雷神二次雷达三起故障剖析

裴方瑞

（民航内蒙古空管分局，呼和浩特，010010）

0 引言

近期，民航内蒙古空管分局两部雷神CONDOR–MK2型雷达先后发生两起因故障导致双机无法正常工作的情况，以及一起因录取器原因造成输出信号不稳定的故障。两部雷达分别于2003年和2005年投产运行，运行状态良好，很少出现故障，双机同时故障更是罕见。两起故障原因中，其中一起故障是因为防雷改造后在天线驱动子系统的方位信号传输链路上增加的防雷模块信号线松动导致雷达天线驱动子系统方位信号丢失而造成系统双机无法工作；另外一起是由于输入电源瞬间过电压导致两部询问机的Mains Switch Enclosure模块内部的压敏电阻被击穿从而致使双机电源开关跳开且无法合上。下面就三起故障原因进行详细分析。

1 防雷模块信号线松动导致的故障分析

2018年某日，内蒙古分局雷达导航室值班员在RCMS设备上发现模拟显示区域的雷神雷达天线部分TURNING GEAR和雷达询问机双通道颜色均变为红色，天线在通道A和通道B间来回反复切换，切换频率约为1秒1次。通过自动化系统查看雷达输出目标情况，发现目标点迹和航迹均无输出。值班人员随即将该雷达系统进行下线处理。通过查看雷达设备的通道日志和CMS日志，并对设备进行故障隔离后，提示可能的故障点为雷达天线驱动子系统中的方位数据产生单元（ADGU）及相关电路。为尽快使雷达设备恢复运行，技术人员尝试重新启动雷达天线系统，没想到重新启动天线后，雷达系统竟然恢复了正常工作，上述的告警现象消失，通过自动化系统查看雷达输出目标也显示正常。为了确定引起该起故障的真正原因，技术人员到达雷达站现场开始对雷达设备进行细致排查。

根据故障隔离的指示、双机同时发生故障的情况以及随后重启天线部分系统恢复正常的现象，着重查找ADGU的相关链路是否存在信号线虚接的可能性。根据以往经验，双通道同时发生故障的概率是很小的，通常情况下是公共部分出现问题导致。而天线系统和天线驱动子系统及相关部件是检查的重中之重，如天线旋转部分的减速箱、马达、旋转铰链和射频馈线等，以及方位信号产生码盘及相关的信号线。由于通过观察当时的故障现象和故障隔离结果，所以初步判断是方位信号产生的链路上的问题。雷神雷达天线驱动部分方位信号产生的路径如下。首先由位于天线旋转轴下方的Printed Circuit Resolver(PCR)及其相应的放大电路(PCRA)为ADGU提供sine和cosine信号，Azimuth Reference Pulse Generator(ARPG)为ADGU提供正北参考脉冲信号。ADGU将接收到的sine和cosine信号进行计算解码后获得天线旋转的方位信息，然后向雷达双通道提供64k的方位增量脉冲（ACP）和正北基准脉冲（ARP）。此外，由于对雷达系统进行了防雷改造，在PCRA到ADGU的中间串接了盾牌（DEHN）的防雷模块。因此，涉及到方位信号的链路总共由三个部分构成，及位于天线旋转轴下端的PCR和PCRA，位于雷达机房内部的ADGU，以及位于上述两个模块中间的防雷模块。三个部分的连接一共是11根信号线，分别为10 kHz Common、10 kHz、Sine、Cosine、ARPG、+15 V、–15 V、+5 V、0 V、Screen、Sine/Cosine Common、Earth。

