滨州CINRAD/SC型雷达几次非典型故障案例分析

谷山青，何瑞琦，韩亚静，陈庆亮

（1．滨州市气象局，山东 滨州 256612；2．山东省气象局大探中心，济南 250031）

滨州CINRAD/SC型雷达几次非典型故障案例分析

谷山青1，何瑞琦1，韩亚静1，陈庆亮2

（1．滨州市气象局，山东 滨州 256612；2．山东省气象局大探中心，济南 250031）

2010—2014年间滨州CINRAD/SC型雷达在升级换型前出现了几次非典型故障，在故障的排查过程中，通过采用观察法、电阻电压测量法、屏蔽报警或保护电路法、替换法、空载法等监测手段及利用关键点理论参数和波形图像等方法，判断故障原因、定位及排除故障，为CINRAD/SC型天气雷达的运行保障工作积累一些经验和方法，以期将天气雷达的运行保障工作做到更好。

CINRAD/SC雷达；非典型故障；发射系统；信号处理系统

引言

随着新一代天气雷达网建设步伐的不断加快，越来越多的雷达投入业务运行，雷达系统保障技术成为发挥其效益的根本保证[1]。国内同行在技术保障方面，已经积累了相当的经验。魏玉鹏等通过对天伺系统故障的分析，给出了一些在维修过程中行之有效的方法[2]；刘娟等针对发射系统故障作了分析总结[3]。文章对2010—2014年间滨州CINRAD/SC（简称SC）型雷达出现的几次故障进行了分析总结，将SC型雷达不常见的故障，归类为“非典型”故障，以区别于同型号雷达高故障率的“典型”故障（伺服系统的故障均为该型号雷达的典型故障，故而不在此文讨论之列）。通过对这些非典型故障案例的回顾，希望能够更好地掌握多普勒天气雷达的性能特点，为今后雷达系统的维护保障工作积累经验。

1 概述

滨州SC型雷达是全国地市级气象局的第一部S波段多普勒天气雷达，2000年7月投入业务试运行，2014年9月停止业务运行，运行时间超过14年。滨州SC型雷达经过多年连续运行，可用性和可靠性逐渐下降，且与不断更新批次的同型号雷达在结构设计、电路设计、接口兼容性、所用模块、器件等方面存在很大差异，维修难度异常大。

SC型雷达运行的最后时间里（2010—2014年），共发生故障17次。其中2010年为故障次数最少年份，仅发生故障1次；2011年为故障次数最多年份，达到了8次。17次故障中，发射系统故障8次，占总故障次数的47.1%；伺服系统和天线故障3次，占总故障次数的17.6%；信号处理系统故障3次，监控系统故障1次，配电系统故障1次，接收系统故障1次。

2 发射系统的故障

发射机由调制系统、高频系统和风冷系统三个部分组成。在所有8次发射系统的故障中，有5次位于调制系统，1次位于高频系统，2次位于风冷系统。值得一提的是，这些故障都具有重复发生率较高的特点。下面对这几次故障进行详细分析。

2.1 调制系统的故障

2.1.1 PLC误判的风机故障

PLC（Programmable Logic Controller，简称PLC）以可编程逻辑控制器为核心，辅以外围指示、转换电路，实现对发射机工作的程序控制，并监测发射机的工作状态（图1）[4-5]。

图1 发射监控框图

2010年1月26日、2010年6月28日、2012年5月16日和2014年6月4日，出现的4次故障的故障现象均为：雷达系统报“发射系统故障”，高低压被强行拉断电源；“手动、本控”状态下开低压，风压开关吸合失败，短时内低压电源再次被系统关断。

检查发现，风冷系统上、下两个风机运转正常；风冷系统供电电源各路输出正常；磁场电源正常。启动低压保护模式的原因之一是：当风机故障，则风压减小，风压开关因承受的风压减小而断开，发射监控PLC由此判断风机故障，立即关断高、低压电源。因此依次检查风机和风压开关的状态。风机正常，风压开关扇叶灵敏且没有被折断，但仍然更换了新的风压开关。然而，这步操作并没有将故障排除，开启低压后约1分钟，系统再次关断低压电源。

