中波发射机电源系统冷却效果的改进措施

吴钰莹

（国家广播电视总局七五一台，福建 南平 354000）

0 引言

DX 发射机属于数字化调幅中波广播发射机，具有功率大、性能好和工作效率高的特点，其冷却方式有风冷和水冷两种。在国家广播电视总局七五一台，一部DX-200 与一部DX-600 风冷式发射机共同承担播音任务，其工作过程中会产生大量的热量。如果环境温度较高，造成发射机冷却风机进风口的温度偏高，发射机冷却风机吹风散热的效果下降，将使发射机处于高温高热的工作环境中，长久运行会造成设备性能下降、损坏，而当温度升高到一定程度，发射机内的温度检测系统起保护作用，将造成发射机关机。

为了确保发射机的稳定运行，国家广播电视总局七五一台对发射机房环境冷却系统进行技术改进，降低发射机工作的环境温度，并对产生热源严重的电源系统进行技术改进，使其产生的热量能快速的消散，从而达到整体冷却降温的改造目标。

1 机房冷却系统对发射机稳定运行的影响

DX 风冷中波发射机由电源控制系统、冷却系统等5 个部分组成，而电源控制系统中的250 V DC 主电源是由主电源变压器输出的交流电源经整流机柜内的电源整流电路整流后得到的，其工作原理如下。高压10 kV电源经10 kV/205 V 主电源变压器转换后输出205 V 交流电源，送至整流机柜，再由6 个可控硅组成的全桥式整流电路整流，输出250 V DC 的直流电源由阻流圈滤波后，供发射机的各个功放柜的功放模块使用。如果在工作中主电源变压器或可控硅整流电路出现故障，将无法为功放模块提供正常的工作电源，导致发射机关机，造成停播。

由此可见，主电源变压器与可控硅整流电路是发射机非常重要的组成部分，而作为大功率发射机，工作中主电源变压器与可控硅整流组件会产生大量的热量，散发到工作的环境中，使各部位温度逐步升高。如果将发射机置于冷却效果较差的机房中，变压器与可控硅得不到良好的降温，长期在高温环境下运行，容易引起变压器或可控硅等设备过热而击穿损坏。为保护变压器与可控硅整流组件，分别在变压器铁芯与可控硅散热片上设置了温控保护器，用于监测二者的温度，一旦监测到温度过高，温控保护器动作，发射机将输出过温故障信号并关机。因此，如果机房冷却系统效果不好，会引起变压器或可控硅频繁出现过热关机，是威胁发射机稳定运行的巨大隐患。本机房原有的冷却系统就存在此类隐患，尤其是在炎热的天气里，机房环境温度居高不下，所以有必要对机房冷却系统进行彻底的改造。

发射机房原有的冷却系统由2 台空调与3 台大功率风机对机房的环境温度进行降温，如图1 所示，采用外循环的进风方式，其带入的灰尘会日积月累地附着在发射机内部，降低了设备和内部的绝缘性能，不利于冷却系统正常工作，也为维护工作带来较大的工作量。

由于空调出风口少，整个环境温度分布不均匀，且出风口距离机器较远，冷却效果不能满足实际需求。特别是在夏季，发射机房环境温度高达40℃，造成发射机各部位因高温而故障频发，严重威胁安全播出工作。在原有的冷却系统下，各部位的工作温度具体情况如下。在整机效率为86%的DX 发射机中单个变压器在工作中将输出205 V AC 大小的电压与大于860 A 的电流，变压器所要承担的功率必须远大于[250×0.86×（1+m2/2）]/0.86=375 kW的功率（m为发射机调幅大小，满调幅时为1），而DX-600 发射机则需3 个变压器同时运行，因此变压绕组与铁芯产生的温度非常高，酷暑时最高可达120℃，变压器铁芯温控保护器更是会频繁出现保护动作，输出故障信号到保护检测电路，引起发射机故障关机。

图1 改造前空调系统分布图

变压器长期工作在高温环境，容易造成性能下降，使用寿命减短。变压器售价几十万，若损坏重新购买，价格昂贵且搬运不便，安装耗时，不但影响了安全播出工作，还很大程度上增大了安全播出的经济成本。而对于本来就空间狭小散热不良的整流机柜，在原冷却系统的环境下，可控硅的工作温度也时常攀升到70℃以上，很容易达到温控保护器动作的门限值80℃，引起发射机保护关机。长时间高温工作也会造成可控硅性能下降甚至击穿损坏，更换可控硅器件耗时往往长达数小时，严重影响安全播出工作。

