PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 45

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

時(shí)把握礦井運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境改變，在運(yùn)行過程中電機(jī)車

碰到障礙物的情況下，操作人員能夠?qū)崟r(shí)開展安全避讓

以及預(yù)警減速等一系列操作。

1.2 改造礦車技術(shù)

改造礦車旨在監(jiān)測(cè)脫軌掉道情況。運(yùn)行過程中電

機(jī)車會(huì)因?yàn)檐壍雷冃位蛘饎?dòng)等存在脫軌情況，為了避

免事故影響擴(kuò)大，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)脫軌問題。將監(jiān)測(cè)掉軌

的有關(guān)傳感器有效安裝至礦車底，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)礦車掉

道功能。當(dāng)?shù)V車脫軌現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，礦車輪轂會(huì)脫離軌道，

這種情況下，傳感器會(huì)將脫軌信號(hào)發(fā)送至控制中心的

人員，從而有助于采取制動(dòng)措施。并且，機(jī)車的相應(yīng)

控制系統(tǒng)會(huì)有效檢測(cè)機(jī)車電流，確保電機(jī)車的脫軌報(bào)

警和迅速制動(dòng)。傳感器都實(shí)施磁性接近開關(guān)形式，以

航插方式接到礦車兩端，連接開關(guān)狀態(tài)，而掛車 ABS

線串接了電機(jī)車和礦車，從而可以傳輸機(jī)車控制器數(shù)

據(jù) [2]，確保實(shí)時(shí)將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至中心。

1.3 改造裝卸礦技術(shù)

在裝礦階段將電機(jī)車停穩(wěn)之后，控制系統(tǒng)可以自

動(dòng)將擋板打開，從而執(zhí)行放礦操作。與此同時(shí)，兩側(cè)

激光掃描儀系統(tǒng)可以檢測(cè)礦車是否真正裝滿，在任意

一側(cè)掃描儀監(jiān)測(cè)狀態(tài)為裝滿時(shí)都將停止操作的指令信

號(hào)發(fā)給礦機(jī)，當(dāng)?shù)V機(jī)暫停操作之后，給礦機(jī)閘門擋板

會(huì)延時(shí)關(guān)閉，并將機(jī)車運(yùn)行信號(hào)發(fā)出，機(jī)車可以到達(dá)

下節(jié)車廂的狀況循環(huán)中，在裝完最后一節(jié)車廂之后，

裝礦結(jié)束的信號(hào)被系統(tǒng)發(fā)出 [3]，然后進(jìn)行運(yùn)輸。

1.4 改造轉(zhuǎn)轍機(jī)（道岔）技術(shù)

轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)計(jì)為一鍵啟動(dòng)，即通過一個(gè)控制按鈕操

作所有設(shè)備。在岔道進(jìn)入電機(jī)車時(shí)，操作者將道岔邊

控制按鈕按下，司控道岔裝置以控制器接收指令信號(hào)

實(shí)施運(yùn)行處理，且將動(dòng)作指示發(fā)給其他設(shè)備，然后電

磁閥導(dǎo)通氣缸，以推動(dòng)道岔至相應(yīng)的部位。

2 改造軟件系統(tǒng)技術(shù)

2.1 改造控制設(shè)備技術(shù)

以 PLC（可編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)操作所有

設(shè)備，硬件組成部分主要是車載控制設(shè)備、通信設(shè)備、

主控制器，通信設(shè)備實(shí)施無線通信方式，在中心控制

室主要安裝有主控制器，這樣，相關(guān)工作人員可以結(jié)

合 PLC 控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)車的編組進(jìn)行有效調(diào)度，并且設(shè)

計(jì)相應(yīng)的運(yùn)行路線。由于礦井通信狀況較差，電池信

號(hào)存在較大干擾性，因此實(shí)施無線網(wǎng)格網(wǎng)形式 [4]，即

結(jié)合 Wi-Fi 技術(shù)傳輸操作指令，傳輸距離為 20 km，

其在電機(jī)車指令的傳輸上非常便捷。并且設(shè)計(jì)選用

FPGA（以數(shù)字電路為主的集成芯片），該芯片在 I/O

接口電壓保持為 3 V，因此設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)電源電壓為

雙電壓供電的 3.5 V 電源模式，以 FLASH（閃客）格

式的形式對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，而存儲(chǔ)芯片結(jié)合相

應(yīng)的預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)跟主控芯片發(fā)生對(duì)接，以優(yōu)化中央控制

器。PLC 主控制器硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 PLC 主控制器硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)

?????

