艦船電氣設(shè)備熱監(jiān)控技術(shù)研究

石　磊　陳　瑜

(海軍駐武漢七一九所軍代室　武漢　430205)

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艦船電氣設(shè)備熱監(jiān)控技術(shù)研究

石磊陳瑜

(海軍駐武漢七一九所軍代室武漢430205)

摘要紅外測溫技術(shù)是一種非接觸、被動式的設(shè)備診斷技術(shù),對于帶電運行的高、低壓電氣設(shè)備來說,能夠在不停電的狀態(tài)下進(jìn)行遠(yuǎn)距離故障診斷,將其運用于艦船電氣設(shè)備的監(jiān)控之中,具有極其重要的意義。

關(guān)鍵詞艦船; 紅外測溫; 熱監(jiān)控

Class NumberU662

1　引言

艦船電氣設(shè)備的可靠程度直接影響到艦船的安全性和行動力。對于電氣設(shè)備來說,大部分事故隱患都會出現(xiàn)異常發(fā)熱現(xiàn)象,如軸系摩擦發(fā)熱、電機過載發(fā)熱、電氣連接點處由于接觸不良引起的發(fā)熱等等。這些潛在的熱故障會隨著連續(xù)工作時間的增加而積累甚至爆發(fā),導(dǎo)致機器燒毀、連接點燒斷等惡性事故,或引起電路繼電保護(hù)裝置動作,使船上設(shè)備無法正常工作。對于正在執(zhí)行任務(wù)的艦船來講,這是非常危險的。因此,加大對艦船電氣設(shè)備的監(jiān)控保護(hù)研究并研制相應(yīng)的監(jiān)控裝置,具有極其重要的意義。

2　常見的艦船電氣設(shè)備故障分類

常見的艦船電氣設(shè)備故障可分為如下三類:

1) 電機類熱故障

所有電機都有一個正常的熱圖像和一個最高運行溫度。此溫度常常標(biāo)在電機的銘牌上,一般都高于周圍的空氣溫度,單位攝氏度(℃)。用紅外監(jiān)視系統(tǒng)就可以確定諸如空氣流通不好、局部漏電、電壓不穩(wěn)、軸承損壞、絕緣不良、定子和轉(zhuǎn)子有損壞等情況。當(dāng)聯(lián)軸節(jié)與電機聯(lián)用時,不正常的熱圖像就可以確認(rèn)它們之間調(diào)整不良。電機和發(fā)電機的設(shè)計公差是精密的,只有在適當(dāng)?shù)倪\行條件下才能維持這一精密配合。這些條件包括已給定的溫度標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)這些標(biāo)準(zhǔn)被超過時,無論機械上的還是電器上的反應(yīng)都能縮短設(shè)備的壽命,甚至能導(dǎo)致災(zāi)難性的故障。在溫度升高時,電絕緣材料會失去它們的絕緣性能是眾所周知的事實。一般說來,溫度每升高10℃,絕緣性能就降低50%。當(dāng)電機溫度降到正常溫度時,絕緣材料的性能通常會恢復(fù)到原有水平。另一方面,當(dāng)溫度超過允許運行溫度時,其絕緣壽命就降低50%。這是在超過最高設(shè)計溫度情況下運行僅幾個小時就會發(fā)生的不可逆轉(zhuǎn)的結(jié)果。當(dāng)通過測量電機外殼的溫度來預(yù)測電機的絕緣溫度時,應(yīng)該考慮到,電機內(nèi)部的絕緣溫度至少要比所測得的外部溫度高20℃。運行溫度的升高不但影響電機內(nèi)的絕緣材料,而且對軸承所用潤滑劑也有不利影響。當(dāng)溫度升高時,潤滑劑的粘度降低,這會導(dǎo)致軸承過早損壞。由于不良潤滑會增加摩擦力,電機軸承附近區(qū)域的溫度也將升高。

2) 泵及液壓系統(tǒng)熱故障

導(dǎo)致泵及液壓系統(tǒng)出現(xiàn)異常升溫的原因主要有以下幾點:

(1)裝配不良;

(2)油液質(zhì)量差;

