航空發動機電氣附件線路分析

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摘要：近年來，我國航空事業的發展十分迅速，人們對航空工具的使用也是越來越頻繁，同時航空安全性是其發展中一直重視的內容，而在航空運行中，由于其發動機所處的環境是比較惡劣的，往往會出現電氣附件線路絕緣性的故障問題，這對其安全性就造成了很大的威脅，下面，本文就針對航空發動機電氣附件線路的絕緣性故障類型和原因進行分析，并進行其絕緣性故障的模型仿真驗證，希望對其絕緣性故障的維護和處理具有幫助。

關鍵詞：航空發動機；電氣附件線路；絕緣性故障

發動機是航空工具重要的設備，其是航空工具的動力保障，在航空發電機的內部有著很多電氣附件類型，它們共同實現對發動機電氣參數的獲取和控制，從而保證發動機的良好運行，但在航空發動機電氣附件線路中，由于受到諸多因素的影響，導致其絕緣性故障問題頻繁出現，這就需要對其故障出現的原因進行分析，并通過有效的測量仿真來對故障進行檢測，從而保證其良好的使用性能。

1絕緣性故障的主要類型

航空發動機電氣附件的絕緣故障主要包括層間絕緣故障和地面絕緣故障。對于層間絕緣故障，航空發動機的電氣附件數量非常大，電氣附件的分布非常接近。如果絕緣層的老化現象發生在彼此靠近的兩條線上，則不存在層間的絕緣故障。如果故障及時消除，線路之間很容易發生電弧，很容易引起火災。如果管線在油箱周圍，也可能引發爆炸事故。如果電氣附件的絕緣層老化，則導體對地的電阻會降低，這可能會導致電壓沖擊。通過這種現象，其回流過大會導致線路的絕緣層燃燒，這將對飛行安全造成很大的危害[1]。

2絕緣性故障的主要原因

在航空的發動機所處的環境中，是十分惡劣的，其系統間會相互影響，以致于出現高速、高溫、強振和高負荷等情況，這些都會導致電氣附件的線路出現故障問題，且線路絕緣層的損壞也是諸多因素所共同影響的結果。在電氣的線路絕緣故障發生中，通常，存在集中的線，并且線之間將存在擠壓和摩擦，導致線的絕緣層的損壞。同時，由于廣泛的化學腐蝕，高電壓和高溫條件導致線路老化，故障也很常見。電氣配件絕緣層腐蝕和老化的主要原因是機械老化，化學腐蝕，熱老化和電老化，另外，還存在維修的問題，為了控制發電機周期成本和可靠性，在發電機的維護中往往是盡量不對發電機進行拆卸的，這也就可能導致一些潛在電氣的附件故障得不到保障，從而影響線路的絕緣性[2]。