分析认为，故障点并不位于风压开关，通过检查发现，PLC各路输入、输出值均在正常范围内，证明PLC状态正常。故而怀疑发射监控PLC周围存在电磁干扰。为证明上述诊断结论是否正确，采用屏蔽报警电路法，将PLC上风机故障Ⅰ和Ⅱ、缺相故障Ⅰ和Ⅱ的电缆拔下，并做好绝缘处理。再次开机，高、低压电源正常。由此证实了发射监控PLC周围存在电磁干扰，致其误判“风机故障”或“风机缺相”，使得雷达系统进入低压保护状态，强制关断高、低压电源。

具体的处理方法如下：恢复风机故障Ⅰ和Ⅱ、缺相故障Ⅰ和Ⅱ的电缆连接方式，利用4组16个并联的电解电容组成滤波组件，分别连接在风机故障Ⅰ和Ⅱ、缺相故障Ⅰ和Ⅱ与公共端COM之间，以期滤除PLC周围的电磁干扰，消除或减少电磁干扰对发射监控的影响，达到排除故障的目的。

该故障的处理方法具有不确定性，当室内存在某种不确定的干扰，同时不能被该临时搭建的滤波组件滤除时，PLC仍误判“风机故障”、“风机缺相”，并使系统进入低压保护模式。为了尽量减少这种故障的出现，年维护时需要更换新的滤波组件。

2.1.2 PLC误判的灯丝欠流

2014年7月24日，系统报“发射故障”、“灯丝欠流”，高、低压电源被强行关断。观察灯丝电压、灯丝电流值正常；灯丝电源分机内部的延时继电器和转换继电器工作正常。关闭系统电源，确认系统放电结束后，故障复位，“灯丝欠流”的故障报警清空，高低压电源可以正常开启。由此判断，灯丝电源分机没有发生故障，采用2.1.1维修思路，证实故障点仍然位于调制系统的发射监控PLC。PLC误判灯丝电源欠流，导致系统进入保护状态不能正常工作。处理方法同上。

2.2 高频系统的故障

2014年2月11日，雷达系统报“高压过流”。故障复位后，提示“注电流过流”。在诊断过程中首先要判断该报警信息的真实性。采用屏蔽保护电路法，利用导线将“注电流过流保护电路”的输入端和输出端短接来屏蔽保护电路。先设置系统重复频率为300Hz，在“本控、手动”状态下开高压，立即观察到注电流快速上升，同时调制机柜内有异常响动，关闭高压。这个过程证明了“注电流过流”是真实的，而不是发射监控PLC的误判，速调管确实无法正常工作。

与生产厂家的技术人员进行电话会商，对方怀疑为速调管老化，需要更换。滨州雷达更换速调管的时间是2009年5月，服役期间高压运行了3万6千余小时，且退役前性能尚可；该故障发生时正在服役的速调管仅运行了2万8千余小时，且此次速调管“性能下降”具有突发性，台站技术保障人员对厂家提议更换速调管保留意见。

利用示波器检查束电压脉冲（简称束压）波形图像，发现-60000V束压波形严重变形（图2a）。

图2 故障时束电压脉冲波形（a）、正常工作时束电压脉冲和高频脉冲波形（b）

厂家与速调管研究所会诊时，就速调管是否已经老化的问题产生意见分歧，最终提出如下的解决方案：采用替换法，用2009年退役的旧速调管替换当时正在使用的速调管，开高压观察束压和高频脉冲包络，以判断速调管是否老化。

替换速调管后，观察到的-60000V束压波形仍然是严重变形。这个结果证明故障原因并不是速调管老化。但在更换速调管的过程中，却发现另一个本应该立即引起高度重视的情况——脉冲变压器侧视窗的橡胶密封圈严重腐烂，变压器油渗漏，油位高度有所下降。但厂家技术员认为当时的油位高度仍然能够满足速调管的工作条件，所以没有引起足够的重视。直到替换速调管后，维修工作没有更进一步进展的时候，才怀疑是脉冲变压器油箱油位过低。将脉冲变压器油加注至标准油位，开高压后，观察到了正常的-60000V束压波形图像（图2b）。

此次故障的原因是脉冲变压器漏油，大大削弱了变压器油对速调管阴极的绝缘、散热和消弧作用，导致速调管注电流过流，系统启动注电流过流报警以保障设备的安全。该故障是SC型雷达中很不常见的故障之一，维修过程中走了一点弯路。

