艦船電氣設備熱監控技術研究

石　磊　陳　瑜

(海軍駐武漢七一九所軍代室　武漢　430205)

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艦船電氣設備熱監控技術研究

石磊陳瑜

(海軍駐武漢七一九所軍代室武漢430205)

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

關鍵詞艦船; 紅外測溫; 熱監控

Class NumberU662

1　引言

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

2　常見的艦船電氣設備故障分類

常見的艦船電氣設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(℃)。用紅外監視系統就可以確定諸如空氣流通不好、局部漏電、電壓不穩、軸承損壞、絕緣不良、定子和轉子有損壞等情況。當聯軸節與電機聯用時,不正常的熱圖像就可以確認它們之間調整不良。電機和發電機的設計公差是精密的,只有在適當的運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準,當這些標準被超過時,無論機械上的還是電器上的反應都能縮短設備的壽命,甚至能導致災難性的故障。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%。當電機溫度降到正常溫度時,絕緣材料的性能通常會恢復到原有水平。另一方面,當溫度超過允許運行溫度時,其絕緣壽命就降低50%。這是在超過最高設計溫度情況下運行僅幾個小時就會發生的不可逆轉的結果。當通過測量電機外殼的溫度來預測電機的絕緣溫度時,應該考慮到,電機內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的絕緣材料,而且對軸承所用潤滑劑也有不利影響。當溫度升高時,潤滑劑的粘度降低,這會導致軸承過早損壞。由于不良潤滑會增加摩擦力,電機軸承附近區域的溫度也將升高。

2) 泵及液壓系統熱故障

導致泵及液壓系統出現異常升溫的原因主要有以下幾點:

(1)裝配不良;

(2)油液質量差;

(3)管路故障;

(4)受外界條件影響;

(5)內部泄漏大,容積效率過低而發熱;

(6)摩擦或轉動部件因潤滑不良或卡阻導致異常發熱。

3) 其它電氣設備的熱故障

如連接頭或觸點因腐蝕、氧化、磨損等導致的接觸不良故障,線圈局部短路故障,因潮濕、鹽霧或其他原因導致的絕緣降低故障等。

3　測溫技術的種類

熱監控技術的核心在于測溫技術。溫度測量技術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需要進行充分的熱交換,一般需要一定的時間才能達到熱平衡,所以存在測溫的延遲現象,同時受耐高溫材料的限制,不能應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,反應速度一般也比較快;但受到物體的發射率、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

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

1) 不需要接觸被測介質,不會擾亂目標溫度場,延長儀表壽命和可靠性;

2) 測溫速度快,能檢測目標溫度迅速變化過程,能測量運動物體的溫度;

3) 便于實現自動測量、記錄、控制溫度,實現溫度值遠距離傳輸和處理;

4) 測溫范圍廣,上限不受限制,下限可至-170℃;

5) 測量距離可遠可近,近者可測數厘米,遠者可達近百公里;

6) 可測量小面積目標,目前可測出直徑小于7.5μm的目標溫度。

從以上優點可以看出,紅外測溫技術能夠較好地滿足電氣系統的測溫要求。

5　電氣類設備紅外診斷技術效益

隨著現代紅外技術不斷成熟和日臻完善,利用紅外檢測的遠距離、不接觸、準確、實時、快速等優點發展起來的電氣設備狀態紅外監測技術,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測和診斷電氣設備的大多數故障,所以倍受國內外電力行業的重視,并得到快速發展,它的普及與應用己逐步成為確保電氣設備正常運行而采取的一種重要技術手段,主要在于以下幾方面優勢:

1) 在促進電氣安全中的突出作用

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

2) 填補現有檢測方法對各種故障的檢測真空

紅外診斷技術在電氣設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越性,而在于它能夠發現其它檢測方法難以甚至是根本無法發現的某些特殊性故障或缺陷。譬如,設備缺油、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,無論是常規的預防性試驗方法,或是在線監測新技術都無能為力。因此,紅外診斷方法是電氣設備預防性試驗必要的有益補充,是開展狀態維修必不可少的重要保證。

3) 實現經濟效益和社會效益雙贏

根據美國有關應用部門不完全統計,利用紅外技術檢測電力設備的投入產出比達到1∶19以上。紅外診斷技術業已成為電力設備監測、普查、及時發現隱患,杜絕惡性突發性設備事故的一種行之有效的手段。設備不需停運,即可捕捉電氣設備和熱力設備的潛伏故障,防患于未然,從根本上確保系統的安全可靠,徹底消除“安全瓶頸”,最大限度地滿足系統運行要求,并降低運行成本,使經濟效益和社會綜合效益實現雙贏。

6　艦船電氣設備紅外診斷意義

艦船電氣設備出現故障之后,若不及時診斷和排除,則這些故障將逐漸演變發展,最終惡化而形成事故或設備損壞甚至報廢。從目前大量的事故統計和調查分析來看,電氣設備多數故障都是逐步發生和發展的,并經過一段時間的惡性循環后,才釀成重大損失的事故。設備帶故障運行,將造成各方面性能的劣化,利用紅外診斷技術對艦船電氣設備的運行狀態進行在線監測和故障診斷,使設備從傳統的預防性檢修提高到預知性狀態檢修,對提高設備運行可靠性與有效度,提高系統運行經濟效益,降低維修成本,都有很重要的意義。由于電氣設備的可靠程度直接影響到艦船的安全性和行動力,因此,對其運行狀態的監測、故障診斷和及時維修應當受到高度重視。

7　結語

紅外檢測與診斷技術是傳統檢測維修方法的重要補充,其檢測過程簡單,結果判斷明了,快速直觀,安全可靠,對于艦船電氣設備來講,其不僅可以檢測和診斷出大量的內部、外部缺陷,尤其還可以診斷許多常規試驗方法不便于或無法檢測的故障。由于艦船舵機艙設備擁擠,可以考慮將一些主要電氣設備納入了監測范圍的同時,將熱監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備進行定期檢測,從而最大程度地保證艦船電氣系統的工作可靠性。

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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