3航空發動機的電氣附件線路絕緣故障仿真

3.1電氣附件層間絕緣故障仿真。在發動機電氣配件的長期運行過程中，電氣配件線路處于高溫，振動和潮濕的環境中，這是非常糟糕的。同時，在電磁，機械，電場和化學因素的影響下，電氣配件線圈的絕緣層容易損壞，因為絕緣層的損壞將進一步導致兩個線圈的存在。金屬導體的裸露泄漏導致它們之間的氣隙破裂，這導致電弧現象的發生。航空發動機通常使用115V幅度和400Hz頻率的交流電。當線圈的絕緣磨損時，兩個線圈之間的絕緣可以等于Z=R+jX。當發動機的電氣附件線圈的絕緣層嚴重磨損時，各層之間的絕緣故障相當于短路的情況。如果在極端情況下分析等效絕緣的R電阻值，則等效絕緣電阻趨于零[3]。如果發動機電氣附件的線圈絕緣正常且沒有層間絕緣故障，則等效絕緣電阻為兆歐級，則分析等效絕緣電阻值，等效絕緣電阻趨于無窮大。連續降低等效絕緣的電阻值，逐漸將電阻值從無窮大降低到零，然后模擬兩個線圈之間絕緣的老化現象，可得到兩個線圈之間的電流與等效絕緣電阻之間的關系。3.2電氣附件對地絕緣故障仿真。如果電氣附件絕緣的介質出現了老化情況，其出現絕緣故障位置的對地電容就會隨著絕緣的老化程度加深而不斷出現增大，而對地絕緣的電阻則是隨著其絕緣老化的程度加深而不斷出現減小的。本文定義于發動機的電氣附件間絕緣介質某一處存在絕緣老化的現象，則此處等效的絕緣電阻以及等效的絕緣電容值都是不斷變化的，再測出其等效的絕緣電阻和接地線間電壓值，就能夠獲取等效的絕緣電阻和絕緣處的電壓間具有的關系。將等效的絕緣電容值進行固定，將線圈的對地等效的絕緣電阻進行不斷的改變，來進行傳感器其線圈的絕緣性相應故障的模擬，則就能夠獲取絕緣位置的電壓和等效的絕緣電阻變化關系。將絕緣故障位置等效的電容定取為一系列的固定值，再將線圈的對地阻值進行不斷的改變，來實現對絕緣性能的變化過程仿真模擬，就能夠獲取絕緣故障位置電壓隨著絕緣的介質而對地的絕緣阻值變化關系。在絕緣的故障位置電容分別獲取不同的值時，則其絕緣電阻經過不斷的減小，其絕緣故障位置的電壓也是發生明顯變化，且變化呈現過度的狀態，而在過度變化前，其絕緣故障位置電壓在等效的絕緣電阻減小中是幾乎不發生變化的，而等效的絕緣電阻值在繼續變小而出現明顯的變化后，其絕緣故障位置電壓是隨著等效的絕緣電阻減小而直線進行上升的[4]。在等效的絕緣電阻出現拐點變化時，其對應等效的絕緣電阻具有的最小值就可以當做對絕緣電阻的性能好壞判斷的標志，如果等效的絕緣電阻比其拐點位置值大時，則說明發動機的電氣附件絕緣性能是比較良好的，如果當等效的絕緣電阻是比拐點位置值小時，則說明發動機的電氣附件絕緣性能存在故障。如果等效的絕緣電阻比拐點位置值小且出現持續的減小，就能夠看到對地的電壓值出現直線的上升，導致電壓擊穿的現象發生。

4航空發動機電氣附件線路的絕緣性檢測

為了實現對航空發動機電氣附件線路的絕緣性檢測，本文就進行了其絕緣性能檢測系統的設計分析，來實現對航空發動機電氣附件絕緣的性能自動化測試，且對電氣附件故障進行定位。4.1系統硬件設計。系統硬件的設計中，想要實現其自動化的檢測，則兆歐表要和待測所有的檢測點都進行測量回路的建立，其能夠提供其電氣附件需要的絕緣測試電壓。系統硬件設備主要包括兆歐表、矩陣開關、工控機、轉接電纜和路由器等。用戶可以通過系統人機的交互界面進行程序的啟動，工控機借助路由器對兆歐表的直流輸出電壓進行控制，后按照測量的要求，進行矩陣開關相對應開關點的閉合，等到兆歐表對電氣附件的數據進行測量后，其工控機就把測得數據和標準的數據庫實施對比和分析，最后還要把測量獲取的附件參數和故障判斷的結果等有效的顯示到界面中，來供用戶進行查看。4.2系統軟件設計。航空發電機電氣附件的絕緣性檢測系統，軟件是其功能實現的主要保障，保證系統能夠實現對各種型號航空的發電機具有的電氣附件實際絕緣進行檢測，且實現性能檢測的自動化，同時檢測設備好要對需要檢測絕緣的試點實施準確測試，并提供相應的絕緣測量數據。為了保證其檢測能夠產生自動報表的生成，且保證能夠實現對數據的瀏覽與打印，在進行完每次的檢測后，還要進行相應Excel的表格制定，對檢測的結果以及數據進行及時全面的保存[5-6]。

測試程序是系統軟件核心部分，在進行系統程序的設計時，需要對要進行測試的電氣附件進行通訊功能的建立，后對附件的絕緣性產生的故障進行準確檢測和定位，幫助工作人員可以對絕緣故障情況進行了解，并對其絕緣故障的發生位置實現準確掌握。在完成工控機、矩陣開關和兆歐表等IP地址的確定后，和交換機構成相應的局域網，于程序虛擬平臺內，其工控機、矩陣開關和兆歐表間能夠借助IP地址形式進行有效的通信。

作者:張濤 張棟善 單位:中國飛行試驗研究院