DX200KW中波发射机故障预警系统的设计与实施

杜鹏

摘要：DX200KW中波发射机具有设计线路复杂、器件安装位置紧凑、控制板卡繁多的特点，在故障发生时，故障点难以查找，器件更换复杂，对安全播出工作造成极大的影响，而现有的技术和检修手段，无法实现故障位置的提前发现、提前处理，只能在故障发生时，才能发现器件的老化及损坏的问题。中波发射机故障预警系统的投入使用，实现了发射机故障点的提前预判与告警，为设备的及时、有效的维护提供了技术支持，极大的保障了发射机的稳定播出。

关键词：故障预警发射机无线温度传感器数据分析

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）14-0202-05

1概述

DX200KW中波发射机已投入使用十年有余，发射机器件老化程度日益加重，故障发生的概率随之上升。为避免出现长时间的停播，预防性维护和快速处理故障显得尤为重要。在传统的检修维护中，主要依靠检修人员的工作经验来判断器件的品质，采用“望、闻、问、切”四种方法。即观察器件表面有无变色、裂痕；闻线路是否因为异常升高出现外壳烧灼的刺激性气味；测试真空电容及电子器件是否偏离正常测试数值；触摸真空电容及视线无法观测到的器件表面有无凸起、裂纹，以此为判断器件是否老化、是否需要予以更换的依据。存在受检修时长、检修人员技能水平、工作经验等不可控因素影响的情况，容易发生漏巡、漏检。寻求一种实时、可靠、高效、自动的巡检方法、并实现故障预警是本系统建设的背景。

发射机大部分故障时由于器件老化，受过流、过压导致品质下降，一般表现为：在故障发生之前，元器件的产热量会远高于其正常工作状态的产热量，表面温度异常升高。通过对器件的温度实时、在线监测，可在故障发生前准确的获取器件的温度变化情况，通过数据分析、比对，提前告警、提醒值班人员及时处理，同时也可帮助检修人员快速定位故障发生位置，有效的提升了安全播出保障能力。

2 DX200KW中波发射机故障预警系统设计

2.1系统构架

发射机故障预警系统由三部分构成，即：无线温度传感器（接触式无线温度传感器和红外无线温度传感器）、无线温度采集器、人机交互单元。系统构架如图1所示。

无线温度传感器采用数字测温芯片，实时测量发射机关键部件的温度，通过2.4G收发模块实时传递至无线温度采集器。无线温度传感器通过2.4G无线模式组网测温节点，无线温度采集器完成温度数据的显示与越限判断，显示各个测温节点的工作状态，采用以太网有线模式接人到人机接口单元中，实现测温数据与应用程序交互。人机接口单元应用程序完成数据采集包接收、命令下达、温度数据汇总和分析、并上传设备预警信息至机房运行监控系统。

2.2系统功能设计

2.2.1系统功能概述

故障预警系统的主要目标是实时监控发射机设备工作状态，发生故障及时报警，保证发射机平稳正常运行；对接机房运行监控系统，作为子系统，弥补其故障预警方面的不足；通过对发射机关键部件温度的数据分析，对发射机进行前瞻性维护，提升检修质量和工作效率。

2.2.2无线温度传感器的功能实现

1）发射机整流柜内采用贴合式温度探头配合使用单通道信号发射模块的无线温度传感器。

2）发射机功放机柜内的驱动级、功放级调谐电容上使用带屏蔽的温度探头配合四通道信号发射模块的无线温度传感器，达到抑制电磁干扰带来的传感器离线、采样温度数据越变的问题。

3）发射机输出柜内电磁环境最为复杂，同时柜内电感、电容处于高电压、大电流的运行状态下，贴合式温度探头不可固定在器件表面。因此，在输出柜内采用红外设备取样器件温度数据的方式。

4）利用对单通道信号发射模块及四通道信号发射模块的使用，实现了采样温度信息的数字化（IP）。

2.2.3数据采集器的功能实现

1）数据采集器通过内置无线接收模块，接收无线温度传感器上传的实时温度取样数据，并予以显示，监测温度传感器的功能状态，数据采集器可根据预设的温度越线值对采集的温度进行判定，超限温度将在屏上被标示，同时，以蜂鸣声的形式告警。