2.3 风冷系统的故障

2.3.1 风压开关故障

2010年12月31日，雷达系统自动关闭高、低压电源。检查发现风压开关的风压感应片老化折断，因此系统启动了风机保护系统，导致系统强行关断高、低压电源。更换风压开关，故障排除。

2.3.2 风冷系统开关电源故障

2011年1月3日，雷达系统自动关闭高、低压电源。

检修时发现风压开关正常，但风冷系统的风机不能正常运转，这将导致速调管温度偏高，系统启动保护电路，自动关闭高、低压电源。进一步监测风机，并没有发现异常；采用电阻电压测量法，依次监测风机缺相保护电路板上的运算器三路输入、输出对地的电压值，发现输出对地电压为0V，+12V电源端无输入，说明风冷系统开关电源+12V电压输出不正常。检查风冷系统开关电源，发现电源保险丝熔断，更换保险丝，再开低压，保险丝再次熔断。采用空载法：将风机缺相保护电路板上连接+12V电压的导线断开，使开关电源处于空载状态，更换电源保险丝，重新开低压，开关电源有明显打火现象，由此判断为开关电源内部有短路。更换开关电源后故障排除。

3 信号处理系统的故障

2010—2014年信号处理系统共发生故障3次，均为RVP7（数字中频接收机和信号处理器）不能建立通讯连接，雷达无法运行。为保证RVP7的正常运行，采用了常年加电，尽量减少维护次数的被动方式。

4 监测控制分机的故障

2014年7月14日，雷达系统报“监控通讯故障”，终端监视界面所有系统状态指示灯均转为红色，提示系统多部件发生故障。多个系统同时故障的概率几乎为零，唯一的可能就是监测控制系统本身出现故障。查看雷达主机房内，高、低压系统运行正常，但伺服驱动电压为零，监测控制系统运行状态指示灯灭。重启监测控制分机失败，继续排查发现电源风扇故障。更换了专用AT电源后，监测控制信号、天线角码信号恢复正常，故障排除。

5 结语

2010—2014年间滨州CINRAD/SC型雷达出现的故障，多数是因器件老化造成的，且具有重复发生率较高的特点。因与同型号雷达在结构设计、电路设计、接口兼容性、所用模块、器件等方面存在的巨大差异，致使维修难度大、维修周期长。

发射监控PLC误判低压或高压故障的案例实属罕见，更说明了解和掌握雷达系统的结构和工作原理、关键部位的信号流程等，对技术保障人员的重要性；在脉冲变压器油位下降造成速调管注电流过流的案例中，如果不是及时改正维修思路，恐怕还要走更大的弯路；在上述的故障排除过程中，使用了多种检测手段，如观察法、电阻电压测量法、屏蔽报警或保护电路法、替换法、空载法、关键点波形法等。

另外，为了保障天气雷达资料的可用性和连续性，必须有组织、有计划地对正常运行的雷达开展预防性维护，理解和掌握各项定标检查的原理和意义，定期对重要参数进行标定检查，并记录在册。每次故障维修过程，要做到维修过程中有记录、故障排除后有总结，只有这样，才能将天气雷达的运行保障工作做到更好。

[1]何炳文，高玉春，施吉生，等.常德多普勒天气雷达一次综合故障的诊断与维修[J].气象科技，2008，36（5）：653-656.

[2]魏玉鹏，王庆华，吕学梅.CINRAD/SC天气雷达伺服系统故障分析与排除[J].山东气象，2006，26（1）：45-46.

[3]刘娟，郑伟，谢键，等.CINRAD/SC天气雷达发射机故障综合分析与检修[J].成都信息工程学院学报，2011，26（1）：86-90.

[4]成都中电锦江信息产业有限公司.CINRAD/SC型天气雷达技术说明书[G].成都：成都中电锦江信息产业有限公司，2001：144.

[5]成都中电锦江信息产业有限公司.CINRAD/SC型天气雷达电原理图册[G].成都：成都中电锦江信息产业有限公司，2001：146.

TN956

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：1005-0582（2016）04-0043-04

10.19513/j.cnki.issn1005-0582.2016.04.009

2016-03-04

谷山青（1983—），女，青海海东人，本科，工程师，主要从事天气预报和雷达保障工作。