的组成以及作用和设计要求

1.2.1 主要部件由控制电缆、电动机、变速箱、瓷棒、主轴、触点弹片、馈电路由组成

（1）控制电缆具有电动机供电、控制、指令反馈等作用。（2）电动机是开关动力来源。（3）变速箱是开关减速传动装置和手动操作、电动操作切换装置。（4）支撑瓷棒是开关框架的支撑，固定开关的触点、上支架和主轴。（5）主轴是开关切换的核心部分，带动开关刀体转动，选择开关的工作位置。（6）触点弹片是开关触点的活动连接，保证开关刀体能够顺利切入和离开，切入后与刀体保持良好的电接触。

1.2.2 偏向开关的设计要求

（1）开关工作的温度范围：-25°C～80°C。（2）调速器供电电压范围：185V～265VAC。（3）电磁离合器的动态供电电压范围：20V～27VDC。（4）限位开关供电电压：不大于265V。

1.3 偏向开关的功能以及原理

偏向开关是改变短波广播发射天线主瓣方位角的开关，它通过改变短波发射天线左右发射幕的馈电路由的长短，来改变短波发射天线左右发射幕的馈电先后，从而改变短波发射天线主瓣的方位角。

输入输出接口是开关与外部馈线的连接，输入接口的特性阻抗是150Ω，输入输出接口的特性阻抗是300Ω，它的输入输出特性阻抗可参考并联电阻计算理论设计。

2 日常维护

2.1 偏向开关高频传输通道的调整、检查

高频传输通道包括开关的输入输出接口、触点和刀体及这些部件的支撑件。日常维护，一般每月进行一次，特殊天气可适当增加日常维护的次数。

日常维护一般要完成以下几项检查：（1）观察输入输出接口，看有没有打火的痕迹。（2）观察触点的上面和下面，看有没有打火的痕迹。（3）观察开关刀体和刀头上有没有打火的痕迹。（4）查看这些部件的支撑瓷棒上有无裂痕和打火痕迹。（5）触点与刀头之间有润滑用的分子导电素，如果触点上的分子导电素与灰尘一起变成干泥的话，应把触点和刀头上的干泥擦净，然后再涂抹上一层薄薄的分子导电素。

2.2 偏向开关传动系统的检查

传动系统包括电机、变速箱和拨轮槽轮结构。日常维护时，一般每月进行一次，通常要进行以下几项检查：（1）用电动方式往复切换开关，每一个位置都要经历，每一次都到位准确。（2）用手动的方式重复上面的动作，每一次都到位准确。（3）打开开关底扳，确认拨轮槽轮结构和刹车装置无锈蚀，并查看刹车片和拨轮之间的接触面有无油脂，如有，应及时擦干净。

2.3 偏向开关控制系统的检查

控制系统包括调速器、限位开关和接线排。日常维护时一般每月进行一次，通常要进行以下几项检查：（1）查看控制系统调速器、限位有无进水。（2）查看控制系统有无接线松动。（3）查看控制系统有无烧坏的痕迹。

3 常见问题及解决办法

3.1 偏向开关故障判断

开关的故障一般出现在传动、电控和高频通路上。

3.1.1 传动故障

传动故障又分为开关切换不到位、开关切换跑位和电磁离合器供电不足等，下面分别就频繁发生的故障情况的表现、原因、处理方法及预防方法进行说明。

（1）故障1：开关切换不到位

故障表现：这种故障的表现就是开关电控切换不到位，每次停的位置不一样，手动操作费力，但能够操作成功。

故障原因1：主轴与刀体固定螺丝松动。

处理方法：对应的天线天控柜挂牌，切断控制电源，打开侧板，对主轴与刀体开关间的固定螺丝进行紧固；加电测试、检查主轴刀体开关与触点弹片位置是否对应，接触是否良好。

预防方法：定期紧固主轴与刀体开关间的固定螺丝、检查主轴刀体开关与触点弹片。

故障原因2：开关的控制受到干扰，这种干扰一般由于接地不好或是来自控制电缆。

处理方法：对偏转开关的高频重新接地，检测控制电缆的控制信号和限位开关。

预防方法：经常检查开关的高频接地线。

（2）故障2：开关切换经常跑位

故障表现：开关常常会跑过切换的目标位，这种跑位基本是每次都跑过。

故障原因：开关的刹车力道不够。

处理方法：把刹车装置的顶丝向前拧紧，直到每次与开关刹车装置并排的限位开关入槽1/3 以下就能停住，如果听到电机转动发出沉闷的声音，说明顶丝的力道偏大，应该把顶丝松一点。

