发射机冷却系统原理及运维的探讨
【摘要】主要介绍TSW2500型500KW发射机冷却系统的原理、维护的经验，并从实际运行维护的角度，对设备进行的一些技术改造。
【关键词】发射机；冷却；原理；运维；技改
一、概述
TSW2500型500KW发射机冷却系统由风冷和水冷两部分组成。风冷又分高压风冷却和低压风冷却两种。低压风冷却系统只对发射机的射频机箱、控制机箱和PSM放大器进行冷却。高压风冷却系统对高末级电子管TH576陶瓷部分及管座、高末阴极阻尼电阻、高前级电子管CTK12-1的管座进行高压风强制冷却。水冷系统用于对射频驱动级电子管V1、射频末级电子管V2及其灯丝整流器、射频末级输出网络（调谐线和真空电容）、射频末级管管座、甚高频滤波器（VHF）和不平衡/平衡转换器以及PSM功率模块等进行冷却。在冷却闭锁保护回路中，装有风接点和水流接点，当风机或者水泵出现问题时，风接点或者水流接点打开，发射机控制系统自动掉高压至黑灯丝AUX状态，以保护真空器件和重要部件的安全。
二、低压风系统
室外空气被低压风机通过新鲜风入口抽入，经过初粒灰尘过滤网、细粒灰尘过滤网，然后由风筒送入RF机箱和TSM放大器。RF机箱内的空气温度变高后，通过机顶部的开口排出机箱外。在风筒上装有外扩散开口，用于给PSM模块机箱提供风冷，把冷风吹向TSM机箱的后部；一方面，冷风在TSM机箱内对功率模块冷却吹风后温度升高排出机箱外，另一方面，冷风也对TSM变压器进行冷却，机房内的热空气通过屋顶的排风口排出。RF机箱的风入口处安装有风量监测开关（K131），如果通风机有故障，会发出一个故障信号到发射机控制系统。风过滤网通过风差压开关来监测，如果过滤网严重阻塞，导致风压过低，风差压开关动作，发出一个故障信号给发射机控制系统并报警，表示到发射机的冷却风量不足。
三、高压风系统
空气从RF机箱被抽入风机，然后通过硬风管和软风管送入高末级电子管座的气室，在管座里面导向环把送入的高压风进行最佳分配和传送。驱动级的电子管座也是通过高压风冷被有效的冷却下来。高压风也直接地喷射到阻尼电阻上来进行冷却。最后，变热的高压风吹入RF机箱与低压风混合在一起被排出机箱外。在高末级TH576管座旁安装了一个风量检测开关K131，例如，当风机出现故障风量不足时，K131采样信号送到发射机控制系统，是发射机至相应的工作状态。
清洁的环境和良好的冷却条件是发射机可靠运行、提高稳定性的重要条件。因此对低压风冷却系统的维护要求较高：
1、值班中，加强对风冷却系统的巡视，重点检查低压风柜的风量指示是否正常。
2、发射机的进风口环境一定要保持清洁。
3、每周清洁一次或者更换低压风滤尘网，防止灰尘和杂物堵塞进风口，使风量减少。
4、每年分两次检查屋顶抽风系统，保持排风通道畅通。
5、每周检查塑料风管，防止塑料老化开裂或者风道受热变形使风阻加大，风量减少。
6、每月检查风机马达和轴承，调整其松紧度。
7、每周检查一次风道对接口是否有漏风现象。
8、每月清洁检查风接点，并调整其灵敏度，保障发射机的安全。
四、水冷系统
水冷系统主要由水箱、水泵、冷凝器、离子交换器、计量保护及需要冷却的部件等组成。
水泵将水箱中的蒸馏水送入射频末级电子管TH576蒸发锅、调谐线、真空电容和末级电子管座，各个分支水管也安装在发射机顶。水从RF部分的各个入口处流入，各个线路的回水通过单独的水管返回水箱。其中，发射机中功耗最大的部分是末级电子管，末级电子管的出水经过风水交换器—冷凝器冷却后经一个流量计K122流回水箱。传感器用来监测末级电子管的进、出水水温，其它冷却回路的回水经一个流量计直接流回水箱。用离子交换器来保证净化水水质，由水导测量单元监测水质。除水压表外，其它监测设备都装有辅助接点，接入发射机控制系统，如果水流量不足或温度过高，会关掉发射机。
发射机中，最主要部分的散热都是通过水循环冷却来实现。水冷系统采用强制水冷，尤其是末级电子管采用超蒸发冷却，其冷却效率更高。所以，维护好水冷系统对发射机的安全运行至关重要。
1、值班中，加强对各流量计的巡视，一旦发现流量计变小，说明水路一定有堵塞现象，须认真查找，保证大型真空器件的安全。
2、每周检查水路管道、管件以及水路接口是否有漏水和渗水现象。重点检查水路接头、水流量计、硅胶管接头等。
3、每周冲洗更换冷凝器滤尘网，保持滤尘网清洁，保障冷凝器进风的需要。
4、每年两次用高压水枪冲洗冷凝器散热器，若有油污，可在水只中加入无腐蚀性的清洁剂，最后要用自来水把清洁剂冲洗干净。保证冷凝器通风畅通，提高风水交换的效率。
