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发动机电气附件绝缘故障分析与性能测试李寅

发表时间：2020/5/21 来源：《基层建设》2020年第3期作者：李寅侯锐孙丽光

[导读] 摘要：电气附件作为坦克发动机运作的基本单元，在实际应用过程中，可以将其分为很多种类，而对于在电气附件上所连接的附件而言，通常被人们称之电气附件线路。

        32127部队辽宁大连 116000
        摘要：电气附件作为坦克发动机运作的基本单元，在实际应用过程中，可以将其分为很多种类，而对于在电气附件上所连接的附件而言，通常被人们称之电气附件线路。同时，发动机体积非常大，电气附件数量自然也会很多，而在发动机内部，电气附件分布广泛，种类错综复发，导线的粗细也有巨大差别，在长度的分类上，最长的导线可以达到十几公里，因此在坦克坦克发动机附件出现故障时，检测工作非常困难。
        关键词：发动机；电气附件；绝缘性故障研究
        1 测试需求分析
        以某型民航发动机为例，CMM手册明确规定了30个电气附件共124个绝缘测试要求，具体分布如表1所示。

        根据手册中绝缘测试的要求，电气附件绝缘故障分为两大类：1）层间绝缘故障：指同一电气附件中，同一线圈或不同线圈绝缘介质间由于绝缘性能下降引起的绝缘故障。由于坦克发动机体积有限，电气附件的不同线圈间、同一线圈的匝间、电气线路间分布紧密，当两个相互靠近的匝间绝缘介质均发生绝缘老化，可能在绝缘故障处产生电弧放电。
        2）对地绝缘故障，指同一电气附件中，线圈或电气线路绝缘介质与地间由于绝缘性能下降造成的绝缘故障。当绝缘介质发生绝缘老化，对地绝缘阻值减小时，可能引起电压击穿。当绝缘介质被击穿时，由于大电流的流过，绝缘介质将出现烧焦的现象，对飞行安全带来极大的危害。
        以坦克发动机的引气活门为例，如图1a）所示，设备号为W3P15的E/G两插针间的测量方式称为Pin/Pin测量，手册中要求在DC250V电压下，插针E和G及J和L间的最小绝缘值均为1000kΩ。如图1b）所示，A/GND，L/GND，C/GND，J/GND，G/GND和E/GND，插针与地间的绝缘测量方式称为Pin/Gnd测量。手册中要求在DC250V电压下，插针号为A，L，C，J，G，E的6个插针分别与地间的最小绝缘值为1000kΩ。

        图1 不同类型的绝缘测量图2 测试系统硬件连接图
        2 发动机复检维修中出现问题的研究
        第一点，为了降低发动机在使用期间的全寿命周期成本，进而提升发动机的可靠性，发动机的维修厂商往往会根据发动机所产生的故障，对其尽可能采取面拆卸方式进行维修。这样的维修方式不仅会导致潜在的附件故障暴露在坦克发动机中，同时还会在发动机运行时出现飞行故障。
        第二点，虽然对现阶段，发动机的电子控制组件能够针对坦克发动机的电气附件进行自动检测，但是由于这项附件中往往有许多冗余设计，因此EEC也没有办法对电气附件的绝缘性故障进行定位。并且，在现阶段对发动机进行维修工作时，对于EEC检测出来的故障，还需要维修人员借助飞行手册对附件线路实施全面测试，从而使维修工作能够更具针对性。此外，这样的维修方式，在对坦克发电机进行维修过程中，一般都是采用分离仪器实行人工点对点的检测，这样一来就会占用许多维修时间，还容易出现维修不彻底等人为失误。
        3 电气附件绝缘性能测试系统
        3.1 测试系统硬件
        测试系统分为核心控制模块、高阻测量模块、动态回路切换模块及转接线缆等，静态测试系统连接如图2所示。该系统可针对任意型号发动机完成580个测试点的自动绝缘测试，并将测试结果及故障与否记录到数据库，生成测试报表。
        高阻表正负端分别连接在矩阵开关节点A和B，使其与双刀矩阵开关相应的纵向通道连接。在执行绝缘测试时，闭合B组纵向节点（B，Y1）以及F组纵向节点（F，Y1），闭合A组纵向节点（A，Y2）以及E组纵向节点（E，Y2），待测端子分别与E组纵向通道及F组纵向通道相连。此时，高阻表正负端分别与待测端子和地相连，形成两线制的绝缘测试回路。
        3.2 测试系统软件设计
        测试系统采用基于数据库驱动的组件化程序设计思路，主要模块包括人机交互模块、绝缘测量模块和数据库管理模块等，软件结构如图3所示。系统设计开发采用基于LabVIEW可视化软件。软件系统主要包含测试程序软件及数据库。

        图3 电气附件绝缘测试软件系统结构图图4 数据库调度模块框图
        数据库调用是执行该测试模块的基础，其调度关系如图4所示。不同型号发动机对应相应的机型配置数据库。绝缘测试开始时，数据库调度程序从机型配置数据库中提取发动机相关信息及每条测试回路的矩阵开关节点，并控制被测回路矩阵开关节点的通断，构成满足绝缘测试要求的回路。测试结果数据库用于记录绝缘性测试结果信息。操作记录数据库用于记录测试的执行步骤。故障记录数据库用于记录测试中存在绝缘故障的结果信息，方便发动机测试工程师查看测试故障及排故。底层设备驱动模块实现测试程序模块与硬件模块的通信，通过调用底层驱动软件调度硬件模块执行相应的功能。
        3.3 测试系统测试结果
        以某型号发动机的现场测试数据为例，该系统可完成248个测试点的自动绝缘测试，测试用时约20min。测试结果包括电气附件件号、针脚号、手册规定的绝缘阻值区间、绝缘测试要求的电压、测试阻值、测试结果等关键参数，现场测试的部分测试数据显示，实测阻值远远高于绝缘电阻最小值，说明该发动机电气附件不同插针间、插针与地间的绝缘性良好，不存在绝缘故障隐患。
        4 结语
        综上所述，本文对坦克发动机电气附件线路的绝缘性进行了介绍，分析了各类故障产生的原理，为日后故障检测方法的研究与技术层面的改善打下了基础。建立了故障模型，通过对模型的仿真，研究了有关电气附件线路绝缘故障问题，希望对提高发动机的维修效率和保障民航客机的安全有所帮助。
        参考文献：
        [1]任中杰，张家宝，周建洪，等.航空发动机电气附件线路绝缘性故障分析[J].科技创新与应用，2017（17）：101-102.