電氣開關(guān)設(shè)備振動(dòng)下熱穩(wěn)定試驗(yàn)方法研究

摘"要：對(duì)于受波浪影響的海洋電氣開關(guān)設(shè)備而言，其在運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)受到海浪運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的振動(dòng)影響，因此為保證電氣設(shè)備的可靠性，其振動(dòng)下的熱穩(wěn)定性能試驗(yàn)尤為重要。本文主要對(duì)工作于水下及水面的電氣開關(guān)設(shè)備在升沉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)下的熱穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：電氣開關(guān)設(shè)備；振動(dòng)；熱穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：G4"""""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""""""doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.21.093

根據(jù)相關(guān)電氣設(shè)備振動(dòng)性能相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中主要規(guī)定了試驗(yàn)流程、振動(dòng)樣品的安裝以及振動(dòng)參數(shù)等內(nèi)容，對(duì)試驗(yàn)樣品的性能等檢測(cè)并未作詳細(xì)的規(guī)定，缺少對(duì)振動(dòng)下的熱穩(wěn)定性能試驗(yàn)方法的研究。

1"試驗(yàn)回路

試驗(yàn)系統(tǒng)由振動(dòng)臺(tái)、電源系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。

振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)滿足GJB150.16A中的要求，試驗(yàn)設(shè)備（包括所有輔助設(shè)施）應(yīng)能達(dá)到6.2規(guī)定的振動(dòng)環(huán)境、控制方案和試驗(yàn)允差要求。測(cè)量傳感器、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理設(shè)備應(yīng)符合數(shù)據(jù)測(cè)量、記錄、分析和顯示的要求。

除以上要求，振動(dòng)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)遠(yuǎn)端控制，在“中央控制室”內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端控制操作。根據(jù)系統(tǒng)的功能，電氣控制采用控制器自動(dòng)控制，通過(guò)編制軟件產(chǎn)生幅度、周期可調(diào)的正弦波設(shè)置等，由控制單元輸出到伺服放大器推動(dòng)伺服閥使臺(tái)面按正弦波規(guī)律工作，數(shù)據(jù)采集通過(guò)位移傳感器將反饋位移量送入伺服放大器與給定值進(jìn)行比較調(diào)節(jié)，控制單元同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，與顯示器通訊實(shí)時(shí)顯示。人機(jī)界面以數(shù)據(jù)和曲線實(shí)時(shí)顯示窗口為主，同時(shí)顯示輸入?yún)?shù)設(shè)定值，系統(tǒng)狀態(tài)，試驗(yàn)進(jìn)度等內(nèi)容。硬件電路：伺服放大器可完成正弦波信號(hào)放大，調(diào)節(jié)，濾波等功能。實(shí)現(xiàn)自閉環(huán)調(diào)節(jié)，各種功能控制和報(bào)警提示等功能；定位準(zhǔn)確，波形平滑，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，誤差能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

電源試驗(yàn)系統(tǒng)主要由沖擊發(fā)電機(jī)、短路變壓器、調(diào)節(jié)電抗器及功率因數(shù)電阻、TRV調(diào)節(jié)裝置等組成。

通過(guò)試驗(yàn)原理設(shè)計(jì)、整體布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣連接原理設(shè)計(jì)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)高集成度，多功能，多種試驗(yàn)工況的綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。需合理地設(shè)計(jì)解決電氣系統(tǒng)中高電壓對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)中傳感器的電磁干擾問題，消除了振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的振動(dòng)波對(duì)連接電纜、系統(tǒng)母線和其他相連接設(shè)備的危害，解決了電氣連接部分在振動(dòng)波作用下松動(dòng)，導(dǎo)致的通電流時(shí)發(fā)熱和熔焊。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的兼容和可靠運(yùn)行。

控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)短路發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的大電流和振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生的力學(xué)振動(dòng)同步協(xié)調(diào)工作的試驗(yàn)效果；振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)安裝在地下，與地面上電源系統(tǒng)進(jìn)行合理的布局，將高低壓進(jìn)行有效隔離。高壓試驗(yàn)回路在短路通流過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致的地電位提升，在接地回路中產(chǎn)生環(huán)流，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作，振動(dòng)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)單點(diǎn)接地這種方式可以有效消除環(huán)流產(chǎn)生，進(jìn)而保證控制電路的正常運(yùn)行。振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)與電源試驗(yàn)系統(tǒng)的連接通過(guò)大電流銅編織線軟連接即“柔性連接方式”，既能保證電氣回路的大電流傳輸，又能避免電氣連接部件受到的振動(dòng)影響，容易產(chǎn)生松動(dòng)、彎曲、變形、斷裂等機(jī)械損壞。

對(duì)于不同類型的電氣產(chǎn)品，為了保證振動(dòng)試驗(yàn)效果，需要有針對(duì)性地對(duì)試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)。一個(gè)好的工裝要至少滿足下列要求：

（1）能方便地將試驗(yàn)件固定在振動(dòng)臺(tái)面上；

（2）在整個(gè)試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)，工裝的頻率特性要平坦，工裝的第一階固有頻率應(yīng)高于最高試驗(yàn)頻率，還應(yīng)避免發(fā)生工裝與產(chǎn)品的共振耦合；

