航空电气中电缆故障与对策

2022-09-10

航空电气系统是飞机上各机载设备所涉及的电气部分, 包括开关电器、航空电机、直流电源系统、交流电源系统、发动机点火系统、燃油系统、飞机操纵系统、飞机防冰系统、飞机火警探测与灭火系统、警告灯光照明及辅助动力装置等众多领域。作为这些电气系统的基础, 电缆是它们的重要组成部分。当前航空电线电缆有二大系列:一种是聚酰亚胺-氟46复合薄膜绕包烧结绝缘电缆, 主要用于军用直升飞机。另一种是辐照交联乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘电缆, 是近代军用和民用大型飞机使用较多的品种, 缩写为X-ETFE绝缘电线。由于各类电气设备对电缆的技术要求日益提高, 要求航空电缆安全可和寿命要不断增强, 做好电缆的故障检测及维护就显得异常重要。

1 航空电缆故障的危害

电缆的绝缘材料逐渐老化乃至损坏, 是威胁飞机飞行安全的重大隐患。美国运输安全委员会 (NTSB) 1996年对环球航空公司800次航班坠毁事故漫长的调查后断定, 事故原因是电线短路火花造成其中心机翼油箱爆炸。据统计2002年南方航空深圳维修厂执管的10架A320飞机中, 就出现过多次导线故障, 导致飞机停场修理、更换导线达十多次, 影响了正常飞行。绝缘损坏可能导致火灾、设备损坏, 甚至造成机毁人亡[1]。电缆对绝缘性的要求是必须的, 一定要避免由于绝缘老化等可能引发的故障, 提高飞机电气系统的可靠性, 保障飞机的航行安全。

2 航空电缆的故障分析

2.1 飞机上的不利条件

航空电缆特殊的使用条件造成了如下对电缆绝缘层的不利影响因素, 这些因素均会加速电缆绝缘层材料的老化。这些因素有: (l) 使用环境温度较高; (2) 由于大电流的原因运行温度很高; (3) 在某些敷设条件下可形成积温; (4) 环境空间狭小导致的多处小半径弯曲; (5) 由于密封的需要, 对电缆的挤压; (6) 与配电盘等电器设备的接头处, 由于电阻产生的高温。

2.2 故障的表现

航空电缆最常见的故障就是“老化”。实际上老化未必真的使用了很长的时间, 而是在各种复杂原因下, 使得电缆过早地出现了“老化”的特征, 有代表性是:热老化、机械老化、电压老化等。

2.3 老化的分类

(1) 热老化指的是绝缘介质的化学结构在热量的作用下发生变化, 使得绝缘性能下降的现象, 本质是绝缘材料在热量的影响下发生了化学变化。绝缘有机高分子材料在热的长期作用下比较容易发生氧化反应, 最终在聚合物中产生了电树枝, 导致绝缘性能下降, 击穿场强随着电压作用时间的增长而降低, 最后导致聚合物绝缘击穿。

(2) 机械老化是固体绝缘系统受到各种机械应力的作用发生的老化。这种老化主要是绝缘材料一开始、或者受到机械应力作用, 产生了微观的裂缝。裂缝随着受力的缓慢作用而严重, 增大到甚至导致局部放电现象, 使得绝缘性能发生严重破坏。

(3) 电老化也是比较常见的一种现象。它出现的原因是电场的长期作用。其实电老化的原理是比较复杂的, 它的出现不仅仅是单纯的物理作用或者化学作用, 而是这些复杂作用的共同结果。由于我们在平时采用“本征击穿场强”这个量来代表绝缘材料耐强电场的性能, 从原理上可以知道高分子有机材料的量值都是在M V/c m以上的。由于厚度效应、杂质、气孔、材料不均匀等各种原因, 实际上较小的电场强度就足以击穿了, 导致电老化。

3 应对措施

3.1 加强电缆故障机理研究

正确的理解电缆的故障机理, 认识它的客观规律, 是我们进一步对待它的基础。对它的认识, 不能仅仅停留在表面上, 应该深入到具体的试验中。通过有关的实验、理论研究方法, 尤其是通过计算机的仿真分析和对航空电缆绝缘进行老化实验, 摸清航空电气系统中故障电缆出现的条件、特性, 为预防故障打下伏笔。

3.2 故障预测技术的应用

根据对设备状态的监测、诊断和分析, 状态维修的技术包括状态监测技术、状态评估技术、状态预测技术等。其中设备运行状态的预测是从已知运行状态出发, 考虑运行、气候、历史等相关因素, 对未来的运行状态作出预测。电缆故障的表现, 也将会是整个系统的异常。利用自回归 (AR) 模型、滑动平均 (M A) 模型、自回归滑动平均 (ARMA) 模型, 通过对系统的预测, 也是提前发先电缆故障发生的重要手段。