2）采用Socket通信方式实现实时温度数据及无线温度传感器状态的上传。

2.3發射机故障预警系统软件功能

故障预警系统软件功能模块如图2所示，由设备总况、告警管理、配置管理、查询中心、数据处理、系统日志，共六个功能模块组成。

1）系统主界面

发射机故障预警系统界面如图3所示，上传至发射机故障预警系统软件的数据，按照器件所属的发射机单元进行分类。分为整流柜、功放柜、输出柜、馈筒、变压器，共计五个取样单元。当单元内温度数据均处于设定的警戒阈值内，此时界面上各个单元显示为绿色，如果出现一个或多个温度超过设定的阈值时，单元实时显示为此时最高告警等级相对应的颜色。预警为黄色，越限为橙色，告警为红色，随着颜色的变化，告警级别依次上升。

2）告警管理

告警管理界面如图4所示，在告警管理功能模块中，可按照各个器件对应的节点、某一历史时间段等条件查巡故障预警系统所发出的历史告警数据（包含预警、越限、告警），支持设置告警重发时间和导出excel表格功能。

节点告警配置界面如图5所示，根据故障预警系统的长时间运行所得到的数据，在节点告警配置界面中可增加或设定对应节点的预警阈值、越限阈值以及告警阈值，以确保阈值设定的准确性和合理性。

3）系统配置

网关配置界面如图6所示，故障预警系统具有较强的可扩容性，如在用的网关通道均已使用时，可在配置界面中增加网关，从而增加无线温度传感器数量，达到系统扩容的目的。

节点配置界面如图7所示。在网关配置界面中，选择对应网关，进入节点配置界面，在此界面中，可增加、删除、修改网关内的无线温度传感器节点。

4）查询中心

查询中心功能模块提供数据查询、统计分析、历史比对分析、柜内比对分析、趋势分析，五种查询模式。

数据查询界面如图8所示，在此界面中可依据需要查询的节点所属发射机、机柜单元、节点名称，快速确定节点位置。按需选择历史数据的开始时间、结束时间，温度范围，筛选数据范围。

当发射机工作时，随着发射机工作时长的增加，环境温度升高，器件温度也会随之升高，并呈现以24小时为周期的周期性变化。结合器件温度变化的特点，数据查询功能模块支持对同一监测点数据的折线图展示，用户可快速的查找确定节点温度异常所处时间段，查看、分析器件运行温度的趋势。节点温度折线图如图9所示。

针对发射机器件在故障前温度会明显升高，故障预警系统发出的告警信息数量也会增多的特性。在统计分析功能中，支持用户按照节点所属发射机、告警级别、告警时间段等筛选条件，查看任意器件的告警频率，查询结果以折线图的形式直观展示，如图10所示。

历史比对分析、柜内比对分析，均是基于节点的历史温度数据，不区分正常温度数据及告警温度数据。历史比对分析，支持节点当天温度走势与一天前温度走势及一年前的温度走势，三项数据对比。柜内比对分析界面如图11所示，在此界面下，可按照需求选择任意一个或多个节点进行温度走势比对，方便用户比对相邻器件的温度变化情况。

故障预警系统可自行根据所采集到的历史温度数据分析发射机器件的温度变化趋势，同时自动分析并筛除错误数据，提供直接的分析结果，为发射机器件的维护提供依据。如图12所示。

5）数据处理与日志

数据处理模块支持用户按照设备从属结构、告警等级、开始时间、结束时间等条件，查询、导出、导入、释放数据。用户对故障预警系统的操作行为均可在日志中查看，包括具体的操作時间、登录用户名、操作行为。

2.4故障预警系统特点

目前市面上针对电磁环境恶劣，直接取样其温度数据的解决方案较少，且造价较高、外设设备复杂，不易在Dx200kw发射机狭窄的内部空间安装，无法满足发射机输出柜内电感、电容的温度取样需求。部分台站使用的温度传感器受高频串扰、电磁干扰只能选择性的监测部分设备、无法做到对任意器件的监测。同时，其取样到的数据仅能作为一般性指示数据，无法实现系统的预警和设备状态的判断。

相比之下，DX200KW中波发射机故障预警系统具有以下优势和特点：

1）故障预警系统采用2.4G无线收发模块，具有布线方便、组网自由、可扩展性强的特点。

2）解决发射机电感、电容温度取样数据的电磁干扰问题。

3）数据处理及分析能力强大，可对设备的运行状态做出分析和判断，对运行状态降低的器件，做到提前预警，提示维护人员进行针对性检修。

4）实现对发射机关键器件的自动巡检，与现有的人工维护模式相结合，确保发射机的稳定播出。

3结束语

DX200kW中波发射机故障预警系统投入使用以来，有效降低了因发射机器件老化而造成停播事故的发生，实现了对关键器件实时、长期的监测，为器件的检修维护提供依据，规避了传统检修中，检修人员主观决定对发射机维护工作的影响，提升了检修工作质量，达到了系统预定的设计目标。