（3）工裝與產(chǎn)品連接面上的各連接點(diǎn)的響應(yīng)要盡量一致，以確保試驗(yàn)時(shí)激勵(lì)輸入的均勻性；

（4）工裝的剛度質(zhì)量要足夠大。

此次試驗(yàn)考核的是產(chǎn)品經(jīng)受環(huán)境應(yīng)力的能力，即產(chǎn)品的環(huán)境適用能力，根據(jù)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體的推力確定了所需的工裝的允許重量；根據(jù)振動(dòng)臺(tái)面的臺(tái)面尺寸以及試品本身的尺寸，確定工裝的尺寸，并越小越好；根據(jù)試品技術(shù)條件確定了工裝的固定連接點(diǎn)以及測(cè)試點(diǎn)；工裝材料的選擇應(yīng)采用重量輕、強(qiáng)度高、經(jīng)濟(jì)性好的材料，此次根據(jù)試驗(yàn)條件選擇鋼；工裝設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)分析軟件對(duì)工裝的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

2"振動(dòng)下的熱穩(wěn)定性能試驗(yàn)

2.1"試驗(yàn)前準(zhǔn)備

試驗(yàn)前需進(jìn)行電源回路連接回路，并進(jìn)行測(cè)量回路連接，需要測(cè)量的試驗(yàn)要素有：試驗(yàn)電流（有效值、峰值）、參考電壓以及通流時(shí)間除了以上要素外，試驗(yàn)人員應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)實(shí)際情況的需要，在測(cè)量系統(tǒng)中記錄電流有效值的平均值、等效時(shí)間等參數(shù)。試驗(yàn)中需要預(yù)檢一次，為避免量程設(shè)置過(guò)大而不能自動(dòng)讀數(shù)，須將軟件中量程調(diào)整到合適范圍，但在預(yù)檢完以后必須再將量程恢復(fù)，避免限幅。

2.2"試驗(yàn)參數(shù)

振動(dòng)參數(shù)：分析水下及水面的電氣開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況來(lái)看，隨機(jī)振動(dòng)及正弦振動(dòng)是同時(shí)存在的，隨機(jī)振動(dòng)是模擬自然環(huán)境激勵(lì)，主要是由風(fēng)、海浪等產(chǎn)生，正弦振動(dòng)是模擬強(qiáng)迫激勵(lì)，主要由槳的轉(zhuǎn)速、往復(fù)機(jī)械等產(chǎn)生的。為了模擬實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)行隨機(jī)疊加正弦振動(dòng)。為了更好地模擬設(shè)備在不同海況條件下的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，因此進(jìn)行隨機(jī)疊加正弦、隨機(jī)振動(dòng)。振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)示例如下：

①正弦掃頻試驗(yàn)：在三個(gè)正交軸上分別進(jìn)行試驗(yàn)，掃頻范圍5～150"Hz，位移幅值：±2"mm，掃頻速率：1"oct/min，加速度幅值±2"g，并監(jiān)測(cè)開關(guān)設(shè)備的動(dòng)態(tài)參數(shù)，尋找共振頻率。

②隨機(jī)振動(dòng)參數(shù)：

2.3"試驗(yàn)程序

每次試驗(yàn)前，需對(duì)樣品進(jìn)行外觀檢查，機(jī)械開關(guān)裝置需要做一次空載操作，還要測(cè)量主回路電阻。

試驗(yàn)應(yīng)分別在產(chǎn)品的3個(gè)正交軸上進(jìn)行，只有在一個(gè)軸向上的振動(dòng)條件下的熱穩(wěn)定試驗(yàn)完成后才能到另一個(gè)軸向進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。

2.4"試驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T"7094表1中規(guī)定的振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)，在3個(gè)互相垂直的軸向，以每分鐘1倍頻程速率進(jìn)行掃頻，檢查每一軸向的共振頻率。

在掃頻過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)有危險(xiǎn)頻率時(shí)，應(yīng)在每個(gè)危險(xiǎn)頻率點(diǎn)疊加隨機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行混合振動(dòng)試驗(yàn)90"min。

在進(jìn)行混合振動(dòng)試驗(yàn)條件下，進(jìn)行熱穩(wěn)定試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)樣品施加熱穩(wěn)定試驗(yàn)電流。

試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)樣品應(yīng)能在耐振試驗(yàn)條件下承受其熱穩(wěn)定電流，任何部件不能有機(jī)械損傷或觸頭分離的情況。熱穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行主回路電阻測(cè)試。

2.5"性能評(píng)價(jià)

試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)產(chǎn)品不應(yīng)有明顯的損壞，連接件沒有脫落或松動(dòng)，應(yīng)能夠正常進(jìn)行操作，并能夠連續(xù)承載其額定電流。開關(guān)設(shè)備在試驗(yàn)后應(yīng)立即進(jìn)行空載操作，并且要求觸頭能夠在第一次操作時(shí)分開；試驗(yàn)前后溫升不超過(guò)相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，試驗(yàn)后測(cè)得的電阻的增加不應(yīng)該超過(guò)20%"。

3"結(jié)語(yǔ)

本試驗(yàn)方法對(duì)電氣設(shè)備在低頻振動(dòng)下的性能進(jìn)行研究，通過(guò)電氣性能檢測(cè)和抗振性能檢測(cè)綜合試驗(yàn)的方法，模擬海洋電氣開關(guān)設(shè)備在波浪作用實(shí)際工況下的運(yùn)行情況，對(duì)于產(chǎn)品研發(fā)、型式驗(yàn)證及產(chǎn)品更新迭代等方面都具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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