舰船电气设备热监控技术研究

石　磊　陈　瑜

(海军驻武汉七一九所军代室　武汉　430205)



舰船电气设备热监控技术研究

石磊陈瑜

(海军驻武汉七一九所军代室武汉430205)

摘要红外测温技术是一种非接触、被动式的设备诊断技术,对于带电运行的高、低压电气设备来说,能够在不停电的状态下进行远距离故障诊断,将其运用于舰船电气设备的监控之中,具有极其重要的意义。

关键词舰船; 红外测温; 热监控

Class NumberU662

1　引言

舰船电气设备的可靠程度直接影响到舰船的安全性和行动力。对于电气设备来说,大部分事故隐患都会出现异常发热现象,如轴系摩擦发热、电机过载发热、电气连接点处由于接触不良引起的发热等等。这些潜在的热故障会随着连续工作时间的增加而积累甚至爆发,导致机器烧毁、连接点烧断等恶性事故,或引起电路继电保护装置动作,使船上设备无法正常工作。对于正在执行任务的舰船来讲,这是非常危险的。因此,加大对舰船电气设备的监控保护研究并研制相应的监控装置,具有极其重要的意义。

2　常见的舰船电气设备故障分类

常见的舰船电气设备故障可分为如下三类:

1) 电机类热故障

所有电机都有一个正常的热图像和一个最高运行温度。此温度常常标在电机的铭牌上,一般都高于周围的空气温度,单位摄氏度(℃)。用红外监视系统就可以确定诸如空气流通不好、局部漏电、电压不稳、轴承损坏、绝缘不良、定子和转子有损坏等情况。当联轴节与电机联用时,不正常的热图像就可以确认它们之间调整不良。电机和发电机的设计公差是精密的,只有在适当的运行条件下才能维持这一精密配合。这些条件包括已给定的温度标准,当这些标准被超过时,无论机械上的还是电器上的反应都能缩短设备的寿命,甚至能导致灾难性的故障。在温度升高时,电绝缘材料会失去它们的绝缘性能是众所周知的事实。一般说来,温度每升高10℃,绝缘性能就降低50%。当电机温度降到正常温度时,绝缘材料的性能通常会恢复到原有水平。另一方面,当温度超过允许运行温度时,其绝缘寿命就降低50%。这是在超过最高设计温度情况下运行仅几个小时就会发生的不可逆转的结果。当通过测量电机外壳的温度来预测电机的绝缘温度时,应该考虑到,电机内部的绝缘温度至少要比所测得的外部温度高20℃。运行温度的升高不但影响电机内的绝缘材料,而且对轴承所用润滑剂也有不利影响。当温度升高时,润滑剂的粘度降低,这会导致轴承过早损坏。由于不良润滑会增加摩擦力,电机轴承附近区域的温度也将升高。

2) 泵及液压系统热故障

导致泵及液压系统出现异常升温的原因主要有以下几点:

(1)装配不良;

(2)油液质量差;

(3)管路故障;

(4)受外界条件影响;

(5)内部泄漏大,容积效率过低而发热;

(6)摩擦或转动部件因润滑不良或卡阻导致异常发热。

3) 其它电气设备的热故障

如连接头或触点因腐蚀、氧化、磨损等导致的接触不良故障,线圈局部短路故障,因潮湿、盐雾或其他原因导致的绝缘降低故障等。

3　测温技术的种类

热监控技术的核心在于测温技术。温度测量技术按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪器比较简单、可靠,测量精度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换,一般需要一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温的延迟现象,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的,测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,反应速度一般也比较快;但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响,其测量误差较大。

4　红外测温的特点

红外测温技术是一种非接触、被动式的设备诊断技术,对于带电运行的高、低压电气设备来说,能够在不停电的状态下进行远距离故障诊断,同时,由于红外测温是被动接收物体发出的红外线而不是对设备外加红外源,因而不会对运行中的设备造成其它损害和负面影响。红外辐射测温具有以下优点:

1) 不需要接触被测介质,不会扰乱目标温度场,延长仪表寿命和可靠性;

2) 测温速度快,能检测目标温度迅速变化过程,能测量运动物体的温度;