预防方法：定期检查与开关刹车装置并排的限位开关入槽停下的位置在不在1/3 以下。

（3）故障3：电磁离合器供电不足

故障表现：开关的电机转动正常，但是开关的刀体不动。

故障原因：可能是电磁离合器的+24V 供电没有或不够导致电磁离合器不吸合或吸合不紧。不吸合时，开关上只能听到电机转动的声音；吸合不紧时，明显能够听到电磁离合器“呼噜噜”的摩擦声。

处理方法：检查开关控制系统在开关转动的情况下，电磁离合器的供电是否达到+24V。如果不是，想办法使电磁离合器的供电达到+24V。

预防方法：尽量避免电磁离合器欠压工作，适当调高开关柜端的供电电压，以弥补由于线损导致的电磁离合器动态供电不足。

3.1.2 电控故障

常见的电控故障有：高频干扰故障和电磁离合器供电故障。

（1）故障1：高频干扰故障

故障表现：在没有对开关进行操作的情况下，开关在控制柜端显示不到位或位置显示跳变，这时候，现场一定有正在工作的发射机。

故障原因：由于控制系统受到高频干扰，采样回来的信号失去了参考高频地，导致控制器采样信号错误，工况图与实际情况不符。

处理方法：把控制系统的地与发射机的地分开，对控制系统进行单独接地处理。

预防方法：系统设计和施工时就应该避免大信号地和小信号地分开处理。

（2）故障2：电磁离合器供电故障

故障表现：电机转动，开关不动。

故障原因：电磁离合器供电不到位，可能是电磁离合器供电电源损坏、供电线路损坏、线路的线损过大或电磁离合器接线松动导致电磁离合器的工作电压达不到工作要求。

处理方法：检查接线、电源、机械机构等。

预防方法：每年对相关供电位置进行动态检测，紧固接头，紧固螺丝。

3.1.3 高频通路故障

常见的高频通路故障有高频打火。

故障表现：触点或者刀体打火烧坏。

故障原因：一般是由于触点与刀体压接不紧或其他地方阻抗不匹配，导致故障点的驻波变大而打火，或者是由于长时间的尘土积累，大大降低了绝缘器件的绝缘度，导致绝缘器件打火烧坏。

处理方法：对于烧坏的器件，按照相关的操作要求进行更换。

预防方法：根据发射机端的驻波大小，对高频传输通道进行调整，降低高频传输通道的反射功率。

3.2 偏向开关维护

偏向开关各个部分的材料、结构、功能都不同，需要维护的方法和维护的周期也各不相同，下面按照功能分别进行说明。

开关的框架和开关的主轴是不便于维护或维护起来成本较高的部分，这部分如果损坏了，只有更换整台开关，整台开关的维护应与设备供应商联系。其他项是需要维护的。

3.2.1 高频传输部分

高频传输部分包括：刀体、刀体的瓷棒和开关的触点及支撑开关触点。开关触点的压片和弹片是使用铍青铜制作的，它有导电能力强、弹性好的特点，触点弹片的接触点由黄铜制成，刀体切入和切出时会磨损接触点，导致触点与刀体的接触紧密度降低。由于东北地区一年四季温差较大，正负温差±50°，在高压、高频下工作时，触点的温度会比室温升高5℃～10℃，长时间的低温烘烤会使压片和弹片慢慢变形，弹性压力也会减小，接触变松，容易发生打火事故。另外，一般的触点寿命不超过三年1000 次，因为触点使用3 年后其弹性会降低30%，表面涂复层也会被氧化50%以上，触点使用次数达到1000 次后触点弹片的接触点磨损严重，上下弹片的接触点缝隙变大，触点与刀体接触的紧密度降低，触点的安全性降低。开关的刀体和瓷棒相对固定，偏向开关倒换的频率高，刀体的刀头处可能会出现打火。

3.2.2 触点的相关维护

触点的维护包括触点弹片和触点压片的维护。

维护时，手动操作开关，把开关的刀体切出触点，查看弹片与刀体接触的触点头是否有打火痕迹，如果有就立即换掉。其次，运行维护中观察触点上下弹片到触点头之间的缝隙，刀体切出触点后，触点上下弹片到触点头之间的缝隙一般不大于2mm。如果缝隙大于2mm，可以用手把下面的弹片和压片向上推，把上面的弹片和压片向下推，直到触点缝隙小于2mm。同时，要保证刀体切回触点时刀口从触点头之间的缝隙中切进触点。如果开关刀体的刀头不是从触点的正中间切入触点，上下触点与刀头的压力会不均匀，压力小的一边会因接触不牢固而打火。

