銀膜云母電容在中波發(fā)射機(jī)中的使用與維護(hù)

（廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)，廣東 廣州 510800）

銀膜云母電容在中波發(fā)射機(jī)中的使用與維護(hù)

馮兆今

（廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)，廣東 廣州 510800）

本文通過分析大功率全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)中銀膜云母電容失效原因，總結(jié)出針對(duì)此類電容維護(hù)方案。

銀膜云母電容；大功率全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)；異態(tài)溫升；爆裂

1 前言

電容是中波發(fā)射機(jī)中最基礎(chǔ)、最重要的元件之一。調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)中電容性能的穩(wěn)定與否，決定發(fā)射機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定與否，對(duì)安全播出起著至關(guān)重要的作用。由美國CDE公司生產(chǎn)的CDM 293銀膜云母電容由于其機(jī)械性能優(yōu)良，且自身電感小，耐壓范圍寬，額定工作電流大等優(yōu)點(diǎn)，被普遍應(yīng)用于大功率全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)中，我臺(tái)使用的由美國HARRIS公司生產(chǎn)的3DX—50及DX—200中波發(fā)射機(jī)均使用了該型號(hào)的電容。在日常的運(yùn)行維護(hù)中，我們發(fā)現(xiàn)隨著播音時(shí)間的持續(xù)，此型號(hào)電容會(huì)出現(xiàn)異態(tài)溫升、容量值變大、絕緣度下降甚至炸裂的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。為防止相關(guān)故障重復(fù)出現(xiàn)，我們?cè)敿?xì)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，認(rèn)真分析電容出現(xiàn)問題原因，有針對(duì)性地加強(qiáng)對(duì)此類電容的檢查維護(hù)，收到了良好的效果。

2 故障匯總

2.1 驅(qū)動(dòng)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)電容容量值變大，引起發(fā)射機(jī)欠驅(qū)動(dòng)而保護(hù)關(guān)機(jī)

我臺(tái)使用的DX—200中波發(fā)射機(jī)在運(yùn)行的過程中，曾出現(xiàn)欠驅(qū)動(dòng)、射頻封鎖而保護(hù)關(guān)機(jī)。在故障排查過程中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)工作的四個(gè)CDM 12000PH/5kV/43A型號(hào)的銀膜云母電容中有一電容容量值嚴(yán)重偏離，達(dá)到標(biāo)稱值數(shù)倍之多，進(jìn)而引起驅(qū)動(dòng)級(jí)劇烈失諧，發(fā)射機(jī)出現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)故障。在對(duì)該電容進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)量的過程中，我們還發(fā)現(xiàn)其絕緣度嚴(yán)重下降，與其并聯(lián)的另外三個(gè)同型號(hào)電容的絕緣度也出現(xiàn)了一定程度的下降。

2.2 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)電容爆裂，引起發(fā)射機(jī)綜合輸出故障而保護(hù)關(guān)機(jī)

3DX—50中波發(fā)射機(jī)在運(yùn)行過程中，輸出機(jī)柜內(nèi)發(fā)出一聲爆炸聲，發(fā)射機(jī)故障關(guān)機(jī)，同時(shí)伴隨濃烈的焦味傳出，故障記錄顯示為：駐波比故障、網(wǎng)絡(luò)相位故障、網(wǎng)絡(luò)零位故障、過流故障、綜合輸出故障、綜合電源故障。打開輸出柜后機(jī)箱門，發(fā)現(xiàn)為輸出匹配網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)工作的四個(gè)CDM 2400PH/12kV/22A電容中有一電容爆裂所致。

3 電容失效原因分析

3.1 電容各項(xiàng)參數(shù)測(cè)量分析

在發(fā)射機(jī)完成一天播出任務(wù)關(guān)機(jī)后，馬上打開電容所在機(jī)箱柜門，用紅外測(cè)溫槍逐一測(cè)量記錄每個(gè)電容的溫度。再將此類電容全部拆下，逐一進(jìn)行容量測(cè)量及直流高壓試驗(yàn)測(cè)試其耐壓值。