为了获得具体的故障部位以及具体是哪一根信号线虚接导致的故障，技术人员分为两组，一组在天线端进行实验性测试，一组在雷达机房观察CMS，试图重现故障现象。位于天线端的技术人员首先将PCR到PCRA的各组信号线逐根进行摆动测试，在CMS上并未观察到相同的故障现象。接下来测试PCAR到盾牌防雷器上端的连接信号线，也未发现异常。在测试盾牌防雷器下端到ADGU的信号线时，突然在CMS上出现了相同的故障现象，该信号线为入ADGU SK3接口的R针对应的信号线，为Sine/Cosine Common信号，通过对该信号线进行通断试验，复现当时的故障现象，因此判断该信号线可能由于天线部分旋转震动导致紧固信号线的螺丝松动致使信号线接触不良。正是因为该信号线松动导致ADGU接收的PCRA信号异常，导致无法解码方位信号，进而无法送雷达通道方位信号而导致雷达双通道告警。将该信号线进行紧固后，开机测试观察，雷达设备运行正常，此时才真正确认故障排除。

第一次发生该故障重启天线恢复正常很可能是因为天线在停止和重新开启时的震动导致上述虚接的信号线连接，从而系统恢复正常。当时若认为仅是软件部分故障导致系统故障而不做进一步调查，很有可能在未来的某个时间再次发生该故障，后果不堪设想。所以技术人员在故障发生后应尽可能搜集多的信息，从各个角度多方位细致分析，不要因为重启恢复正常而沾沾自喜，很有可能给未来造成极大的隐患。而是应该尽可能将故障可能涉及的链路的各个模块均进行排查，方能对自己维护的设备有自信。

图1 雷达询问机柜供电图

2 压敏电阻被击穿导致的双机故障分析

2018年某日，在对雷神雷达换季过程中，雷达双通道的MAINS SWITCH ENCLOSURE内的开关突然自动跳到断的位置，POWERON绿色指示灯熄灭，POWERAVAILABLE棕色指示熄灭，雷达双询问机同时关机。雷达设备配电柜上的为雷达询问机送电的空开同时跳开。此外雷达天线停转，变频器显示过电压告警。为了迅速确定故障点，将整体设备分两部分处理，第一部分为天线及天线驱动部分，第二部分为两台询问机。

首先尝试恢复天线及天线驱动部分。该部分的供电情况是从UPS系统送来的380V三相电通过天线驱动控制单元Antenna Drive Control Unit后送入旋转齿轮安全单元Turning Gear Safety Unit，然后送入变频器Inverter Unit，最后到达天线马达处。其中前三个部分均是实现了对马达的保护或控制，变频器完成了最后一级的控制。故障发生时，由于变频器提示过压告警，通过查阅资料，直流过压报警有2种情况，一是由于进线电压比较高引起的直流电压高的问题，检查变频器的进线电压看是不是正常。二是由于直流电压正常而检测回路的问题导致的报警，将直流电压的数值检测一下，正常情况下直流电压是比较稳定的，除在启动的时候，如果正常的话可能就是检测回路的问题，需要更换整流侧的控制板件。首先尝试复位变频器故障看是否能恢复正常。将变频器前级空开断开，使变频器彻底下电，之后重新合上空开，变频器启动，告警消除，手动启动天线成功，初步断定天线及天线驱动部分正常。

接下来查看询问机部分。雷神雷达的供电如图1所示，从UPS系统送来的220V交流电源通过雷达询问机顶部的J1端接入，Mains Switch Enclosure模块将接入的交流电源送到TRANSMITTER POWER SUPPLY UNIT(PSU1)和MULTI OUTPUT POWER SUPPLY(PSU2)转换为雷达设备所需的各种直流电后为系统供电。此外Mains Switch Enclosure内部还提供浪涌保护部件，该功能是通过VDR1、VDR2、VDR3三个可变电阻器实现的。

当设备开关跳开时，应先检查雷达设备的前端配电箱的空开是否跳开，由于该空开也调开了，技术人员重新将其合上，没有发现再次跳开的情形。接下来尝试合上询问机的开关，但是发现两个询问机通道的空开均无法合上，通过查看设备手册，我们认为最有可能造成该现象的原因为过压保护器失效导致。