5、每年分两次检查各水路流量计是否正常，并调整各水流接点。
6、每月倒换一次主备水泵，保证备份的可靠性。
7、由于水中电离子的存在，电子管屏极很容易对铜电解腐蚀，所以每年在水路大检中，必须拆开电子管屏极水管接头，检查防锈电极的腐蚀情况，清洁和更换。
8、定期检查离子交换器和水导测量单元。
五、设计中不符合实地运行情况的具体表现
我们在长期的运行维护当中，发现一些设计中不符合实地运行的情况，具体表现在以下几个方面：
1、低压风开关损坏，发射机掉至黑灯丝AUX问题。
发射机低压风有两个风接点（K70和K131），一个安装在低压风机箱内，一个安装在控制机箱内。K70检测滤尘网是否太脏而风量不足，当滤尘网太脏时，K70常闭接点断续开合，控制系统告警，发射机显示“Air filter clogged”，不会掉高压，所以它的保护级别较底。K131检测控制机箱的低压风量是否足够，当K131检测到风量不足时，控制系统发出指令掉高压至黑灯丝并告警，它的保护级别较高。当发射机掉高压后，值班员能及时发现，在手动加起高压，最快也会超过3分钟，这将对安全播音造成很大的影响。我们经过认真分析，仔细研究后发现，K131的保护级别太高，假如低压风没有的话，系统将发射机工作状态降至“STBY”并能及时告警，值班员及时处理，会降低停播时间。实际上风压监测开关给出的是一个24V的信号，当风量充足时，K131闭合，给出24V信号送给控制系统控制板YCS01的B6端，高电平有效正常。当风量不足时，控制板YCS01的B6端采集不到24V高电平信号，系统就会发出指令落高压并警告。我们经过试验，拔掉A131板上19、20端子，并且短路A131板19、20端，机器正常，这时只是监测不到进入高周机箱和控制机箱的风量是否充足，失去了风量保护。我们尝试把监测低压风19、20端子插到A132板47、48端子（端子空闲短路状态）上，断开K131开关（模拟低压风量不足），发射机就会掉高压至“STBY”并告警。发射机会出现“FET amplifier blocked”告警，延时5秒后才落到“STBY”。告警信息并非“Air filter clogged”，这点值班员也一定清楚。改造后，值班中应注意的是，当发射机出现“FET amplifier blocked”故障告警时，要及时检查发射机低压风风量是否充足，如果低压风机不转，应及时手动将发射机降至黑灯丝AUX状态，防止没有低压风而损坏其他器件。如低压风正常则为或其他故障，不会影响安全播音和发射机的安全。
2、高压风取样开关K131坏或者抖动引起掉高压问题。
播音中发射机突然掉至“AUX”状态，并告警，重升灯丝不上，发射机控制板YCS01上的9号LED指示灯灭，屏显"high pressure ventilation Missing"(高压风丢失)。经分析认为，由于风接点内部脏（风接点抖动），使风接点接不上。而高压风正常作为升灯丝的必备条件之一，若无高压风正常信号，从保护发射机的角度，则发射机掉至AUX状态。打开控制机箱门，检查高压风电源空开正常，按“FIL”启动高压风机运转正常，拔下高末管的进风口确认有风，判断是取样控制故障，高压风接点（K132）坏引起，为了避免因风接点（坏或者抖动）故障造成停播，现我台在V1灯丝变压器旁边风筒取样，加装一高压风接点取样，最后在于原高压风取样断并联，减少因高压风抖动或取样问题产生的掉高压现象，可靠性大大增强（同时要注意定期清洁检查风接点）。
3、冷凝器室进风量不足问题，引起冷凝器强风及机房大厅负压问题。
发射机的附属设备冷凝器室采用自然侧向进风，一是无法保障三部机器冷凝器的总进风量，二是无法保证每部机器均匀进风（尤其是离沉降室最远的冷凝器，进风更小），影响发射机设备冷却系统运行效果，尤其是夏天会对发射机稳定性产生不利影响。北方地区因为进风灰尘含量较大，进风口容易堵塞严重影响进风，要求检修工作周期短，检修工作量加大；使冷凝器交换效能严重下降，无法满足发射机冷却要求。由于长期用水清洁冲洗沉降室滤尘网，使得滤尘网风页、风阀转动不灵活，紧急情况下，手动开启与关闭滤尘网风页、风阀，人为增加工作量。进风室设计中没有考虑进风降温设施，陕西地区夏季温度特别高，且高温天气持续时间长，由于进风温度高达40度，使得发射机水温较其它季节明显升高，发射机工作稳定性明显下降，严重影响安全播音工作顺利进行。是发射机夏季工作稳定性下降的主要因素。