FLASH???

NAND

?????

SDRAM

???

FPGA

SDRAM- 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存；NAND- 門非門存儲(chǔ)器

2.2 改造主控系統(tǒng)技術(shù)

主控系統(tǒng)和電機(jī)車指揮系統(tǒng)以及 PMS（設(shè)備管理

體系標(biāo)準(zhǔn)）2.0 系統(tǒng)交互。其中，跟電機(jī)車指揮系統(tǒng)的

交互重點(diǎn)是將班組應(yīng)用現(xiàn)狀、計(jì)劃完成情況、裝卸礦

完成情況、生產(chǎn)方案落實(shí)情況等信息推送給此系統(tǒng)；

而和 PMS 2.0 系統(tǒng)交互重點(diǎn)涵蓋設(shè)備數(shù)據(jù)、缺陷、裝

卸礦、基礎(chǔ)人員組成、修飾記錄等信息。

2.3 改造料位檢測(cè)技術(shù)

一臺(tái)激光料位計(jì)安裝在溜井卸礦倉，且設(shè)計(jì)信號(hào)

接收遠(yuǎn)程 IO 站，以遠(yuǎn)程控制溜井料位計(jì)、助力驅(qū)動(dòng)、

安全門等設(shè)備。在卸載礦石時(shí)的溜井料位計(jì)、助力驅(qū)動(dòng)、

安全門等設(shè)備都實(shí)施全自動(dòng)聯(lián)鎖動(dòng)作，并且設(shè)計(jì)手動(dòng)

啟停設(shè)施，便于手動(dòng)啟停存在故障的設(shè)備。由于主溜

井深度較深以及卸礦站環(huán)境復(fù)雜，加之受到卸礦口寬

度因素的影響，通常的雷達(dá)料位計(jì)難以實(shí)現(xiàn)礦倉料位

檢測(cè)的實(shí)際需求，會(huì)在檢測(cè)料位問題上出錯(cuò)。為了使

檢測(cè)的精確程度進(jìn)一步提升，可以發(fā)揮毫米波雷達(dá)料

位計(jì)的功能，毫米波雷達(dá)料位計(jì)結(jié)合軟件設(shè)計(jì)能夠甄

別信號(hào)，且屏蔽不需要的回波和礦倉壁，防范檢測(cè)結(jié)

論受到相關(guān)因素的不利影響，確保精準(zhǔn)檢測(cè)料位。

46 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

3 設(shè)備的運(yùn)營(yíng)以及維護(hù)

3.1 信息安全防護(hù)

電機(jī)車設(shè)備應(yīng)用了 APN+VPN（接入點(diǎn)名稱 + 虛

擬專用網(wǎng)絡(luò)）通道 [5]，這樣可以很好地交互主站端以

及移動(dòng)終端間的信息，確保全程加密傳輸信息，即使

信息在傳輸過程中被盜，也難以被應(yīng)用，提高了信息

傳輸?shù)陌踩禂?shù)。結(jié)合線上線下相統(tǒng)一的管理措施以

及需要貫徹實(shí)施登記應(yīng)用制，同時(shí)需要對(duì)移動(dòng)終端主

機(jī)號(hào)跟用戶進(jìn)行有效的綁定。其中，移動(dòng)終端的信息

安全保護(hù)主要包括加密應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用登錄以及操

作系統(tǒng)。當(dāng)錯(cuò)誤輸入密碼 3 次以上，信息會(huì)自動(dòng)被摧

毀。與此同時(shí)，主機(jī)系統(tǒng)的安全防護(hù)重點(diǎn)涵蓋操作系

統(tǒng)、桌面終端、服務(wù)器的防護(hù)。將系統(tǒng)防火墻開啟且

設(shè)計(jì)相應(yīng)的訪問權(quán)限，目錄訪問控制；以及關(guān)閉不必

要的系統(tǒng)服務(wù)，如服務(wù)器 Sendmail（發(fā)送郵件）、nfs

（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）、ftp（文件傳輸協(xié)議）等；禁用 halt