圖1 CDM 293銀膜云母電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

通過測(cè)量分析發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)工作于同一部發(fā)射機(jī)同一部位型號(hào)相同的電容溫度不盡相同，如一3DX—50發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)三次諧波電路并聯(lián)電容組中，溫度最低比室溫高14℃，最高比室溫高32℃。通過對(duì)比分析，我們發(fā)現(xiàn)此類電容的容量值和耐壓值與溫度存在一定關(guān)系：溫度最高的電容在室溫下，其容量值已比標(biāo)稱值變大21%，耐壓值比標(biāo)稱值下降50%左右，其他并聯(lián)的電容容量值均比標(biāo)稱值大，但不超過5%，耐壓值則未見下降。用電吹風(fēng)將電容均勻加熱至剛關(guān)機(jī)時(shí)所測(cè)溫度狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其容量值較常溫時(shí)大，耐壓值較常溫時(shí)下降。說明此類電容的容量值會(huì)隨溫度升高而變大，耐壓值隨溫度升高而下降，并且在一定程度上是一不可逆過程。

3.2 電容異態(tài)溫升原因分析

通過測(cè)量對(duì)比，得出電容異態(tài)溫升與電容失效關(guān)系密切，為找出電容異態(tài)溫升原因，將一爆裂電容剖解，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該型號(hào)電容包括環(huán)氧樹脂、云母片、涂銀層等三個(gè)部分，通過在云母片上噴涂銀層做電極板，極板和云母一層一層疊加后，再封固在環(huán)氧樹脂中制成。電容封裝用的環(huán)氧樹脂熱導(dǎo)率（0.18W/mk）低于電容內(nèi)部云母片熱導(dǎo)率（0.43～4.5W/mk），在高頻、大電流情況下，電容內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)通過環(huán)氧樹脂層進(jìn)行良好的傳導(dǎo)和擴(kuò)散，電容溫度會(huì)隨播音時(shí)間逐漸升高。而據(jù)前面的分析，電容溫度升高會(huì)導(dǎo)致其耐壓值下降，即漏電流會(huì)增加，漏電流增加勢(shì)必又會(huì)導(dǎo)致電容溫度進(jìn)一步升高，形成惡性循環(huán)。

3.3 電容爆裂原因分析

現(xiàn)代全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)，特別是3DX—50發(fā)射機(jī)，都設(shè)有完善的監(jiān)測(cè)保護(hù)電路，以確保發(fā)射機(jī)各部位出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)封鎖保護(hù)。其輸出網(wǎng)絡(luò)配有VSWR檢測(cè)器、電弧檢測(cè)器等來提供駐波比過大，拉弧等瞬態(tài)保護(hù)。前面分析得出，銀膜云母電容失效過程不是瞬時(shí)的，有一不斷遞進(jìn)的過程，若輸出匹配網(wǎng)絡(luò)電容容量發(fā)生變化達(dá)一定程度時(shí)，應(yīng)會(huì)引起駐波比過大，使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生駐波比故障而功率折回或保護(hù)關(guān)機(jī)，不至于突然就出現(xiàn)電容爆裂，發(fā)射機(jī)故障關(guān)機(jī)，但現(xiàn)實(shí)卻并非如此。為探尋電容爆裂原因，對(duì)并聯(lián)工作于3DX—50發(fā)射機(jī)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)CDM 2400PH/12kV/22A電容的工作電壓和電流進(jìn)行計(jì)算。

3DX—50發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)包括約3歐姆變換到50歐姆（A點(diǎn)輸出阻抗Rout）的調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)，三次諧波濾除網(wǎng)絡(luò)等，其原理圖如圖2所示。爆裂的電容為并聯(lián)工作于電容組C5A中的一個(gè)。發(fā)射機(jī)末級(jí)功放輸出的合成功率到天線的傳輸效率η大約為95%，輸出功率PT=50KW，則A點(diǎn)的電壓為：

