電氣開關設備振動下熱穩定試驗方法研究

摘"要：對于受波浪影響的海洋電氣開關設備而言，其在運行過程中必然會受到海浪運動帶來的振動影響，因此為保證電氣設備的可靠性，其振動下的熱穩定性能試驗尤為重要。本文主要對工作于水下及水面的電氣開關設備在升沉運動產生的振動下的熱穩定性的試驗方法進行研究。

關鍵詞：電氣開關設備；振動；熱穩定

中圖分類號：G4"""""文獻標識碼：A""""""doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.21.093

根據相關電氣設備振動性能相關的試驗標準，標準中主要規定了試驗流程、振動樣品的安裝以及振動參數等內容，對試驗樣品的性能等檢測并未作詳細的規定，缺少對振動下的熱穩定性能試驗方法的研究。

1"試驗回路

試驗系統由振動臺、電源系統、測量系統以及控制系統組成，如圖1所示。

振動試驗系統滿足GJB150.16A中的要求，試驗設備（包括所有輔助設施）應能達到6.2規定的振動環境、控制方案和試驗允差要求。測量傳感器、數據記錄和數據處理設備應符合數據測量、記錄、分析和顯示的要求。

除以上要求，振動臺能夠實現全自動遠端控制，在“中央控制室”內實現遠端控制操作。根據系統的功能，電氣控制采用控制器自動控制，通過編制軟件產生幅度、周期可調的正弦波設置等，由控制單元輸出到伺服放大器推動伺服閥使臺面按正弦波規律工作，數據采集通過位移傳感器將反饋位移量送入伺服放大器與給定值進行比較調節，控制單元同時進行數據處理，與顯示器通訊實時顯示。人機界面以數據和曲線實時顯示窗口為主，同時顯示輸入參數設定值，系統狀態，試驗進度等內容。硬件電路：伺服放大器可完成正弦波信號放大，調節，濾波等功能。實現自閉環調節，各種功能控制和報警提示等功能；定位準確，波形平滑，系統工作穩定，誤差能夠滿足相關標準要求。

電源試驗系統主要由沖擊發電機、短路變壓器、調節電抗器及功率因數電阻、TRV調節裝置等組成。

通過試驗原理設計、整體布局和結構設計、電氣連接原理設計，應實現高集成度，多功能，多種試驗工況的綜合試驗系統。需合理地設計解決電氣系統中高電壓對振動系統中傳感器的電磁干擾問題，消除了振動臺產生的振動波對連接電纜、系統母線和其他相連接設備的危害，解決了電氣連接部分在振動波作用下松動，導致的通電流時發熱和熔焊。實現系統的兼容和可靠運行。

控制系統能夠實現短路發電機產生的大電流和振動試驗臺產生的力學振動同步協調工作的試驗效果；振動試驗系統安裝在地下，與地面上電源系統進行合理的布局，將高低壓進行有效隔離。高壓試驗回路在短路通流過程中會導致的地電位提升，在接地回路中產生環流，從而導致控制系統無法正常工作，振動臺測試系統通過單點接地這種方式可以有效消除環流產生，進而保證控制電路的正常運行。振動試驗系統與電源試驗系統的連接通過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影響，容易產生松動、彎曲、變形、斷裂等機械損壞。

對于不同類型的電氣產品，為了保證振動試驗效果，需要有針對性地對試驗工裝設計。一個好的工裝要至少滿足下列要求：

（1）能方便地將試驗件固定在振動臺面上；

（2）在整個試驗頻率范圍內，工裝的頻率特性要平坦，工裝的第一階固有頻率應高于最高試驗頻率，還應避免發生工裝與產品的共振耦合；

（3）工裝與產品連接面上的各連接點的響應要盡量一致，以確保試驗時激勵輸入的均勻性；

（4）工裝的剛度質量要足夠大。

此次試驗考核的是產品經受環境應力的能力，即產品的環境適用能力，根據振動臺臺體的推力確定了所需的工裝的允許重量；根據振動臺面的臺面尺寸以及試品本身的尺寸，確定工裝的尺寸，并越小越好；根據試品技術條件確定了工裝的固定連接點以及測試點；工裝材料的選擇應采用重量輕、強度高、經濟性好的材料，此次根據試驗條件選擇鋼；工裝設計完成后，通過分析軟件對工裝的各個參數進行了驗證。

2"振動下的熱穩定性能試驗

2.1"試驗前準備

試驗前需進行電源回路連接回路，并進行測量回路連接，需要測量的試驗要素有：試驗電流（有效值、峰值）、參考電壓以及通流時間除了以上要素外，試驗人員應根據試驗實際情況的需要，在測量系統中記錄電流有效值的平均值、等效時間等參數。試驗中需要預檢一次，為避免量程設置過大而不能自動讀數，須將軟件中量程調整到合適范圍，但在預檢完以后必須再將量程恢復，避免限幅。

2.2"試驗參數

振動參數：分析水下及水面的電氣開關設備的運行情況來看，隨機振動及正弦振動是同時存在的，隨機振動是模擬自然環境激勵，主要是由風、海浪等產生，正弦振動是模擬強迫激勵，主要由槳的轉速、往復機械等產生的。為了模擬實際運行情況，進行隨機疊加正弦振動。為了更好地模擬設備在不同海況條件下的運動形態，因此進行隨機疊加正弦、隨機振動。振動試驗參數示例如下：

①正弦掃頻試驗：在三個正交軸上分別進行試驗，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，并監測開關設備的動態參數，尋找共振頻率。

②隨機振動參數：

2.3"試驗程序

每次試驗前，需對樣品進行外觀檢查，機械開關裝置需要做一次空載操作，還要測量主回路電阻。

試驗應分別在產品的3個正交軸上進行，只有在一個軸向上的振動條件下的熱穩定試驗完成后才能到另一個軸向進行相關的試驗。

2.4"試驗

根據標準GB/T"7094表1中規定的振動試驗參數，在3個互相垂直的軸向，以每分鐘1倍頻程速率進行掃頻，檢查每一軸向的共振頻率。

在掃頻過程中，若發現有危險頻率時，應在每個危險頻率點疊加隨機試驗進行混合振動試驗90"min。

在進行混合振動試驗條件下，進行熱穩定試驗，對試驗樣品施加熱穩定試驗電流。

試驗過程中，試驗樣品應能在耐振試驗條件下承受其熱穩定電流，任何部件不能有機械損傷或觸頭分離的情況。熱穩定試驗結束后進行主回路電阻測試。

2.5"性能評價

試驗結束后，試驗產品不應有明顯的損壞，連接件沒有脫落或松動，應能夠正常進行操作，并能夠連續承載其額定電流。開關設備在試驗后應立即進行空載操作，并且要求觸頭能夠在第一次操作時分開；試驗前后溫升不超過相應的產品標準的規定，試驗后測得的電阻的增加不應該超過20%"。

3"結語

本試驗方法對電氣設備在低頻振動下的性能進行研究，通過電氣性能檢測和抗振性能檢測綜合試驗的方法，模擬海洋電氣開關設備在波浪作用實際工況下的運行情況，對于產品研發、型式驗證及產品更新迭代等方面都具有重要意義。

參考文獻

[1]GJB150.16A-2009.軍用裝備實驗室環境試驗方法第16部分：振動試驗[S].

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