（暫停）、reboot（重啟）等危險(xiǎn)命令，實(shí)施至少 2 種組合

的鑒別技術(shù)鑒別用戶身份，以有效認(rèn)證用戶身份，如任意

組合身份鑒別技術(shù)中的數(shù)字證書、生物識(shí)別、物理設(shè)備、

動(dòng)態(tài)口令、用戶名 /口令與挑戰(zhàn)應(yīng)答等。執(zhí)行安全對(duì)策，

組織賬號(hào)和權(quán)限的申請(qǐng)、撤銷、變更等流程對(duì)用戶口令

管理問題做出有效定義，并且限定相應(yīng)的規(guī)則（生存周

期、復(fù)雜度、長(zhǎng)度等）；需要結(jié)合管理用戶的不同角色劃

分相應(yīng)的權(quán)限范圍，將最小的權(quán)限范圍賦予相應(yīng)的管理

用戶，需要明確的是，系統(tǒng)特權(quán)操作用戶不可充當(dāng)數(shù)據(jù)庫

管理人員；對(duì)默認(rèn)賬戶的訪問權(quán)限進(jìn)行有效限制，重新

命令系統(tǒng)的默認(rèn)賬號(hào)，對(duì)初始的賬號(hào)口令進(jìn)行相應(yīng)的修

改，以及實(shí)時(shí)性地停用或刪除過期賬號(hào)；執(zhí)行用戶訪問

對(duì)策；進(jìn)一步界定用戶登錄超時(shí)限制等相關(guān)問題；制定

用戶訪問審核文件、敏感操作、登錄和事件等對(duì)策。

3.2 校準(zhǔn)設(shè)備

在礦井作業(yè)中進(jìn)行校準(zhǔn)旨在有效確定示值的誤差

問題，以綜合優(yōu)化測(cè)量器具，且實(shí)時(shí)調(diào)整示值，確保

礦井作業(yè)校準(zhǔn)有源可溯。并且，結(jié)合礦井作業(yè)的應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)，需要確保校準(zhǔn)取代檢定的適用性水平較高。綜

合評(píng)價(jià)校準(zhǔn)周期之內(nèi)的電機(jī)車適用性頻率以及穩(wěn)定性，

當(dāng)操作人員可以綜合把握電機(jī)車的應(yīng)用狀態(tài)后才能加

以明確，倘若存在不正確之處，那么應(yīng)向計(jì)量機(jī)構(gòu)退

回證書做出進(jìn)一步改進(jìn)和完善。應(yīng)知悉檢定結(jié)果合格

與否，以及深入明確實(shí)施的檢測(cè)手段是否真正達(dá)標(biāo)。

通常來講，被檢定“合格”的礦井作業(yè)未必跟相應(yīng)的

檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)相契合。如在檢定板預(yù)設(shè)提前量時(shí)，

由于通常根據(jù)礦車空載運(yùn)行模擬設(shè)計(jì)檢測(cè)板提前量，

因此在機(jī)車配掛礦車的情況下顯著增大了礦車的運(yùn)行

慣性，重載狀況之下的運(yùn)行經(jīng)由檢測(cè)板至對(duì)軌停車位置，

并且往前移動(dòng)相應(yīng)的距離。操作礦車人員務(wù)必點(diǎn)礦車反

車，在重復(fù)多次之后才可以有效對(duì)接軌道。報(bào)告證書中

需要包括 2 個(gè)方面的問題，即確認(rèn)檢定形式以及內(nèi)容。

通常而言，檢定形式涉及檢定機(jī)構(gòu)出具證書以及在證書

中需要具備管理部門認(rèn)定的校準(zhǔn)室的相應(yīng)標(biāo)識(shí)和是否

結(jié)合校準(zhǔn)規(guī)劃的有關(guān)規(guī)范或要求組織校準(zhǔn)工作。

3.3 完善系統(tǒng)安全功能以及加強(qiáng)維護(hù)

將校準(zhǔn)時(shí)生成的修正值或修正因子帶入校準(zhǔn)結(jié)果

中加以修正。通常而言，修正值 = 標(biāo)準(zhǔn)值 ( 真值 )- 測(cè)

量示值。綜合檢查自動(dòng)化系統(tǒng)中的電機(jī)車在進(jìn)行計(jì)量

確定之后才可以正式投入應(yīng)用。并且將相應(yīng)的標(biāo)識(shí)（“停

用”“準(zhǔn)用”“合格”）張貼在提供的確認(rèn)結(jié)果上。此外，

需要安排自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)者參與計(jì)量知識(shí)教育，以使其

可以精準(zhǔn)把握校準(zhǔn)證書中的一系列信息內(nèi)容，把控計(jì)量

確認(rèn)的手段，對(duì)校準(zhǔn)證書中的一系列信息進(jìn)行綜合核查。

4 結(jié)束語

綜上所述，井下有軌運(yùn)輸自動(dòng)化無人駕駛是實(shí)現(xiàn)

