广播电视工程中高山台发射设备可靠性研究

引言

广播电视发射台在我国信息基础设施中占据着重要地位，高山台因其特殊的地理位置成为广域覆盖和应急通信关键节点。其装置工作于高海拔、低气压、低温和强雷暴的复杂环境下，面临散热、防雷、防冰和能源保障的诸多挑战。同时高山台一般采用无人值守的运行方式，运维条件有限、备件运输困难、现场检修困难等都对发射设备可靠性有极高的要求。近年来随着广播电视技术向着固态化，网络化以及智能化的方向不断发展，高山台发射系统组成也越来越复杂，冗余设计以及自愈能力已经成为了确保信号安全广播的核心内容。但在已有的工程实践中还存在着环境适应不到位，架构可靠性瓶颈以及运维管理短板。对高山台发射设备可靠性进行深入研究，探究环境强化，架构优化以及智能运维等综合提升途径，既有利于提升系统稳定性，又有利于服务连续性，并对今后广电基础设施建设和提升提供现实指导。

一、广播电视工程中高山台发射设备特点

（一）环境工况特征

高山台发射装置工作于极端自然环境中，工作条件的特性直接决定着装置的可靠性和使用寿命。问题的提出高海拔地区空气较为稀薄，造成散热条件差，电子元器件长期处于高负荷工作状态下易出现过热和性能退化现象。同时低温以及昼夜间较大的温差将导致设备金属结构件的多次热胀冷缩现象、焊点、连接口以及密封件等部位较易产生疲劳和开裂现象。另外高山地区终年积雪，冰冻以及覆冰等灾害给天线，馈线以及室外设施造成了严重的负载，甚至会诱发天馈系统的机械损坏。加之强雷暴及频繁电磁干扰等因素，使得该装置在防雷，防电涌及绝缘性能上经受着极大的挑战。交通受限、电源波动等因素使装置长期脆弱地工作，电源不稳定更是加大了备用电源及储能系统的要求。

（二）发射系统构成与信号链特征

高山台发射装置系统组成呈现层级化、复杂性等特征，这决定着其信号传输链运行稳定、可靠。典型的发射系统由激励器，功率放大模块、合成器、滤波器以及天馈系统等部分组成，各个环节之间是相互连接的，其中任何一环出现异常情况都会对整个播出效果产生影响。在广播电视技术不断进化的过程中，高山台已经逐渐将 LDMOS 器件固态化取代，增强功率放大线性度和稳定性。随着单频网（SFN）技术的应用，对授时和同步的精确度提出了更高的标准。高山台在使用时必须确保信号的延迟是一致的，这样才能避免任何干扰和盲区的覆盖。

（三）运维生态与保障链特征

高山台运行维护生态具有显著特殊性，可靠性管理需求极大。因其位置偏僻、高海拔，多数发射台采用长时间无人值守方式，决定了该装置必须具有高度自动化和自检能力。运维人员一般仅能在天气情况较好的情况下或者具体的检修窗口耗时少、频率不高，造成了常规巡检及检修的局限性。备件运输难度大、也是个很大的限制因素，高山地区路况恶劣，气候变化大，备件到账周期较长，经常不能在装备突然失效的情况下及时替换备件。

二、广播电视工程中高山台发射设备存在问题

（一）环境适应不足

目前高山台发射装置对环境的适应有明显的不足。接地及SPD 防雷体系一般不健全，在经常遇到雷暴及电涌冲击时，容易对设备造成损坏。空调及除湿设备可靠性不够，长期运行容易出现故障，造成机房湿度及温度控制失灵，加重电子器件的老化程度。另外天线及馈线覆冰严重、除冰措施不到位、机房密闭性差等因素也增加了该装置冬季工作的风险。更突出表现在高海拔环境中的器件应采用降额设计的方式，但是一些器件材料的选择没有充分考虑低气压和低温的特点，能效水平较高，造成长期工作的稳定性和经济性有限。

（二）架构可靠性瓶颈

从系统架构上看，发射设备冗余和自愈能力还有明显缺陷。尽管有些台站已经采用了 N+1 冗余的设计，但是仍然存在冗余不全的现象，合成器、滤波器以及授时系统等关键环节仍然有单点故障出现，故障发生后就会对信号播出造成直接影响。结冰情况下天馈系统容易引起驻波比的增大，如果没有有效的探测和保护，会加快功放模块的损坏速度。已有的功率放大器保护机制往往依赖于单纯的过流和过温保护而缺乏智能化调节和自愈功能，很难在复杂的环境下达到快速复原。

（三）运维与应急短板

运维和应急管理中高山台也面临着缺陷。已有远程监控系统颗粒度受限、告警规则简陋、难以实现设备状态精准感知及趋势预测、缺少PHM（健康管理）和CBM（状态维修）数据闭环。备件保障体系的不完善、前置库存和快速更换机制的缺失、运输周期长等使得应急维护的效率低下。远程运维主要靠租用链路来实现，链路稳定性与数据安全管控都存在潜在的风险，网络中断后会造成远维能力的降低。

三、广播电视工程中高山台发射设备优化对策

（一）面向极端环境的工程化强化

鉴于高山台对环境适应的不足，工程设计中应全方位加强。建立了完整的三级防雷体系和低电阻接地网保证了雷暴频繁环境中电涌的有效分散，降低了设备受损的风险。采用机房密闭设计及智能热管理系统来增强温湿度控制能力，并在馈线及天线上配置智能融冰装置以降低覆冰造成机械损坏。在电源保障上，要采取双路电源和风、光、柴储能的混合模式以增加能源冗余度和可靠性。

（二）高可靠架构与多重冗余设计

在系统架构层面，需构建多重冗余与自愈机制，消除单点故障隐患。可通过激励器热备与功放 N+l 冗余设计，确保关键模块在故障时能够自动切换，维持信号连续性。采用可旁路合成与双滤波器切换方案，并辅以自适应功率回退功能，提升系统在突发情况下的自我保护能力。授时方面，应配置GNSS 与PTP/铷钟双源授时系统，并结合链路多样化，实现同步的高可靠性。

（三）智能运维与保障体系重构

在运维和应急管理层面要引进智能化和标准化综合保障体系。首先，我们可以依据RCM（可靠性中心维修）来制定点检的标准，并与FMEA/FTA相结合来进行风险的分级，从而达到对关键设备进行细致管理的目的。通过部署PHM（健康管理）与CBM（状态维修），并结合边缘AI 技术，形成“ 监测—诊断—预报—决策” 的闭环运维模式，提高预测性维护能力。在可靠性指标方面，要对装备的可用度A=MTBF/（MTBF+MTTR）进行详细分解并确定保障目标。为了提高应急的效率，应该设置前置备件仓，并采用模块化的快速替换机制，同时辅之以无人机巡检以减少人为进入的危险。

总结

基于高山台发射装置特点，对极端环境条件下，系统架构和运维生态所面临的重大问题进行系统分析，并总结了环境适应不足的原因、面临的挑战主要集中在架构的可靠性问题以及运维和应急响应的不足。为解决上述问题，本文提出环境工程化加强，多重冗余架构设计和智能运维保障体系重构等优化策略。高山台发射设备的可靠性与可用度只有通过环境适应，系统架构与运维管理三个层次形成协同机制才有可能得到全面提高。今后的工作要进一步融合数字孪生，边缘智能及大数据分析新技术，不断完善可靠性指标体系及动态评估模型以促进高山台发射系统智能化可持续发展。

参考文献

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