(3)管路故障;

(4)受外界條件影響;

(5)內(nèi)部泄漏大,容積效率過低而發(fā)熱;

(6)摩擦或轉(zhuǎn)動部件因潤滑不良或卡阻導(dǎo)致異常發(fā)熱。

3) 其它電氣設(shè)備的熱故障

如連接頭或觸點因腐蝕、氧化、磨損等導(dǎo)致的接觸不良故障,線圈局部短路故障,因潮濕、鹽霧或其他原因?qū)е碌慕^緣降低故障等。

3　測溫技術(shù)的種類

熱監(jiān)控技術(shù)的核心在于測溫技術(shù)。溫度測量技術(shù)按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來說接觸式測溫儀器比較簡單、可靠,測量精度較高;但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換,一般需要一定的時間才能達(dá)到熱平衡,所以存在測溫的延遲現(xiàn)象,同時受耐高溫材料的限制,不能應(yīng)用于很高的溫度測量。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的,測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸,測溫范圍廣,不受測溫上限的限制,也不會破壞被測物體的溫度場,反應(yīng)速度一般也比較快;但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響,其測量誤差較大。

4　紅外測溫的特點

紅外測溫技術(shù)是一種非接觸、被動式的設(shè)備診斷技術(shù),對于帶電運行的高、低壓電氣設(shè)備來說,能夠在不停電的狀態(tài)下進(jìn)行遠(yuǎn)距離故障診斷,同時,由于紅外測溫是被動接收物體發(fā)出的紅外線而不是對設(shè)備外加紅外源,因而不會對運行中的設(shè)備造成其它損害和負(fù)面影響。紅外輻射測溫具有以下優(yōu)點:

1) 不需要接觸被測介質(zhì),不會擾亂目標(biāo)溫度場,延長儀表壽命和可靠性;

2) 測溫速度快,能檢測目標(biāo)溫度迅速變化過程,能測量運動物體的溫度;

3) 便于實現(xiàn)自動測量、記錄、控制溫度,實現(xiàn)溫度值遠(yuǎn)距離傳輸和處理;

4) 測溫范圍廣,上限不受限制,下限可至-170℃;

5) 測量距離可遠(yuǎn)可近,近者可測數(shù)厘米,遠(yuǎn)者可達(dá)近百公里;

6) 可測量小面積目標(biāo),目前可測出直徑小于7.5μm的目標(biāo)溫度。

從以上優(yōu)點可以看出,紅外測溫技術(shù)能夠較好地滿足電氣系統(tǒng)的測溫要求。

5　電氣類設(shè)備紅外診斷技術(shù)效益

隨著現(xiàn)代紅外技術(shù)不斷成熟和日臻完善,利用紅外檢測的遠(yuǎn)距離、不接觸、準(zhǔn)確、實時、快速等優(yōu)點發(fā)展起來的電氣設(shè)備狀態(tài)紅外監(jiān)測技術(shù),由于在不停電、不取樣、不解體的情況下能快速實時地在線監(jiān)測和診斷電氣設(shè)備的大多數(shù)故障,所以倍受國內(nèi)外電力行業(yè)的重視,并得到快速發(fā)展,它的普及與應(yīng)用己逐步成為確保電氣設(shè)備正常運行而采取的一種重要技術(shù)手段,主要在于以下幾方面優(yōu)勢:

1) 在促進(jìn)電氣安全中的突出作用

傳統(tǒng)的預(yù)防性維修體制對于那些突發(fā)性的異常故障,以及設(shè)備處于極端運行條件下才暴露出來的缺陷無能為力,而紅外診斷技術(shù)對運行中的設(shè)備進(jìn)行非接觸在線檢測,及時發(fā)現(xiàn)故障和隱患,避免災(zāi)難性事故,在確保電氣安全、改善維修體制和提高設(shè)備運行可靠性等方面具有十分重要的意義。