高效和安全作業(yè)的關(guān)鍵，井下有軌運(yùn)輸自動(dòng)化無人駕

駛技術(shù)主要從改造硬件設(shè)備技術(shù)和改造軟件系統(tǒng)技術(shù)

2 個(gè)方面優(yōu)化，以及完善固有的礦井運(yùn)輸系統(tǒng)，相關(guān)設(shè)

計(jì)方案需要集成遠(yuǎn)程自動(dòng)控制以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，從而

可以遠(yuǎn)程進(jìn)行裝礦、運(yùn)輸、卸礦等操作。為了確保技術(shù)應(yīng)

用的穩(wěn)定性，還應(yīng)做好相關(guān)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等工作。

參考文獻(xiàn)

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PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 47

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

基于物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算服務(wù)的

智能雷電防御系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡 旻

（陜西省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心 西安 712000）

摘 要：為解決現(xiàn)有電力系統(tǒng)中雷電數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)、快速計(jì)算等方面的技術(shù)瓶頸，創(chuàng)建了基于云計(jì)算和

互聯(lián)網(wǎng)的智能雷電防御系統(tǒng)，從 3 個(gè)層次具體介紹了系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)

計(jì)，最后總結(jié)了系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。此平臺(tái)重點(diǎn)為防雷安全各行業(yè)的數(shù)據(jù)應(yīng)用和共享，應(yīng)用到特殊高建筑物中，

能夠?yàn)檠芯坷纂娍茖W(xué)提供雷電流特征等數(shù)據(jù)，提高社會(huì)性防雷減災(zāi)工作的效率。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 云計(jì)算 雷電防御 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Design of Intelligent Lightning Protection System Based on Internet

of Things Cloud Computing Service

Hu Min

(Shaanxi Provincial Emergency Warning Information Release Center Xi'an 712000)

Abstract In order to solve the technical bottlenecks in the security storage and fast computing of lightning

data in existing power systems, an intelligent lightning protection system based on cloud computing and the Internet

was created. The platform architecture of the system was specifically introduced from three levels, and the hardware

and software design of the system was described in detail. Finally, the application value of the system was summarized.

This platform focuses on the application and sharing of data in various lightning protection and safety industries. When

applied to special tall buildings, it can provide lightning current characteristics and other data for research on lightning

science, and improve the efficiency of social lightning protection and disaster reduction work.

Keywords Internet of Things Cloud computing Lightning protection System design

中圖分類號(hào)：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0047-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.013

作者簡(jiǎn)介：胡旻（1986 ～ )，男，本科，工程師，從事雷電

防御方面的研究工作。

通訊作者：胡旻，E-mail: felstrike@163.com。

（收稿日期：2022-09-20）

雷電監(jiān)測(cè)技術(shù)為雷電科學(xué)研究中的重點(diǎn)，雷電監(jiān)

測(cè)系統(tǒng)在雷電防護(hù)和檢測(cè)中具有重要作用。在雷電監(jiān)

測(cè)系統(tǒng)研究中存在大型雷電檢測(cè)場(chǎng)，但成本比較高。

閃電定位網(wǎng)定位方法是以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)估計(jì)或者探測(cè)資料

實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析，主觀性比較大。一般監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能夠

對(duì)雷電次數(shù)單一記錄，無法對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，影響了

雷電科學(xué)研究。相關(guān)研究設(shè)計(jì)了大型羅氏線圈對(duì)建筑

物監(jiān)測(cè)的雷電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是羅氏線圈體積比較大，

無法實(shí)際操作 [1]。

1 系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的智能雷電防御系統(tǒng)是以現(xiàn)有定位系

統(tǒng)為基礎(chǔ)，合理使用雷電探測(cè)站設(shè)計(jì)。雷電云平臺(tái)能

夠在計(jì)算分析中心發(fā)送實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)雷電數(shù)據(jù)進(jìn)

行計(jì)算。創(chuàng)建的雷電云平臺(tái)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以軟

