L波段探空雷达维护维修技巧

赵育俊

(甘肃省陇南市气象局，甘肃 陇南 746000)

0 引言

高空气象观测是现代气象综合观测体系的重要组成部分，对天气预报、气候变化研究和气候资源开发利用发挥着十分重要的作用。L波段雷达是我国自主研制的新一代高空气象探测雷达，具有探测精度高、采样速率快、自动化程度高、使用方便等特点[1]。它的研制成功缩短了我国高空气象探测技术与世界先进水平的差距，与数字探空仪配合，可进行自测站地面到几万米高度空间的大气要素和运动状态变化进行探测[2]。因此如何最大限度延长L波段雷达无故障运行时间，提高故障维修效率显得尤为重要。笔者通过对武都气象观测站L波段探空雷达维护维修记录整理、归纳、分析，从中提炼出L波段探空雷达维护维修技巧和故障排查顺序，旨在提高检修效率，缩短故障排查时间，保障L波段雷达可靠运行。

1 雷达的日常维护

L波段探空雷达是一种自动化程度较高的新型雷达，为了充分发挥雷达的优良性能，最大限度延长雷达无故障运行时间和使用寿命，在日常业务使用过程中，除了按照使用说明正确操作使用外，还必须定期做好雷达维护保养工作。万事皆有因，雷达故障也不例外。雷达天线座安装在室外，要经受烈日暴晒、严寒酷暑、风雨侵蚀、灰尘污染等恶劣环境，极易造成尘垢、腐蚀、生锈、氧化、霉变和元器件电气参数发生变化，这些都是导致雷达故障的最初诱因。因此应定期仔细全面地对雷达进行电气和机械检查维护，以预防或减少雷达故障发生，把雷达故障排除在萌芽状态，避免出现大的破坏性故障，保证雷达长时间无故障运行。雷达定期维护分为日维护、季维护和年维护。

