大功率广播发射机辅助故障判断系统的研究与开发

乌戈涞

内蒙古新闻出版广电局610台 内蒙古 呼和浩特市 010050

广播发射机的停播时间是按秒来计算的，衡量发射台全年播出任务的完成情况是用停播率来计算的，即：发射机总停播时间/发射机全年播音时间，每年总局下达全年的停播率任务指标是40秒/百小时。因此，提高广播发射机的自动化水平，缩短值班员查找发射机故障的时间，对广播发射台来讲具有非常重要的意义。

1 故障编码信号取样及实现

现在用监控系统加电控制流程图，来进一步对发射机监控系统的工作原理加以说明和理解。

从监控系统的加电控制流程图中可看出：发射机的指令运行、状态监测、故障报警，三者关系密切，相互依靠，相互配合，相互制约，是缺一不可的。这样，才使发射机按照加电控制程序正常操作运算，达到安全保护，工作稳定可靠的目标。如图1所示。

向发射机发出各种控制指令，在执行各种指令的过程中，执行每步加电过程控制都要有：对整个发射机的各相应监测点的工作状态进行实时监测采样、将整个发射机各监测采样点送来的监测信号进行综合变换运算，根据状态和时序参与加电过程控制。当发射机的各种指令在运行过程中遇到故障时，则发射机根据各工作进程阶段的工作状态，在发射机各相应监测点，实时准确地监测到各相应故障采样信号。根据这个故障采样信号，使运行过程中的指令中断执行，并以各相应故障号形式作出相应的报警显示。根据显示的故障号并借助故障判断程序，就能迅速准确地找出相应故障所在的相应位置。

图1 发射机加电控制流程图

2 辅助故障判断系统的实现

故障诊断技术是近40年发展起来的、以适应工程实际需要而形成的多学科交叉的一门综合学科。随着现代科学技术的发展，现代设备的结构越来越复杂，规模也越来越庞大，为了提高系统的安全性和可靠性，故障诊断技术就越来越受到人们的重视，成为各界研究的热点方向之一。

一般电子电路的故障诊断分为模拟电路故障诊断和数字电路故障诊断。数字技术的广泛应用和高速发展，使得数字电路的故障诊断研究取得了空前的发展。对于模拟电路，由于其元件具有容差、并存在非线性等原因，使得模拟电路的故障诊断较数字电路的故障诊断复杂得多，其发展比较缓慢，应用也不够广泛。但是，在一个完整的系统中，数字电路并不能完全取代模拟电路，所以对模拟电路故障诊断的研究已成为新的研究热点。

目前，模拟电路故障诊断存在的困难主要有以下几个方面，这也是发射机选取采样点时面临的难题。

模拟电路的输入激励与输出响应以及网络中各元件参数通常为连续量，所以模拟电路中的故障模型比较复杂，难以作为简单的量化。

模拟电路中元件参数具有容差，它引起电路工作特性的偏移，增加了故障诊断的难度。

在模拟电路中广泛存在着非线性问题，它既包括网络中因非线性元件引起的，也包括线性电路本身存在的诸多非线性问题，为故障的定位诊断增加了难度。

实际的模拟电路中可测电压的节点数非常有限，导致可用于作故障诊断的信息量不够充分，造成故障定位的不确定性和模糊性。

2.1 故障诊断的基本方法

对于模拟电路的故障诊断，比较简单、通用的方法是分类诊断法，其理论基础为模式识别中的统计方法和决策理论。

对于模拟电路，其诊断方法的分类一般依据电路仿真在实际测试之前或之后来划分。如果对电路的仿真是在现场测试之前实施，则称为测前模拟诊断；反之，则称为测后模拟诊断。测后模拟诊断的典型方法主要有故障参数识别法和故障验证法。

测前模拟诊断的典型方法是故障字典法（fault dictionary），它是目前模拟电路故障诊断中最具有实用价值的方法。根据激励源性质和所取特征量的差异而进行，字典法可分为直流故障字典法、交流故障字典法和时域故障字典法。直流故障字典法对于硬故障、单故障的诊断简单有效。在一般电路中，硬故障约占电路故障率的80%，其中50%-60%是R（电阻）开路、C（电容）短路和晶体管开路或短路[6]。故障字典法一般分两步进行，首先要为故障字典的建立进行测前分析，即通过对电路的正常状态和所有故障状态进行电路仿真，在施加适当的激励之后，获得所选定测试节点的电压，从而建立故障字典。然后对端口进行测试，将选定测试节点上测得的电压值与故障字典进行比较，并在隔离算法的基础上定位故障。其一般过程为：

2.1.1 测试节点的选取择

测试节点选取的一般原则是：

通过灵敏度分析选择那些对元件参数变化灵敏且最具代表性的测试节点。通常情况下，一个故障被认为可测，应满足如下条件：

式中，Vk （Fi）为故障Fi状态下测试节点k的电压值；Vk（Nom）为正常状态下测试节点k的电压值；n为测试节点数目；ΔV为一常数，其数值与电路性质有关，可根据计算或经验确定。例如对于包含晶体管的电路，一般取0.7。