3) 便于实现自动测量、记录、控制温度,实现温度值远距离传输和处理;

4) 测温范围广,上限不受限制,下限可至-170℃;

5) 测量距离可远可近,近者可测数厘米,远者可达近百公里;

6) 可测量小面积目标,目前可测出直径小于7.5μm的目标温度。

从以上优点可以看出,红外测温技术能够较好地满足电气系统的测温要求。

5　电气类设备红外诊断技术效益

随着现代红外技术不断成熟和日臻完善,利用红外检测的远距离、不接触、准确、实时、快速等优点发展起来的电气设备状态红外监测技术,由于在不停电、不取样、不解体的情况下能快速实时地在线监测和诊断电气设备的大多数故障,所以倍受国内外电力行业的重视,并得到快速发展,它的普及与应用己逐步成为确保电气设备正常运行而采取的一种重要技术手段,主要在于以下几方面优势:

1) 在促进电气安全中的突出作用

传统的预防性维修体制对于那些突发性的异常故障,以及设备处于极端运行条件下才暴露出来的缺陷无能为力,而红外诊断技术对运行中的设备进行非接触在线检测,及时发现故障和隐患,避免灾难性事故,在确保电气安全、改善维修体制和提高设备运行可靠性等方面具有十分重要的意义。

2) 填补现有检测方法对各种故障的检测真空

红外诊断技术在电气设备的故障检测中独具特色,不可替代,并不止于它较其它检测方法具有无与伦比的优越性,而在于它能够发现其它检测方法难以甚至是根本无法发现的某些特殊性故障或缺陷。譬如,设备缺油、漏磁致热、散热管油路阻塞以及大量超高压线路接头的普查等,无论是常规的预防性试验方法,或是在线监测新技术都无能为力。因此,红外诊断方法是电气设备预防性试验必要的有益补充,是开展状态维修必不可少的重要保证。

3) 实现经济效益和社会效益双赢

根据美国有关应用部门不完全统计,利用红外技术检测电力设备的投入产出比达到1∶19以上。红外诊断技术业已成为电力设备监测、普查、及时发现隐患,杜绝恶性突发性设备事故的一种行之有效的手段。设备不需停运,即可捕捉电气设备和热力设备的潜伏故障,防患于未然,从根本上确保系统的安全可靠,彻底消除“安全瓶颈”,最大限度地满足系统运行要求,并降低运行成本,使经济效益和社会综合效益实现双赢。

6　舰船电气设备红外诊断意义

舰船电气设备出现故障之后,若不及时诊断和排除,则这些故障将逐渐演变发展,最终恶化而形成事故或设备损坏甚至报废。从目前大量的事故统计和调查分析来看,电气设备多数故障都是逐步发生和发展的,并经过一段时间的恶性循环后,才酿成重大损失的事故。设备带故障运行,将造成各方面性能的劣化,利用红外诊断技术对舰船电气设备的运行状态进行在线监测和故障诊断,使设备从传统的预防性检修提高到预知性状态检修,对提高设备运行可靠性与有效度,提高系统运行经济效益,降低维修成本,都有很重要的意义。由于电气设备的可靠程度直接影响到舰船的安全性和行动力,因此,对其运行状态的监测、故障诊断和及时维修应当受到高度重视。

7　结语

红外检测与诊断技术是传统检测维修方法的重要补充,其检测过程简单,结果判断明了,快速直观,安全可靠,对于舰船电气设备来讲,其不仅可以检测和诊断出大量的内部、外部缺陷,尤其还可以诊断许多常规试验方法不便于或无法检测的故障。由于舰船舵机舱设备拥挤,可以考虑将一些主要电气设备纳入了监测范围的同时,将热监控装置与手持式或便携式红外检测仪器配合使用,利用便携仪器对其它一些辅助设备进行定期检测,从而最大程度地保证舰船电气系统的工作可靠性。

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*收稿日期:2015年10月17日,修回日期:2015年12月3日

作者简介:石磊,男,硕士,高级工程师,研究方向:舰船电子工程。陈瑜,男,硕士,工程师,研究方向:舰船电子工程。

中图分类号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