基于以上，我们认真分析，决定给冷凝器室加装增压鼓风降温设备，一是增加三部机器冷凝器的进风量，保证各冷凝器所需的进风量。二是平衡各冷凝器进风不平衡、出现冷凝器抢风现象的问题。并且根据环境温度的变化，适时开启水洗风，降低进入冷凝器室进风的温度。当开启增压鼓风降温设备后，在波纹状的纤维纸表面有层薄的水膜，当室外的干热空气被风机抽吸穿过湿帘纸时，水膜中的水会吸收空气中的热量后蒸发，带走大量潜热，使经过湿帘纸的空气温度降低，经过这样处理后的凉爽湿润空气进入冷凝器室。同时由于冷凝器室进风量的加大，不存在从机房大厅向冷凝器室进风，造成机房大厅负压的问题，当机房大厅为正压后，可以大大提高机器的清洁，减轻检修人员的工作量，利于机器的稳定性。
4、冷凝器一个风机坏引起停播问题。
播音中出现故障，提示热交换器故障告警。经分析认为由于对应冷凝器的风机M2内轴承磨损，转动阻力增大，引起A200中FR221热继电器跳。继而K221继电器跳开，显示热交换器故障告警，热交换器风机不转。为了应对冷凝器的一个风机坏引起掉高压停播问题，我们在A200中对冷凝器的4个风机电源开关和接触器进行了改造，原来冷凝器的4个风机保护接线为串联方式，只要有任意一个风机电源有问题，就会引起故障掉高压，造成停播。现在A200柜中将冷凝器风机电源接触器保护串联改为两并一串，即上面和下面各2个风机对应的接触器保护先并联，然后在串联接入原线路。改动后，可减少因为一个（或上下各一个）风机问题出现的掉高压现象，可以维持播音（断开坏风机相应电源开关），播音结束或者代播后，及时处理修复。
5、发射机PSM变压器温度高报警问题。
在播音中，机器突然报警显示PSM变压器温度过高。查看低压风冷却正常，用点温计对PSM变压器测温，发现机器的PSM变压器温度高报警，虽然PSM上方有低压风强制冷却，但是不是直接方向对准PSM变压器，所以效果不是很理想，于是对PSM变压器的冷却进行了改造，PSM变压器上边风冷方式不变，从模块上方低压风筒，两个PSM变压器中间位置处开口25×25CM，用镀锌铁皮打造成25×25CM风筒，将风引至PSM变压器的下方，在分支给2个PSM变压器三相底部分别送风强制冷却，使之对PSM变压器的硅钢片至下向上冷却降温，从而使整个变压器温度降低，减少PSM变压器因温度高热量散热不畅问题。自从改造以后，效果明显，在没有PSM变压器温度高报警的情况出现。
6、冬天冷凝器的保温问题。
西北地区的冬天，天寒地冻，最低温度有时会到达零下10℃。对发射机而言，冷凝器是最薄弱的环节，最容易被冻坏，一旦冷凝器被冻坏，维修起来特别不容易，假如不能维修，需要更换的话，受到冷凝器室空间的限制，拆卸装费时费劲，严重威胁安全播音的进行。在工作状态下，冷凝器室温度保持在15℃以上，但是在发射机不播音（或者播音间隙超过2小时）的情况下，极端天气对冷凝器是一个很大的考验，再次我们考虑设计一套简单电路，包括在末级电子管V2出水端加装了温度探头，在冷凝器入水管道上加装外置电源加热丝带以及简单的系统。在机器不播音的情况下，温度太低，低于设定值，送给系统的温度采样信号，经系统比较，输出信号，发出启动指令，一是断掉两个冷凝器风机电源的交流接触器，断开电源，风机停转。减少风水交换的效率，尽可能降低系统水路的温度，二是启动加热装置，为降温的水路进行加热，风水交换器中的冷却水通过循环流动使水温逐渐升高，由此避免了冷凝器管道结冰达到了防止风水交换器因气温骤降引起冷凝管爆裂事故的发生。保证循环水路的温度，不低于10℃，开始播音时，随着温度的升高，温度采样信号送给系统，系统启动发出指令，一是让断开的两个冷凝器电源接触器合上，断开的风机开始转动。二是断开冷凝器入水管道上加热丝带加热装置的电源，恢复机器原来的工作状态，开始播音。
7、末级电子管TH576灯丝变压器中相变色问题。
在运行维护中，我们发现B01#机V2灯丝变压器中相变色（相对其他两相），中相温度高于其他两相，长期运行存在着潜在的风险和危害，直接威胁安全播音，经检查分析原因，发现灯丝变压器长期负荷工作，电源中相散热不畅，平时播音中，灯丝变压器的温度很高，加之B01#机播音时间长，每天播音时间长达22小时，经过认真比较筛选方案，V2灯丝变压器距离高压风管距离很近，在不影响高压风对V2管座和V1的冷却的前提下，最终确定了在高压风主管道上，利用原来开口（原来留有Φ3.5开口，被老外堵住了），加装一Φ3.5复合材料软风管，对V2灯丝变压器中相强制吹风冷却，降低V2灯丝变压器中相的工作温度，延长V2灯丝变压器使用寿命，经实际测量，工作中的变压器中相温度比其他两相温度低2-3度，这种技术改造，改动最少，花费最小，效果显著，解决了隐患。