件方式將事故診斷、預(yù)警預(yù)報(bào)、實(shí)況監(jiān)測(cè)等信息提供

給用戶。圖 1 為雷電云平臺(tái)架構(gòu)，包括基礎(chǔ)設(shè)施層、

應(yīng)用軟件層和平臺(tái)支撐層 [2]。

1.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

通過虛擬化技術(shù)轉(zhuǎn)變物力資源，對(duì)資源管理進(jìn)行

優(yōu)化，使硬件資源使用率得到提高。主要包括：1) 物

48 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

理設(shè)備，包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)資源等；2）虛

擬化部署，利用開源軟件轉(zhuǎn)變物理設(shè)備為虛擬資源池；

3）集成設(shè)備，對(duì)存儲(chǔ)、硬件等資源池進(jìn)行管理，還能

夠提供資源監(jiān)控、負(fù)載均衡和虛擬管理等服務(wù) [3]。

圖 1 雷電云平臺(tái)架構(gòu)

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1.2 平臺(tái)支撐層

支撐層能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、收集、計(jì)算等，將

軟件資源為中心創(chuàng)建易用平臺(tái)，為系統(tǒng)提供支撐服務(wù)。

為了提高平臺(tái)安全性、易用性和通用性，所創(chuàng)建的平

臺(tái)支撐層主要包括資源層、采集層、應(yīng)用層、存儲(chǔ)層等。

利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雷電云平臺(tái)的創(chuàng)建，整合核心通用技

術(shù)資源為服務(wù)平臺(tái)，從而促進(jìn)軟件的開發(fā) [4]。

1.3 應(yīng)用軟件層

應(yīng)用軟件層是將平臺(tái)支撐層為基礎(chǔ)的軟件，能夠

實(shí)現(xiàn)實(shí)況監(jiān)測(cè)、事故診斷、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，使用面

向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行訪問。另外，在運(yùn)營(yíng)模式方面，

能夠使用戶通過租用方式根據(jù)實(shí)際需求得到防雷應(yīng)用

服務(wù)，使防雷應(yīng)用成本得到降低 [5]。

2 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

1）主控芯片設(shè)計(jì)。主控芯片使用 STM32F103 微

控制器，主要特點(diǎn)為實(shí)時(shí)性、低功耗和高性能，主要

包括 80 個(gè) I/O 接口，還具備 3 種低功耗模式。使用

此微控制器能夠使外圍模塊降低，使系統(tǒng)穩(wěn)定性得到

提高，還能夠?qū)⑽⒖刂破鬟M(jìn)入低功耗模式中，使系統(tǒng)

功能降低。

2）雷電信號(hào)采集。通過羅氏線圈和分流器采集雷

電信號(hào)，羅氏線圈的主要優(yōu)勢(shì)為：測(cè)量線圈自身和被

測(cè)電流回路并沒有電聯(lián)系，利用電磁場(chǎng)耦合和主回路

實(shí)現(xiàn)電氣絕緣。另外，測(cè)量范圍比較寬，頻率為 0.1 ～

100 MHz，方便數(shù)字量輸出。輸出雷電電流為 0 ～

3.5 A，假如采樣電阻為 1 Ω 的精密電流，那么采樣電

壓為 0 ～ 3.5 V，使雷電測(cè)量需求得到滿足。圖 2 為雷

電信號(hào)采集模塊的電路，前端利用合理設(shè)計(jì)羅氏線圈

采樣收集雷電流，利用防電流過大的保護(hù)電阻和濾波

電路、整流電路，使電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁?，之后通過精密

電阻得出雷電電壓量。濾波電路使用一個(gè)鐵芯電感和

2 個(gè)電容構(gòu)成濾波電路，此種類型電路具有較強(qiáng)的電

路適應(yīng)性，對(duì)于整流管具有比較小的沖擊電流，輸出

電流平滑 [6]。

圖 2 雷電信號(hào)采集模塊的電路

R1

R2

R3

DVcc

DVcc

GND

INT

A/D

R4

HCNR201

C1

L1

C2

????

DVcc- 電壓差動(dòng)電流傳輸器；INT- 輸入電路；GND- 電線

接地端

因?yàn)榇瞬杉盘?hào)裝置在雷電環(huán)境中設(shè)置，為了對(duì)

電路進(jìn)行保護(hù)，要隔離光耦。使用高性能 HCNR201

線性光耦，實(shí)現(xiàn)光電隔離轉(zhuǎn)換電路。收集的電壓信號(hào)

分為兩路利用光耦在微控制器中傳輸，一路在有雷電

電壓的時(shí)候使輸出一個(gè)下降沿，使微控制器中斷觸發(fā)，

微控制器工作，其他時(shí)間都是在低功耗狀態(tài)中，使系

統(tǒng)功耗得到降低。

3）存儲(chǔ)模塊。本文系統(tǒng)中的微控制器集成安全數(shù)