1.1 日维护

①日维护主要在班前和班后进行，清洁各机箱、天线、摄像头灰尘，遇有雨雪天气，及时清除积雪，检查天线座各个密封环，如有漏水必须清除干净后方可开机。

②检查雷达频率、增益、发射机电流是否在合理数值范围内，各个按钮操作是否正常，雷达和软件通讯是否正常，各指示灯是否正常，天线驱动是否正常，有无异常响声。

③开机检查四条亮线是否正常，班前班后校对有源目标物仰角、方位、斜距数据是否正确。

1.2 季维护

①检查天线座各个舱门、室外电缆插头、馈线、舱盖密封环是否完好，如有漏水用703硅胶涂抹密封。

②检查电缆、馈线插头、汇流环和触头，如有氧化斑点用95%酒精擦除。检查电缆、馈线插座，如有变形用整形器校正，最后拧紧所有电缆、馈线插头，防止漏水。

③清除机械齿轮上的污染油脂，重新涂抹润滑油脂。

④维护完毕，打开有源目标物核对雷达接收机的灵敏度、仰角、方位、斜距数据是否正确。

⑤利用晴朗天气做一次经纬仪与雷达对比观测，对比观测仰角误差<0.3°，方位误差≤0.5°，如不符合要求，进行三轴一致标定直至达标。

1.3 年维护

①年维护应对雷达整机进行系统、仔细、全面的检查和保养，一般在每年汛前进行，以确保雷达汛期正常运行和观测数据准确。

②检查雷达+5 V、+12 V、±15 V、+24 V、～110 V电压是否正常，各分机工作是否正常。

③检查各个插头是否接触良好，清洁处理接触不良部位。

④标定雷达斜距、水平、仰角零度、正北和三轴一致[3]。

2 雷达故障的分类及维修技巧

雷达工作一段时间后，部分零部件和元器件会因长期加电工作、氧化、腐蚀、磨损等原因致使元器件电气参数发生变化，引起工作效率降低或者彻底失去作用而发生雷达故障。雷达故障维修关键在于分析研判，根据故障现象分析可能产生故障的部位，并尽可能缩小故障范围，缩短维修时间，提高维修效率。通过对武都气象观测站L波段雷达自2010—2019年10 a间共计26次雷达维修记录整理、归纳、分析发现，室外故障12次，动态元器件损坏11次，大功率元器件损坏3次。这是因为雷达受外界恶劣环境影响，一般室外元器件性能易变差，故障率比室内高，大功率元器件工作电压高、电流大、易发热而烧毁，动态体在运转过程中因磨损、断裂而发生故障。维修方法一般有代替法、排除法、加热法、冷却法等多种方法，故障排查顺序原则是先外后内、先易后难、先大后小、先动后静、先干后支。雷达故障根据其发生的特点可分为单一故障，综合故障和随机故障。在实际检修工作中不同故障采取不同的分析方法和维修技能，要做到思路清晰、主次分明、多措并举、灵活应用，这样可减免在维修过程中走弯路，达到快速修复的目的。

2.1 单一故障

单一故障是指雷达发生故障时只是单纯一种故障现象，排查这类故障相对简单。检修这类故障的基本思路就是遵循故障排查顺序原则，顺藤摸瓜，分级检查，多措并举，精准快速。

2015年1月17日雷达出现故障，07时开机亮线两长两短，开机半小时以后恢复正常，19时开机一切正常，连续3 d皆是如此。查看气象资料发现19时室外温度比07时高14 ℃左右，根据以上故障现象分析，雷达07时故障而19时正常并非偶然，而是由于温度低或者某个元器件温度适应性能变差引起的。该故障检修的难点在于等到07时雷达探测工作完成后故障已消失，没有直观的故障现象供维修参考，只能依据分析研判进行维修。该故障是程序方波或其通道出现问题所致，程序方波通道如图1所示。经分析推测认为：第一由于某个电缆或者馈线插头热胀冷缩造成接触不良，第二某个元器件温度适应性变差，在低温状态下出现故障。按照“先外后内”“先易后难”的故障排查顺序，先从室外排查。将室外程序方波通道的电缆、馈线插头用无水酒精擦除氧化斑点，用整形器校正插座，第二天07时故障依旧。第三天05时开始用加热法寻找故障元件，用小型电吹风对上下左右调相器、开关管套逐个进行预热的同时观察亮线变化，当预热下开关管套时，四条亮线逐渐恢复平齐，更换下开关管套，雷达恢复正常。

2.2 综合故障

综合故障是指雷达出现故障时表现为多种故障现象，这时要沉着冷静，仔细分析，不能盲目从某一故障维修，否则会扩大故障范围。分析综合故障的原则是“先干后支”，因为雷达多个部位同时损坏的可能性极小，而一个部位出现故障可引起多种故障现象表现形式是很普遍的。

图1 程序方波通道图Fig.1 Program square wave channel diagram

2017年8月13日雷达出现了综合故障，打开雷达无讯号，无亮线，增益260，仰角、方位数值大范围跳变，仰角、方位位置显示图也随其数值跳变而大幅摆动，仰角可以跳变到200°左右，仰角位置显示图也出现 “仰角反背”现象(指仰角位置显示图的天线仰角超过90°并反向降低)，而雷达天线并未随数值跳变摆动，点击雷达操控按钮均不起作用。

如果从单一故障分析(分支分析)，雷达无讯号增益大，则可判断为讯号接收、放大、处理通道有故障；仰角、方位跳变，则可判断为天控单元或者轴角转换电路故障；点击雷达操控按钮不起作用，则可判断为雷达与微机通讯单元故障。很明显这种可能几乎没有，因为雷达6个部位同时出现故障的可能是微乎其微。要解决问题还得从总干分析，即哪个部位出现故障能造成以上多部位同时故障，通过对框图分析判断(见图2)，应该优先从雷达电源电路开始检修。打开主控箱，雷达主控箱各电源指示灯显示正常，测量+12 V、±15 V、+5 V电压，分别为+11.96 V、+14.95 V、-14.93 V、+4.2 V。前3组电压虽然偏离标准值，但是其电压误差在规定允许的±10%以内，且电压均能够正常可调，所以前3组电源是正常的。而+5 V电压偏低16%，超出了电压偏差允许范围，调节可调电位器电压不可调节，经进一步检查发现+5 V电源滤波电容退容，且伴有轻度漏电现象，更换滤波电容后+5 V电源电压升至+5.3 V，且恢复电压可调性，所有雷达故障彻底排除。