3.2.3 刀体的维护

开关刀体是焊接的一个整体，任何一部分出现问题都需要对整个刀体进行更换，刀体的故障点在刀头和刀体的输入部分。维护时要手动操作开关，把开关的刀体切出触点，查看刀体与触点弹片的接触部分有没有打火的痕迹，如果有应立即换掉刀体。

3.2.4 开关瓷棒的维护

开关瓷棒是开关高频传输通道的支撑部件，也是最容易被高频击穿的部分。开关里有支撑刀体和支撑触点的瓷棒。维护开关时，打开开关的侧板后，应观察瓷棒有没有变黑的地方，然后看瓷棒两端有没有裂纹，如果出现以上任意一种情况，应更换瓷棒。

3.2.5 机械传动部分

机械传动部分包括变速箱、电机、刹车和拨轮槽轮。变速箱是一个全封闭的减速装置，属于免维护部件；刹车组件一般不需要维护，损坏后更换掉就可以；拨轮槽轮是比较精密的部件，它对开关的定位影响大，除了润滑维护外不建议其他维护。

变速箱上使用的电机输出功率、输出扭力和转速都是经过计算的，电机轴的长度也是定制的，所以不要更换其他型号的电机，以免电机安装不上或由于电机与开关的动力需要不匹配，导致开关损坏。一旦电机损坏，应立即更换新电机。

3.2.6 电控部分

电控部分包括开关的调速器、限位开关和电磁离合器，电磁离合器内置在开关的变速箱里，因为构造问题很不方便更换，电磁离合器损坏就要更换变速箱。

3.2.7 调速器的更换

（1）用十字改锥打开偏向开关控制箱的底板。（2）按照偏向开关使用说明书上的接线表标记好调速器上所有的接线，并用十字改锥和钟表改锥摘开调速器上的接线。（3）用十字改锥从控制箱上取下损坏的调速器，把新调速器按原样固定好。（4）按照开关使用说明书上的接线表接好调速器上的接线，并仔细检查。（5）对开关进行电控实验，分别完成直通操作和转向操作。（6）用十字改锥安装好开关的侧板和底板，调速器更换完毕。

3.2.8 限位开关的更换

（1）用内六角扳手和十字改锥摘开偏向开关的底板和侧板。（2）标记好限位开关上所有的接线，用十字改锥摘下损坏的限位开关，并摘下限位开关上的接线。（3）把摘下来的控制线连接到新的限位开关上，用十字改锥安装好新的限位开关。（4）手动操作切换开关，使开关定位轮的凹槽对准更换限位开关的滑轮。（5）松开刚才安装的新限位开关，把限位开关向定位轮推动，听到“咔嗒”声响后，再把限位开关向前推动2mm 左右，然后固定好限位开关。（6）用内六角扳手和十字改锥安装好开关的侧板和底板，限位开关更换完毕。

3.2.9 开关侧板的维护

开关的侧板有三种，开关的侧板起绝缘和防尘的作用，不影响开关的特性阻抗。

4 更换元件方法

4.1 偏向开关触点的更换（输入触点和输出触点的更换方法相同）

开关触点的更换，包含触点整体更换与触点弹片和触点压片的更换，通常在库房里存放几套组装好的触点半成品，即在触点连接板上安装好触点弹片和触点压片。

4.1.1 触点整体更换

（1）用一字改锥摘开相应的偏向环和S 弯，用十字改锥摘下输出触点上的聚四氟套圈。（2）用十字改锥摘开相应的开关侧板，以便更换触点。

4.1.2 触点的摘除

（1）用手动摇柄把开关的刀体从待更换的触点上切开。（2）用6mm 的内六角扳手把固定触点的瓷棒摘开。（3）用3mm 的内六角扳手把触点从瓷棒上摘下，把准备好的触点穿到瓷棒上。

4.1.3 触点的安装

（1）用6mm 的内六角扳手把瓷棒固定到开关上。（2）用手动摇柄把开关的刀体切换到刚更换的触点处，同时把新换上的触点卡到刀头上，用3mm 的内六角扳手把触点固定到瓷棒上，紧固顶丝时，注意调整触点上下和左右的位置，使触点正好处在刀头的中间，刀头也正好夹在触点上下弹片的中间。（3）用十字改锥安装好相应的开关侧板。（4）用一字改锥安装好相应的聚四氟套圈、S 弯和偏向环。

4.1.4 触点弹片和压片的更换

（1）偏向环、S 弯和聚四氟套圈摘下的步骤同“开关触点的更换”中的相关步骤。（2）用十字改锥把损坏的触点弹片和压片从触点连接板上摘下来。（3）用十字改锥把触点弹片和压片安装到触点连接板上，安装时注意触点压片的方向，因为触点压片两面可以互换，而它本身会有微小的形变，让压片的弯曲向着刀体，这样可以增加触点与刀体接触的压力，反之，减小了触点与刀体接触的压力，可能会导致由于接触不实而烧坏触点。（4）用一字改锥安装好相应的聚四氟套圈、S 弯和偏向环。