字輸入輸出（SDIO）通信接口，使用方便。所以，本

文設(shè)計(jì)中的底層驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)（SD）卡方式為 SDIO 模式。

在對(duì) SD 卡驅(qū)動(dòng)時(shí)，首先要初始化 SDIO，之后實(shí)現(xiàn) SD

卡初始化和上電識(shí)別，隨意利用讀寫函數(shù)讀寫 SD 卡。

4）上位機(jī)通信。因?yàn)橄到y(tǒng)在設(shè)計(jì)后是在雷電環(huán)境

中應(yīng)用，所以要使用可靠的通信方式。RS485 通信技

術(shù)使用差分方式和平衡式方式得到數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 49

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

實(shí)現(xiàn) 2 條電纜傳輸。所以，此總線為工業(yè)運(yùn)用中數(shù)據(jù)

傳輸?shù)闹攸c(diǎn)。在通信電路中使用防雷手段，圖 3 為上

位機(jī)通信電路。使用字節(jié)生態(tài)（TUB）技術(shù)，在大電

壓通過 AB 處進(jìn)入的時(shí)候，TUB 在 1ub 內(nèi)將電路斷開，

TUB 之后的殘余電壓利用瞬態(tài)二極管（TVS）引入大

地中，TUB 前端殘余電壓利用氣體放電管引入大地，

避免影響通信電路，對(duì)通信電路進(jìn)行保護(hù)。RS485 通

過防雷保護(hù)輸出信號(hào)在個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）上位機(jī)接入

前轉(zhuǎn)變?yōu)?TS232 通信方式，利用串口接入 PC 上位機(jī)，

實(shí)現(xiàn) PC 上位機(jī)和微控制器的通信 [7]。

RXD- 接收端；VCC- 模擬電源；RO- 外電路電阻；DI- 數(shù)字

開關(guān)量輸入；FDG- 放電管；COMA-互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體；

COMB- 組合邏輯回路

圖 3 上位機(jī)通信電路

R1

R2 TUB1

R3 TUB2

FDG

COMA

COMB

VCC

DVcc

A

B

Z

Y

GND

GND

GND

GND

C1

0.1 μF

RO RXD

GND

TXD

MAX3089

DI

2.2 軟件設(shè)計(jì)

1）雷電臨近預(yù)警模塊。系統(tǒng)在接收雷電預(yù)警信息

后實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的發(fā)送，和自動(dòng)升降桿結(jié)合實(shí)現(xiàn)主動(dòng)

防御，在寬帶接入服務(wù)器（BAS）系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)預(yù)警信

息的上傳，根據(jù)運(yùn)營(yíng)部門啟動(dòng)雷電防護(hù)預(yù)案。在對(duì)一

級(jí)預(yù)警信息接收之后，計(jì)算機(jī)終端能夠在 BAS 系統(tǒng)中

實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的傳輸，通知運(yùn)營(yíng)部門進(jìn)入預(yù)警，重視

雷電預(yù)警狀態(tài)。在對(duì)二級(jí)預(yù)警信息接收后，計(jì)算機(jī)終

端能夠在 BAS 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的上傳，輸出控制

信號(hào)，控制自動(dòng)升降桿，利用獨(dú)立地網(wǎng)和引下線實(shí)現(xiàn)

雷電的主動(dòng)預(yù)防，使雷電流定向外放，避免雷電流出

現(xiàn)入侵和反擊。另外，計(jì)算機(jī)終端能夠上傳預(yù)警信息，

通知運(yùn)營(yíng)部門設(shè)置雷電預(yù)警預(yù)案，通知戶外作業(yè)人員

并撤離，避免出現(xiàn)威脅。運(yùn)營(yíng)人員要重視雷電預(yù)警狀

態(tài)，使預(yù)警解除后輸出控制信號(hào)，對(duì)自動(dòng)升降接閃器

裝置進(jìn)行控制，進(jìn)一步降低接閃器，使動(dòng)作得到實(shí)現(xiàn)。

在對(duì)三級(jí)預(yù)警信號(hào)接收后，計(jì)算機(jī)終端能夠輸出控制

信號(hào)，使重要負(fù)荷切換自備電源，切斷外電網(wǎng)和負(fù)荷

的聯(lián)系，避免雷電入侵。在接觸預(yù)警后對(duì)信號(hào)輸出進(jìn)