因此为确保发射机的稳定运行，如何降低环境温度以及降低各部位的工作温度，消除发射机运行的安全隐患，势在必行。

2 电源系统冷却效果的改造方案

2.1 空调冷却系统改造，降低环境温度

新的机房冷却系统，使用3 台单机100 kW 制冷量的精密空调，可实现智能协调风机输出、制冷流量输出、加热输出、加湿输出等多种功能，并在多处设置温湿度传感器探头，通过智能动环监控系统对环境温度监控点的温湿度进行实时监测。该系统将根据环境温度自行调节空调工作冷却的温度，能更好节能运行，还能自动配合发射机开关机时间同步运行。

新冷却系统的风筒采用酚酫单层彩钢板材料制作，保温效果较好，不仅美观且安装方便。设计了百叶式固定出风口和球形可调出风口两种，百叶风口可调上下风向，回风口可与风口过滤网合用，节片角度可以调节；球形风口出风方向可在顶角为35°的圆锥形空间内前后左右方便地调节，风量大小也可通过阀门开合程度来调节。两种出风形式相结合，针对散热需求量大的整流柜、变压器，设置多风口分别对整流柜、变压器吹风，新风孔离发射机后机柜尤其是整流机柜及变压器等附属设备距离更近，如图2 所示，大大降低了整流柜进风口的冷却温度与变压器工作的环境温度，使机房温度长期保持在25℃以下，能完全满足发射机房散热要求。此外，采用室内循环工作模式，为发射机及其附属设备营造了洁净无尘的温度环境，也为如下改造提供了可能性。

图2 机房大厅改造后出风筒分布图

2.2 变压器自身冷却方式改造

为改善变压器的散热条件，本台还对发射机房干式变压器冷却系统进行了改造。首先，增加变压器底部吹风的进风量和变压器顶部抽风的出风量。在干式变压器底部绕组正面和背面各安装3 台型号为GFDD440-120，功率为40 W，风量为750 m3/h，转速为1 400 r/min 的横流式冷却风机，由集中吹风冷却改为局部吹风冷却。根据变压器各相绕组不同的安装位置，按照不同的位置、不同的角度有针对性地进行冷却风机调整，直至冷却风道口的进风量最大为止。使用便携式测风仪FYF-1 对各相绕组冷却风道口的风速进行测试，改造后各相绕组冷却风道口的风速不仅更加均衡，而且也更大。

改造前，DX-600 型中波发射机的10 kV/205 V 变压器四周都是铁门包裹，运行中受到环境温度及设备本身发热影响，造成变压器散热不通畅，热量不能及时排出，温度不断上升。底部加装的横流式风机吹风效果不显著，只是对变压器的铁芯进行部分散热，对整个变压器产生的总体热量起不到太大的冷却效果[1]。

为解决变压器通风散热难题，将原变压器顶部及四周密闭的屏蔽板改成镂空隔离板，镂空的网孔直径为1 cm，热量通过前、后门网孔及顶部网孔快速排出，大大增加了干式变压器出风口面积，改善变压器内部风循环，通风散热速度明显加快，变压器温度基本控制在50℃左右，有力保障了变压器的稳定运行。这样的改造既不影响变压器外观，又兼顾了安全性，对变压器的使用寿命和使用效率都有提高。

3 改造后的实际效果

良好的运行环境是保障发射机稳定运行的先提条件，通过一系列的改造工作，发射机房全年环境温度稳定控制在26℃以下，可控硅温度由原来的65℃以上控制在50℃左右，实现了精准控制温湿度，发射机及其附属设备工作更加稳定，达到了整体冷却降温的改造目标。

在几乎同等运行环境和运行时间的情况下，DX-600 型中波发射机3 台干式变压器二次绕组上方端口处铁芯温度范围由改造前的75～120℃降低为现在的36～58℃，可控硅的温度也从原来的60～75℃降低到50～65℃。经过一年多时间的实际运行，证明对干式变压器冷却系统的改造是成功的，既彻底解决了干式变压器温度过高给发射机安全稳定运行所带来的隐患，也再未出现因可控硅过热而引起的发射机保护关机，又延长了干式变压器和可控硅的使用寿命，具有很好的经济效益。

4 结论

国家广播电视总局七五一台多措并举，确保冷却系统零故障运行，极大改善了发射机的现有工作环境，大大丰富了应对冷却系统引起的故障的应急措施和解决办法，为发射机的稳定运行提供了更加可靠有力的保障，对同行业者有一定的借鉴意义。