2) 填補現(xiàn)有檢測方法對各種故障的檢測真空

紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備的故障檢測中獨具特色,不可替代,并不止于它較其它檢測方法具有無與倫比的優(yōu)越性,而在于它能夠發(fā)現(xiàn)其它檢測方法難以甚至是根本無法發(fā)現(xiàn)的某些特殊性故障或缺陷。譬如,設(shè)備缺油、漏磁致熱、散熱管油路阻塞以及大量超高壓線路接頭的普查等,無論是常規(guī)的預(yù)防性試驗方法,或是在線監(jiān)測新技術(shù)都無能為力。因此,紅外診斷方法是電氣設(shè)備預(yù)防性試驗必要的有益補充,是開展?fàn)顟B(tài)維修必不可少的重要保證。

3) 實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙贏

根據(jù)美國有關(guān)應(yīng)用部門不完全統(tǒng)計,利用紅外技術(shù)檢測電力設(shè)備的投入產(chǎn)出比達(dá)到1∶19以上。紅外診斷技術(shù)業(yè)已成為電力設(shè)備監(jiān)測、普查、及時發(fā)現(xiàn)隱患,杜絕惡性突發(fā)性設(shè)備事故的一種行之有效的手段。設(shè)備不需停運,即可捕捉電氣設(shè)備和熱力設(shè)備的潛伏故障,防患于未然,從根本上確保系統(tǒng)的安全可靠,徹底消除“安全瓶頸”,最大限度地滿足系統(tǒng)運行要求,并降低運行成本,使經(jīng)濟(jì)效益和社會綜合效益實現(xiàn)雙贏。

6　艦船電氣設(shè)備紅外診斷意義

艦船電氣設(shè)備出現(xiàn)故障之后,若不及時診斷和排除,則這些故障將逐漸演變發(fā)展,最終惡化而形成事故或設(shè)備損壞甚至報廢。從目前大量的事故統(tǒng)計和調(diào)查分析來看,電氣設(shè)備多數(shù)故障都是逐步發(fā)生和發(fā)展的,并經(jīng)過一段時間的惡性循環(huán)后,才釀成重大損失的事故。設(shè)備帶故障運行,將造成各方面性能的劣化,利用紅外診斷技術(shù)對艦船電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測和故障診斷,使設(shè)備從傳統(tǒng)的預(yù)防性檢修提高到預(yù)知性狀態(tài)檢修,對提高設(shè)備運行可靠性與有效度,提高系統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)效益,降低維修成本,都有很重要的意義。由于電氣設(shè)備的可靠程度直接影響到艦船的安全性和行動力,因此,對其運行狀態(tài)的監(jiān)測、故障診斷和及時維修應(yīng)當(dāng)受到高度重視。

7　結(jié)語

紅外檢測與診斷技術(shù)是傳統(tǒng)檢測維修方法的重要補充,其檢測過程簡單,結(jié)果判斷明了,快速直觀,安全可靠,對于艦船電氣設(shè)備來講,其不僅可以檢測和診斷出大量的內(nèi)部、外部缺陷,尤其還可以診斷許多常規(guī)試驗方法不便于或無法檢測的故障。由于艦船舵機艙設(shè)備擁擠,可以考慮將一些主要電氣設(shè)備納入了監(jiān)測范圍的同時,將熱監(jiān)控裝置與手持式或便攜式紅外檢測儀器配合使用,利用便攜儀器對其它一些輔助設(shè)備進(jìn)行定期檢測,從而最大程度地保證艦船電氣系統(tǒng)的工作可靠性。

參 考 文 獻(xiàn)

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*收稿日期:2015年10月17日,修回日期:2015年12月3日

作者簡介:石磊,男,碩士,高級工程師,研究方向:艦船電子工程。陳瑜,男,碩士,工程師,研究方向:艦船電子工程。

中圖分類號U662

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.04.004

Thermal Monitoring Technology of Marine Electrical Equipment

SHI LeiCHEN Yu

(Naval Representative Office in 719 Research Institute, Wuhan430205)

AbstractThermal monitoring technology is a kind of non-contact infrared temperature measurement technology, passive diagnosis technology. For electric operation of the hign and low voltage electrical equipment, remote fault diagnosis without blackout and application in the monitoring of ship electrical equipment, has the extremely important significance.

Key Wordsship, infrared temperature measurement, thermal monitoring