行控制，利用重要負(fù)荷對(duì)控制裝置切換，在外網(wǎng)中接

入重要負(fù)荷后，使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

2）自動(dòng)升降接閃器模塊。此模塊接收二級(jí)和三級(jí)

防雷預(yù)警時(shí)，將接閃器自動(dòng)升起，利用獨(dú)立、專用的

引下線連接電流，實(shí)現(xiàn)雷電的主動(dòng)防護(hù)。在接觸防雷

指令之后，使接閃器降低。自動(dòng)升降接閃器裝置設(shè)置

到系統(tǒng)中，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置，常在建筑物邊緣

設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)良好防雷效果，還能夠重視建筑物整

體外觀，避免使建筑物美觀程度受到影響。

3）后備保護(hù)模塊。系統(tǒng)回路前端串聯(lián)電流保護(hù)裝

置，避免因?yàn)榛芈樊惓Ｔ斐傻芈┝髟黾訉?dǎo)致人員傷亡。

設(shè)置專用后備保護(hù)裝置能夠保證雷電通過時(shí)沒有出現(xiàn)

誤動(dòng)作，從而使防雷持續(xù)有效。如果線路出現(xiàn)暫態(tài)過

電壓或者工頻電流的時(shí)候要速斷，避免起火。裝備實(shí)

現(xiàn)遙信開關(guān)的設(shè)置，系統(tǒng)能夠?qū)γ柯费b置工作位置進(jìn)

行查詢，出現(xiàn)變位之后輸出告警信號(hào)，系統(tǒng)在監(jiān)控界

面中自動(dòng)切換，還能夠記錄報(bào)警事件，及時(shí)上傳系統(tǒng)

并且告知運(yùn)營(yíng)部門。

4）重要負(fù)荷切換模塊。利用控制程序與可編程邏

輯控制器（PLC）設(shè)計(jì)重要負(fù)荷切換模塊，利用計(jì)算

機(jī)終端與 RS485 總線連接。在計(jì)算機(jī)終端根據(jù)雷電預(yù)

警級(jí)別實(shí)現(xiàn)重要負(fù)荷切換指令的發(fā)送，通過 PLC 輸出

節(jié)點(diǎn)切換電源。雙電源切換裝置能夠切換自備電源，

自備電源能夠?qū)Σ婚g斷電源（UPS）和快速發(fā)電機(jī)進(jìn)

行保護(hù)，使重要負(fù)荷與外網(wǎng)斷開，對(duì)負(fù)荷設(shè)備與系統(tǒng)

安全性進(jìn)行保證。在雷電預(yù)警解除后，重要負(fù)荷切換

控制裝置操作相反，在電網(wǎng)系統(tǒng)中接入重要負(fù)荷，使

正常運(yùn)行恢復(fù)。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

3.1 防雷業(yè)務(wù)綜合化

對(duì)比現(xiàn)有雷電定位系統(tǒng)，此平臺(tái)功能轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑?/p>

預(yù)警、事中監(jiān)控和事后評(píng)估等全方位業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)

一平臺(tái)多應(yīng)用的防雷服務(wù)模式。系統(tǒng)從已有防雷業(yè)務(wù)

實(shí)現(xiàn)普適性應(yīng)用開發(fā)，從而以更加完整、全面的方式

實(shí)現(xiàn)雷電全過程風(fēng)險(xiǎn)管控。

3.2 計(jì)算處理高效率

全國(guó)雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)在雷暴期間每小時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)

有上萬條，傳統(tǒng)雷電定位系統(tǒng)的計(jì)算能力有限，會(huì)導(dǎo)

致數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的問題，所以，要通過后續(xù)數(shù)據(jù)的補(bǔ)

齊得出精準(zhǔn)雷電定位數(shù)據(jù)。對(duì)于已經(jīng)創(chuàng)建好的編程計(jì)

算模型與虛擬化設(shè)備，滿足雷電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算需求。

50 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

其次，通過單一容量架構(gòu)設(shè)計(jì)雷電定位系統(tǒng)，無法實(shí)

現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的高并發(fā)訪問，雷電云平臺(tái)是將 Nginx

代理服務(wù)器集群進(jìn)行軟件均衡負(fù)載，促進(jìn)大規(guī)模的用

戶集中訪問。

3.3 數(shù)據(jù)服務(wù)開放化

系統(tǒng)除了能夠向傳統(tǒng)電力信息內(nèi)網(wǎng)用戶提供防雷

服務(wù)，還能夠基于信息安全的內(nèi)外網(wǎng)隔離裝置使用安

全、共享、開放的模式對(duì)多行業(yè)用戶提供防雷綜合應(yīng)