图2 综合故障分析框图Fig.2 Comprehensive failure analysis block diagram

2.3 随机故障

随机故障是指雷达时而故障时而正常，它又可以分为无规律随机故障和有规律随机故障。随机故障是不易排查的故障之一，因为当你用仪表检查时它有可能又恢复正常了，如此反复无常不易找到故障点，所以这种故障一般使用代替法排查。

随机故障一般由以下原因形成：第一由于元器件长期使用缺乏必要的维护，使其被尘垢污染、腐蚀、生锈、氧化、霉变而造成接触不良形成故障；第二是处于动态的元器件长期运转造成磨损性接触不良，或者弯曲扭折造成断裂式接触不良形成故障；第三则是由于元器件长期工作，其电气性能下降至敏感临界值，随其它因素的变化其临界阀值会发生漂移，有时能勉强工作，有时完全不能工作而形成的故障。

2.3.1 无规律随机故障 由于故障随机出现，没有任何规律可循，只能按照排查顺序原则逐个代替排查检修。2019年5月23日雷达在探测过程中出现了天控驱动箱E报警，仰角不能正常跟踪，几秒后又恢复正常，打开天控驱动箱未发现异常，之后这种现象又反复出现。故障出现时仰角驱动模块显示报错提示，将天控置于 “手动”也不能正常跟踪，几秒后又恢复正常。按照“先外后内”的排查顺序原则，先检查室外部分。检查仰角连轴器无故障，再更换仰角驱动电机故障依旧。拔掉天线锁定电源，推动天线仰角升降，发现阻力均匀适中，属于正常范围内，这就排除了天线偶然卡死的可能。打开天线头检查发现仰角限位器腐蚀生锈，限位触点时而接触时而断开，更换仰角限位器后雷达恢复正常。

2.3.2 有规律随机故障 按照故障出现的规律，通过仔细分析研判，进一步缩小故障范围，提高排查检修效率。2014年9月22日在预审记录时发现当仰角高于30°时，仰角曲线出现晃动毛刺(见图3)，现场观察发现雷达仰角上下抖动。经分析认为该故障与雷达仰角驱动、采样通道有关，可能是仰角变化引起某一动态元器件在某一段动态区间工作异常而造成故障，这些动态元器件包括驱动电机，传输带，仰角驱动齿轮组合，同步机，组合电缆(W8-W11)等。按照“先外后内”“先易后难”的排查原则更换了组合电缆，雷达故障消除。经分析该故障是雷达工作时随着仰角的升降，组合电缆弯曲扭折，长期如此工作致使电缆线芯铜丝断裂。在低仰角时，组合电缆处于自然展直状态，断裂的电缆线芯铜丝互相接触维持正常工作，但是随着雷达仰角的升高组合电缆逐渐弯曲扭折，使断裂的电缆线芯时而接触时而断开引起仰角抖动，仰角曲线出现明显毛刺。

图3 仰角高于30°仰角曲线出现晃动毛刺图Fig.3 Shaking burr on the elevation angle higher than 30°curve

3 结论

L波段雷达是高空气象探测的主要设备之一[4]。为了最大限度延长L波段雷达工作寿命，提高工作效率，减少各类故障的发生，避免重大复杂故障的形成，我们要定期、不定期地做好雷达日常维护保养工作。在雷达故障排查检修工作中，要仔细观察，认真研判，依据故障类型，遵循先外后内、先易后难、先大后小、先动后静、先干后支科学有序的维修方法，不断总结维修技巧，在最短的时间内恢复雷达正常运行。为国防、科研、工业、农业、天气预报、气候能源开发、防灾减灾提供准确、及时、完整的高空气象资料。