为了验证这一想法，首先将设备彻底切断电源，从机柜顶部断开J1和E1两个接头。接下来将询问机正面最上边的故障指示面板取下，取下的时候要注意不要破坏计时器和LED指示灯的连线。然后将Mains Switch Enclosure模块的接地线断开，支撑住该模块，然后将模块两端的螺丝拧下，慢慢取下模块。拧下模块顶部的10颗螺丝，打开上面板，三个可变电阻器位于左下角，右侧安装有一个滤波器。当时打开后发现VDR1被击穿烧成黑色，通过使用万用表测试，发现VDR1的两只管脚短路。当空开合上时，相当于形成了输入端L对地短接，因此空开会自动跳开，从而实现了对后级各部分的保护。这样就确定了设备开关无法合上的原因。将故障的VDR1使用烙铁取下，更换备件。设备恢复正常后，重新闭合开关，这次设备正常启动。另一部通道也是同样的故障，不再赘述。

3 点迹录取器原因导致输出信号不稳定

在近期的一次换季工作中，我们将备板备件上机进行了测试。由于点迹录取器主板计算机Host Single Board Computer上的3V锂电池到达了使用年限，所以在上机之前对该电池进行了更换。将录取器板上机后，开机后第一次没有通过自检，重启后，过了大约8分钟左右通过了自检。

由于更换了电池，NVRAM内容的丢失在初始化时被识别，因此开机时MSSR加载工厂默认参数，不加载存储在闪存中的雷达站参数。为了防止节点ID与另一通道的处理器发生冲突，默认节点ID设置为3。正常情况下需要将通道A的ID设置为1，通道B的ID设置为9。点击CMS左上角，进入单通道界面，以Controller身份登录，点击Set Remote Node ID，因为我们更换的是B通道的，所以将其设置为9，此时询问机断开与单通道站点的连接，重新连接至双通道站点。通过CMS左上角的按钮切换至双通道台站界面，以Maintainer身份登录，进入透明模式Transparent Mode，然后选择input data from file，然后选择相应的通道文件.TMC进行加载，通过选择Configuration Sets下的Current to Commissioned，将参数写入闪存，至此完成了电池更换后的设置工作。

雷达系统正式运行后，我们通过RMM查看了雷达目标的输出情况，发现目标显示正常，且运行了一小时后，就让雷达上线了。可是过了一会，自动化部门反映该通道输出的信号异常，目标大面积丢失，且频率很高，十几分钟就发生一次，管制员无法使用，信号立马下线。通过查看RMM回放，我们发现该通道在正式运行半小时后，第一次出现了该现象，但是及短暂，所以大家都没有注意到，接下来又发生了一次，持续了十几秒。通过仔细观察，我们发现RMM显示现场应答机时有时无，及时其他目标正常，模拟应答机也是存在丢点现象。为确定故障点，将之前换下的点迹录取器重新安装到B通道，开机观察，发现模拟应答机并没有出现上述丢点的情况，且一直运行了2个小时，目标显示一直正常。之后，我们将出现上述故障情况的录取器重新安装到通道A，在RMM上也观察到了相应的故障现象，因此怀疑该录取器存在问题。通过查阅手册，将录取器的电池再次进行了放电操作，上机后重新进行了参数配置等一系列工作，重启雷达通道，再在RMM上观察发现这次运行正常。所以怀疑是第一次加载参数的工作没有实现好，导致出现了输出目标丢失问题。此前我们多次对两部雷神雷达进行该操作，均为发生上述情况，所以这次也是一个警示，以后更换录取器和加载参数后一定要认真观察RMM上的目标显示情况，而不是CMS显示通道正常就认为雷达设备正常。

4 结束语

本文描述的雷神二次雷达的三起故障比较罕见，一个是天线驱动的公共部分故障，一个是供电导致双通道同时故障，最后一个是输出目标不稳定，两部雷神雷达运行时间已超过十年，此类故障仅发生过一次，但却严重影响了安全生产。笔者将故障现象和维修情况总结出来供同行参考，希望在出现类似故障的时候能够进行快速处理，尽可能缩短停机时间，提高保障效率。