4.2 偏向开关刀体的更换

取下刀体和安装刀体时，需要注意保护中间的主轴，一般应采用三人配合的方式。

4.2.1 前期准备工作

（1）摘下与开关连接的所有偏向环、S 弯和聚四氟套圈，摘下步骤同“开关触点的更换”中的相关步骤。（2）用十字改锥摘开所有的开关侧板。（3）用6mm 的内六角扳手把所有的瓷棒上下两端松开。（4）把开关的顶板和上骨架一起摘下来。摘下时，一人用手扶住主轴，避免顶板和骨架一起摘下来时，主轴倒下来，损伤器件。

4.2.2 更换刀体

（1）用6mm 的内六角扳手把刀体固定块上的螺丝松开、摘下，从主轴上面取下刀体。（2）把新刀体从上面安装到主轴上，所有的固定螺丝不要紧死。（3）把开关的顶板和上骨架一起安装好。（4）用手动摇柄把开关切换到最左边或最右边。（5）把刀体用手转到开关相应的触点上，调整好刀体的位置，使该处的触点处在刀体的中间，固定好刀体。

4.2.3 开关恢复

（1）用十字改锥安装好相应的开关侧板。（2）用一字改锥安装好相应的聚四氟套圈、S 弯和偏向环。

4.3 偏向开关瓷棒的更换

开关上有八根瓷棒，一根瓷棒是固定输入触点，其他七根是固定输出触点，所有瓷棒的更换方法是一样的。

4.3.1 前期准备工作

（1）用一字改锥和十字改锥摘下相应的偏向环、S弯和聚四氟套圈。（2）用十字改锥摘下相应的侧板。

4.3.2 更换瓷棒

（1）用6mm 的内六角扳手松开所有的瓷棒上下两端，把瓷棒上的触点连同瓷棒一起摘下。（2）用3mm 的内六角扳手松开触点固定顶丝，从瓷棒上摘下触点，把摘下来的触点安装到新瓷棒上，不要紧死。（3）把新的瓷棒安装到开关上，调整好触点的位置（参照“触点整体更换”中触点的调整方法），固定好触点。（4）用一字改锥安装好相应的聚四氟套圈、S 弯和偏向环。

4.4 电机的更换

开关的电机属于定制电机，当电机需要进行更换时，请与开关供货方联系。

4.4.1 前期准备工作

（1）断开开关的供电，确保在安全的状态下对开关进行操作。（2）用十字改锥打开控制箱的底盖，摘开电机与调速器之间的连线，并记下电机三根不同颜色的线各连接到什么位置。

4.4.2 更换电机

（1）用3mm 的内六角套筒扳手松开电机与电机支座之间的固定螺丝，从电机支座上取下电机。（2）从摘下的电机轴上取下靠背轮，并把取下的靠背轮安装到新电机轴上。（3）把新电机安装到电机支座上。（4）按照1、2步中记下的电机接线位置，接好电机的连线。（5）对开关供电，并进行控制，检测电机的接线是否反相，如果反相，把电机的两根线对调连接就可。（6）安装好开关控制箱的底盖。

4.5 偏向开关触点的润滑

开关触点的润滑极其重要，因为开关刀体在触点处的摩擦力产生的力矩相当大，刀体润滑不好有可能导致开关转动失灵，如果开关的润滑材料使用不当，可能提高开关触点处的绝缘程度，使开关触点在工作时发热，影响传输效率。

表3 调速器端子接线表

4.5.1 前期准备工作

（1）用一字改锥摘开相应的偏向环和S 弯，用十字改锥摘下输出触点上的聚四氟套圈。（2）用十字改锥摘开相应的开关侧板。

4.5.2 触点的润滑

（1）用手动摇柄把开关的刀体从待润滑的触点上切开。（2）用干净的抹布把刀体的刀头上下两个面擦干净，同时把触点上与刀头接触的触点弹片上的污渍擦拭干净。（3）用软毛刷沾取少量的分子导电素，轻轻地刷到刀头的上下两个面上，不要刷得太多，以眼睛可以看出来为准，过多的话，开关转动时，刀头上多余的分子导电素容易从刀头上甩到瓷片上，导致瓷片绝缘程度降低，出现打火的危险，刀头切入触点时，分子导电素也容易溅到瓷片上。

4.5.3 开关恢复

（1）用十字改锥安装好相应的开关侧板。（2）用一字改锥安装好相应的聚四氟套圈、S 弯和偏向环。