C5A電容組兩端的電壓等同于A點(diǎn)的電壓，電容爆裂的發(fā)射機(jī)工作頻率為648kHz。四個(gè)電容并聯(lián)工作，則流過每一個(gè)電容的電流為：

在電容本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)致使其散熱效果不佳的前期下，加上工作電壓高達(dá)1622.21V，通過電流高達(dá)15.85A，電容的發(fā)熱狀況可想而知。此類電容溫度上升又會(huì)引起容量變大，在單個(gè)電容容量變大達(dá)40%以上情況時(shí)，對(duì)于整個(gè)并聯(lián)電容組而言，容量變化并不大，不會(huì)造成匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)發(fā)生太大變化，電容兩端電壓基本不變，通過容量變大電容的電流勢(shì)必增加，發(fā)熱量持續(xù)增大，進(jìn)而陷入前面分析所述的惡性循環(huán)，而此時(shí)電容將工作在超負(fù)荷（此型號(hào)電容的額定工作電流為22A）狀態(tài)下，發(fā)熱將相當(dāng)嚴(yán)重。電容漏電流增大與電容溫度升高相互促進(jìn)，最終溫度急劇攀升而導(dǎo)致電容爆裂。

4 日常維護(hù)

通過收集的數(shù)據(jù)及計(jì)算分析得出，需要針對(duì)銀膜云母電容制定周期性的維護(hù)檢修計(jì)劃。勤于測(cè)量記錄發(fā)射機(jī)剛關(guān)機(jī)時(shí)此類電容表面溫度，并對(duì)每個(gè)電容建檔管理，發(fā)現(xiàn)異常溫升及時(shí)排查，區(qū)分端點(diǎn)接觸不良或電容自身原因所致。根據(jù)發(fā)射機(jī)每日工作時(shí)間長短，及電容工作電壓、電流大小制定計(jì)劃，定期將此類電容拆下進(jìn)行容量測(cè)量及耐壓試驗(yàn)，對(duì)容量變化過大或耐壓下降嚴(yán)重的電容，要及時(shí)予以更換。我們?cè)跈z查過程中，曾從不同機(jī)型發(fā)射機(jī)不同部位發(fā)現(xiàn)并換下多個(gè)耐壓值下降達(dá)到50%以上的此類電容。自從加強(qiáng)對(duì)銀膜云母電容的維護(hù)以來，未再發(fā)生因此類電容失效而導(dǎo)致發(fā)射機(jī)故障的情況。

在保證電容自身性能良好的同時(shí)，還要避免其他外圍因素對(duì)電容的不良影響，如端點(diǎn)接觸不良發(fā)熱或整體散熱效果不佳等情況而導(dǎo)致電容溫度上升。要勤于檢查連接端子牢固性及關(guān)注發(fā)射機(jī)散熱條件情況，確保連接牢固，發(fā)射機(jī)工作環(huán)境溫度適宜及機(jī)內(nèi)風(fēng)道暢通，熱量及時(shí)排出。

結(jié)語

為避免發(fā)射機(jī)中的銀膜云母電容發(fā)生異態(tài)溫升而導(dǎo)致失效甚至爆裂，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，須在日常的維護(hù)檢修工作中加強(qiáng)對(duì)此類電容的維護(hù)。還可通過加裝導(dǎo)風(fēng)管或風(fēng)扇等形式，提升電容工

圖2 3DX—50中波發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)原理圖

作部位散熱效果，改善電容工作環(huán)境，延長電容使用壽命，降低故障概率。

[1]孫旭，楊永德．DX—200中波發(fā)射機(jī)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)[J]．有線電視技術(shù)，2014（03）：114．

[2]張呸灶,劉峰,劉傳忠,張建安,張海櫻,王亞坤．?dāng)?shù)字式調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)[M]．廈門：廈門大學(xué)出版社，2002．

TN82

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馮兆今，廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)助理工程師