选择可以诊断出多个故障并对故障检测隔离能力强的测试节点。

选择可及测试节点。

在满足故障隔离要求的前提下，尽可能减少测试节点数，以减轻数据采集系统的工作量。

测试节点的检测不应影响被诊断系统的正常工作和性能。

在缺乏经验的情况下，可先选择全部或大部分可及节点作为测试节点，在模拟所有故障之后，通过适当的隔离算法减少测试节点的数目。

2.1.2 故障集和激励信号的选择

选择故障集实际上就是确定可诊断的故障集合。通常根据维护经验和电路的实际情况，考虑电路中的元件硬故障发生情况，拟出合理的故障清单作为研究范围。一般选择与实际工作相似的输入信号作为激励信号。但为了充分隔离故障集中的所有故障，通常需要将多种信号的组合信号作为选定的激励信号。目前还没有对激励信号选择的通用算法，通常根据电路的特点及对电路的了解程度，逐步试探以选择能够隔离故障集中所有故障的激励信号。

2.1.3 测前分析

在确定测试节点、故障集和输入激励以后，可以通过现有的各种模拟电路直流分析程序仿真计算出电路在各故障状态下各测试节点的状态，作为建立故障字典的基础。

合作经济组织的产生和发展，是农民适应商品经济、市场经济的产物，其基础性因素是农民与其最基本的生产资料——土地联结紧密程度。本文按照农民与土地联结紧密程度以及相关法律法规出台的情况，把改革开放以来农民合作经济组织的发展分为三个阶段。

2.1.4 模糊集的分割和故障隔离

由于模拟电路中各元件存在容差，导致节点电压存在一定变化范围，而不是一个确定值。这时就需要引入模糊集的概念以实现故障隔离，即首先将每个测试节点的电压划分为若干个模糊集，每个模糊集有一定的电压范围，对应于电路某一种或几种状态，然后再利用模糊集的一些基本原则进行故障隔离。利用模糊集进行故障隔离的一般原则是：若只具有单一故障则可惟一确定该故障；若模糊集的交为单故障集则可惟一确定该故障；若模糊集之对称差为单故障集则可惟一确定该故障。

2.1.5 故障字典的建立

如果利用所选择的测试节点和激励信号所生成的模糊集足以隔离出所有故障，那么就可以利用现有信息建立故障字典。一般来说，某些故障集在隔离故障时是多余的，在建立故障字典之前需要将其删除，然后在优化后的测试节点的基础上建立电路的故障字典。

2.1.6 测试分析、故障定位

测后分析的过程也就是根据实测向量来诊断实际故障的过程。其基本思想如下：设n个测试点的测试数据组成的测试向量Vn∈Rn构成一个n维故障空间，而故障集中的k个故障是这n维空间的k个子空间，这些子空间的中心值就是各测试点的测试数据的模糊域中心值。给定的一组测量值Vn*可以用Rn中的一个实测点来表示。诊断电路现在所处的状态也就是判别该点Vn*落在哪一个空间中的问题。判别的依据可以根据该点Vn*到各子空间的中心点的距离来确定。为了计算方便，也可以用距离的平方来表示，即有：

式中，υi*为Vn**中在第i个测试点上的测量值；υi（Fj）为相对故障Fj在第i个测试点上的模糊域中心值。如果找到SSD（Fi）是这k个SSD（Fj）中最小的一个，则表明点Vn*落在子空间Fi内，也即认为电路发生了故障Fi。

探讨了基于传统的故障字典法和基于神经网络方法的模拟电路故障诊断技术，前者的优点是工程实践性强，但只对于简单电路单故障、硬故障的诊断较为快捷、有效。而随着电子技术和人工智能的发展，基于人工智能和诊断理论相结合的高性能综合智能故障诊断系统，对于实现复杂、大规模电路的故障诊断将提供更为有效、更具有实用价值的一种方法。对于模拟电路故障诊断在工程中的实践应用具有重要的实际意义。

在多年的维护发射机及了解发射机原理的基础上，对发射机常见故障、积累了一定的经验，根据目前故障诊断技术的理论，建立了发射机辅助故障判断系统。

2.2 常见故障原因及总结

50KW广播发射机各监测点的故障信号是按照十进的方式制编成故障号，再由数码显示器实现故障信号报警显示。根据多年的维护经验，现就不同故障号的意义及常见的故障原因进行总结、归纳如下：

频率溢出

由频综提供的发射机工作所需高频载波信号送到频率监控组合G1，当提供的频率超出了发射机工作频率范围（3.2～26.1KHz），发射机则显示01号故障。

工作状态封锁

当工作模式开关S301置于封锁工作模式位置时，按键S304、S305、S306、S309和S310操作功能失效，出现02故障。这个故障号的显示只表示工作模式开关处在封锁工作模式状态，不参与控制。

出水温度过高

当高末功放管V2输出水温度或推动极V1管风冷却温度超出一定值时，经水路上的监测点和对风温的监测，显示05号故障。对水温的监测由监测电桥R22～R27、V16、V17和热敏电阻R804完成。对风温的监测由R48～R53等元件组成的测量电桥完成，二者经比较器，最后以或的形式输出。工作环境温度太高；高末级未达到谐振，功率损耗太大；水质下降；热交换不充分均会出现05号故障。

