新一代天气雷达灯丝电源欠流故障分.doc

引言
      CINRAD/SC新一代天气雷达（下简称雷达），系“中国气象局全国新一代天气雷达系统网建设”的统一布点建设项目，该雷达系统为全国重要天气过程的监测和灾害天气的预警发挥了巨大的作用。由于该雷达工作环境长期处于高温和高功率工作状态，故障发生率较高。下面，就2011年2月16日，宜宾雷达站的灯丝电源欠流故障个例，作一详细分析，通过分析，了解灯丝电源分机的工作原理、电路构成，为雷达维修人员提供一些有益的参考。
正文

图1

一、灯丝欠流故障现象：
2011年2月16日，雷达终端控制面板上报灯丝欠流故障，导致高压无法开启，且故障复位无效。雷达站工作人员到达现场后，打开高频机柜 ，发现在低压开启状态下，灯丝电压仅为120V（正常为163V），灯丝电流为1A（正常为1.25A）。
二、灯丝电源分机工作原理：
电路流程如下（图3）：
延时5分钟
延时60秒
180V
120V
60V
延时继电器K4
延时继电器K2

变压器T1
220V电源送到

脉冲变压器（第5、6脚）
延时继电器K1
延时继电器K3
图3 灯丝电源分机信号流程图

电路图如下（图2）：

图2

灯丝电源分机由延时继电器K1、K2，转换继电器K3、K4，变压器T1和灯丝过欠流保护印制板组成。当220V电源送来时，变压器T1输出约60V的电压加到脉冲变压器的5、6脚。K1延时45秒至60秒动作，使K3接通，T1输出约120V的电压加到脉冲变压器的5、6脚，K2延时约5分钟后动作，送出状态信号给监控分机，此时监控分机送出220V电压加到K4线包，使K4动作，T1输出约180V的电压送到脉冲变压器的5、6脚。这种逐步叠加的电压经过脉冲变压器内部变换后，分档加给速调管灯丝，为灯丝预热。
三、故障排查过程：
根据以往维修经验，容易损坏的部件为继电器，且电压电流指标能很直观的显示在面板上，所以排查工作首先从继电器开始。因以下排查过程均要涉及220V交流电，所以需注意人生安全。
图4

第一．拔去延时继电器K1，开低压，面板上显示灯丝电压为70V，灯丝电流0.6A（图4）。由原理，220V电源送到，K1不动作前，变压器T1输出约60V电压，两者基本吻合，判断延时继电器K1没有损坏。同时K1动作，K3接通，T1输出120V电压，发生故障时面板也显示电压为120V，即说明转换继电器K3也没有损坏。
第二．拔去转换继电器K4，开低压，5分钟后，面板显示灯丝电压为30V，灯丝电流为0.05A（图5）。此时说明故障发生在后2级，K2、K4均有损坏的可能。姑且先认为K4损坏，更换新的转换继电器K4，开启低压，仍然报灯丝欠流故障，面板指示为电压120V，电流1A。那么似乎可以判断为延时继电器K2损坏，但是更换K2，加低压，故障现象依旧。
图6

图5

那是否新的延时继电器K2也是坏的呢，这里介绍一个判断延时继电器好坏的方法，因同样要用到220V电源，所以操作需极其谨慎。
图7

延时继电器正面（图6）为型号、延时时间标示、电压标示和旋钮，旋钮选择延时时间；其背面（图7）有8个脚，缺口顺时针为第1脚，220V电压加在第1脚和第8脚之间。首先将延时时间调小，再用导线直接将220V电压加到第1脚和第8脚上，观察在延时时间到之后，继电器是否动作，如果动作，则继电器没有损坏。
用上诉方法判断，在延时时间到后，K2动作，证明K2工作正常。
第三．4个继电器均完好，而发生故障时，灯丝电压指示为120V，由灯丝电源分机工作原理，K2将状态信号送给监控，监控送出220V电压给K4，使K4动作，输出180V电压。分析灯丝电源分机工作原理图，该220V电压加在K4的第2脚和第7脚之间，第2脚为火线，第7脚为零线。经过测量，2脚和7脚之间无电压，说明220V电压没有送到K4。由此，我们大胆推测灯丝电源分机没有故障，而是它的上一级——监控分机发生了故障。
第四．监控分机位于高频机柜的最上层，其核心部分为PLC模块（图8）。

其工作原理为：PLC收到低压通信号，首先控制发射机接通风冷电源，3秒后接通低压电源，向速调管灯丝供电（即接通K1、K3）。约5分钟左右，PLC接收到灯丝电源分机的预热信号（由K2发出），发出加全灯丝的指令（接通K4），使速调管灯丝工作在全灯丝电压状态。
在目前状态下，有两种可能：一是加全灯丝指令没有发出，二是指令发出而K4没有收到。因为PLC信号指令是以交流220V电压的形式发出的，检查PLC供电端——Y2和XS104插头座，低压开启时，XS104第4脚有220V电压，所以信号指令是发出了的。那判断为指令发出而K4没有收到，对照PLC电路图和灯丝电源分机电路图，我们发现PLC与K4之间实际存在一条通路。该通路由如下图：
PLC模块
Y2脚
图9
XS104
（第4脚）
XS201
(第10脚)
继电器K4
（第2、7脚）
调制机柜监控分机
高频机柜灯丝电源分机

图10

经测量，发现Y2到K4之间并没有断路，各插头座也经过细心检查，没有发现有脱焊虚焊的现象，但是一旦加上低压，则只有Y2脚能测量出220V电压。
只有输入没有输出，而输出端理论上来讲是一条通路，那是否是输出的末端出了问题呢？带着该疑问我们查看了调制机柜电路图，发现该通路最终通向高频机柜内的3XS011插头的第7脚（图10），测量K4到3XS011，不通，判断问题出在3XS011。经过检查，发现该航空插头内的第7脚脱焊。重新焊好该插头，开启低压5分钟后，灯丝电压恢复到163V，灯丝电流1.25A的正常值，故障得以排除。

故障总结：
通过本次灯丝电源欠流故障的排查维修，主要有以下几点体会：
1.灯丝电压是一个逐级提升的过程，分别由继电器K1、K2、K3和K4控制，在出现欠流故障的时候，首先应该检查4个继电器是否损坏，（工作顺序为：K1——K3——K2——K4）。
2.监控分机内的PLC模块是个很重要的检查工具。该模块不仅仅是显示故障的类型，很多高频控制信号都是由该模块发出，可以通过对该模块的分部断开检测，判断故障发生的前端还是后端。
3.本次故障最大的收获是查清了全灯丝控制电源的电路走势（图11），为以后发生类似故障时，进行快捷的检修提供了依据。
1分钟后接通K1、K3，约5分钟后接到K2预热信号，发出全灯丝指令，接通K4
220V
220V
220V
220V
PLC模块
（Y2脚）
XS104
（第4脚）
XS201
（第10脚）
继电器K4
（第2、7脚）
低压通信号
220V电压不够，送还PLC模块，报欠流故障
至速调管
图11

参考文献
[1]CINRAD/SC型天气雷达技术说明书 第一册
[2]CINRAD/SC型天气雷达电原理图册 下册