水压异常

发射机水冷却系统中，从水路取样后送往水压表P1，它是监测水压的传感器，具有水压指针，上限和下限触点，水压指针输入接电源+24V，当水压过高或者过低时，指针触及上、下限点时，水压输出监测信号U0=H，显示06号故障。

水流量异常

水流量监测电路水路上对水流量进行监测，当水流量超出预置范围时，显示07号故障。一般可重新调整流量，使发射机恢复正常工作。

风压异常

当发射机风冷却系统中的压力太小，不足以打开风桶上的监测点开关时，检测电路显示08号故障。风机、检测开关损坏，或者风路漏风时，均会出现本故障。

灯丝电流过低

当V1、V2管太低时显示10号故障，如果灯丝电压正常，一般情况下是电子管灯丝损坏，或接触不良都会引起灯丝电流过低。

预热时间不足

当灯丝加电正常后，灯丝预热开始，预热指示灯H301亮同时显示12号故障，表示预热正在进行，约三分钟后（可调整），灯H301灭，12号故障消失。

宽放电源电压偏低

高频前置放大器（宽放）的供电电压为48伏直流电，当电压太小宽放无法正常工作时，显示14号故障。

外回路闭锁不通

高压变压器过流、过温时显示18号故障。

放电开关接地

手动放电开关S1位于放电位置时，显示19号故障。

门开关未复位

当各个门开关、放电棒等未复位时，显示20号故障。

V2栅偏压欠压

高末功放管V2工作时栅极偏压一般为300～350V直流，当G5监测到偏压太小时，显示23号故障

PSM调制器封锁

发射机V1板极电流过流、PSM过流、V2帘栅电流过流、发射机反射功率过大、V2板极电流过流、发射机功放输出传输第一π网络打火、第二π网络打火和谐波虑波器打火。当发射机在一定时间内（约3分钟），发射机连续出现上述任意故障6次时，PSM调制器连续自动记数6次，自动连续封锁PSM调制器6次后，PSM调制器自动产生封锁信号。送往高压接通G3.7功能模板，使高压加电II指令中断，高压接触器断开，显示24号故障。只有当发射机上述故障消除后，按复位键S311，使PSM调制器解除封锁，发射机重新启动加高压。

V1屏流过流

V1屏流为1A直流，当V1屏流太大时由G5监测V1过流，显示25号故障。

PSM调制器过流

PSM过流检测板对PSM调制器进行检测，当电流超过9A时（可调），显示26号故障。

V2帘栅流过流

当高频末级放大管帘栅极电流过流时，经G5监测后，显示27号故障。一般情况下是帘栅极对地薄膜电容击穿引起，需将管座卸下，对薄膜电容进行更换或修复。

反射功率过大

取样信号从定向耦合器送到功率检测板，当反射电压过大时显示28号故障。常见是因天线阻抗变化引起，有时倒频时交换闸不到位也会出现本故障。

V2屏流过流

高末放大管阳极电流一般为6～6.5A，当阳极电流过流时，经G5监测后，显示29号故障。出现29号故障时C981、C982或C984可能有损坏，C981、C982真空度不够时，一般可见弧光，C984损坏时一般会伴有打火现象或“吱吱”声。

1π槽路打火

当1π放电球F3放电时，电弧探测器中的光敏三极管将感光导通，于是光电监测电路送出一个高电平到自动监控组合G3，显示30号故障。

2π槽路打火

当2π放电球F4放电时，电弧探测器中的光敏三极管将感光导通，于是光电监测电路送出一个高电平到自动监控组合G3，显示31号故障。

谐波滤波器打火

在谐波滤波器的两个端面按120度分散布置有放电球电弧探测器，当放电球放电时，电弧探测器中的光敏三极管将感光导通，于是光电监测电路送出一个高电平到自动监控组合G3，显示33号故障。

粗调谐不到位

粗调元件分别由M1、M2、M4、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15驱动马达驱动，当任一元件粗调没有到达预置点时，此时加高压会显示34号故障。只有把各元件调谐到位后，发射机才可以正常加高压。

V1屏压欠压

V1屏极电压为3KV直流电压，当屏极电压太低时显示36号故障。

V2屏压欠压

V2屏极电压为9.5KV直流电压，当屏极电压太低时，显示42号故障。

V2帘栅压欠压

V2帘栅极电压为650V直流电压，当帘栅极电压太低时，经G5监测后，显示43号故障。可能帘栅极功率模块有一块不工作，如果两块均工作正常，可调整音频通路板加大帘栅极电压。

细调谐不到位

在加高压之后，发射机自动将负载回路调整到工作频率的谐振点上，最后达到满功率输出，当本过程尚未完成时，音频信号封锁，显示46号故障。

输出功率过低

取样信号从定向耦合器送到功率检测板，当发射机的输出功率小于一定值（可调整）时，显示47号故障。将功率升高后，故障会自动消失。