用服務(wù)和雷電數(shù)據(jù)。雷電數(shù)據(jù)在信息外網(wǎng)中部署，針

對(duì)被防護(hù)設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)脫敏、偏移等處理，使全社

會(huì)各行業(yè)防雷應(yīng)用需求得到滿足。

4 結(jié)束語

在人工智能技術(shù)和通信技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，

5G 移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)在各行業(yè)中應(yīng)用，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

的設(shè)計(jì)使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引領(lǐng)防雷技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑览?/p>

模式。流程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)泄漏、閃爆和火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)，

為了保證人們生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)安定，要基于智能

技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)防雷防靜電模式的問題得到解

決，而智能化預(yù)警控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為防雷的主要

選擇。

參考文獻(xiàn)

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用 [J].電力設(shè)備管理 , 2021(08):37-38+41.

4 筒體分段組對(duì)

1）安裝填料及塔內(nèi)件完成的分段筒體進(jìn)行組對(duì)、

封閉，監(jiān)造人員確認(rèn)各組對(duì)及封閉前端面清潔度、焊接、

螺栓緊固點(diǎn)焊、相關(guān)尺寸等情況，可在滾輪架上 360°旋

轉(zhuǎn)，同時(shí)觀察有無異常響聲等；組對(duì)過程中按圖紙、制造

工藝要求控制直線度；單體設(shè)備做好切割線標(biāo)記。

2）單體設(shè)備接管、貼板、吊耳、支耳等的方位、

標(biāo)高、尺寸按圖紙要求監(jiān)造。

5 設(shè)備試壓

壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)按圖紙技術(shù)規(guī)定要求進(jìn)行，

試驗(yàn)所用氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣、氮?dú)饣蚱渌栊?/p>

氣體；試壓時(shí)，按試壓工藝進(jìn)行，控制試壓進(jìn)氣流量，

做好現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)措施；氣密性試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于結(jié)構(gòu)特

殊、關(guān)鍵的部位需重點(diǎn)、反復(fù)檢查；試壓合格后，應(yīng)

用干燥氮?dú)庵脫Q并按圖紙技術(shù)要求進(jìn)行氮封。

6 結(jié)束語

空分鋁制塔器填料及塔內(nèi)件安裝質(zhì)量控制是空分

設(shè)備監(jiān)造的主要環(huán)節(jié)，對(duì)其質(zhì)量和安全性要求更加嚴(yán)格，

監(jiān)造人員應(yīng)在監(jiān)造開展之初，加強(qiáng)質(zhì)量體系管理，規(guī)范

生產(chǎn)質(zhì)量過程文件記錄，避免質(zhì)量問題的發(fā)生；遇到質(zhì)

量問題，應(yīng)抓住問題的核心，積極同制造和設(shè)計(jì)溝通，按

照解決流程，依次編制整改方案，審核批準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行。

本文參考現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 [1-4]，結(jié)合設(shè)備內(nèi)件廠家指

導(dǎo)安裝要求與設(shè)備整個(gè)制造、監(jiān)造過程，對(duì)空分鋁制塔

器填料及塔內(nèi)件安裝與監(jiān)造進(jìn)行了簡(jiǎn)述，以期為制造廠

在設(shè)備制造安裝、監(jiān)造過程中提供參考、建議或指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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范 [S].

[4] GB/T 36227—2018 特大型空氣分離設(shè)備 [S].

（上接第 26 頁）

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 51

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

電廠設(shè)備狀態(tài)可視化預(yù)警診斷

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)

李 磊

（國(guó)電電力雙維內(nèi)蒙古上海廟能源有限公司 鄂爾多斯 016200）

摘 要：隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電廠設(shè)備日趨復(fù)雜，對(duì)于電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控管理成為行

業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)?；诖?，本文采用文獻(xiàn)調(diào)研法、實(shí)踐法進(jìn)行技術(shù)信息收集，并對(duì)電廠設(shè)備狀態(tài)可視化預(yù)警診

斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。通過研究得出結(jié)論，該系統(tǒng)的應(yīng)用可改善傳統(tǒng)人工巡檢的弊端，借助數(shù)據(jù)處理、圖

像處理等功能，可協(xié)助工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控電廠設(shè)備的運(yùn)行臨界狀態(tài)，從而提升電廠設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：電廠設(shè)備 智能系統(tǒng) 狀態(tài)預(yù)警 診斷

Design and Development of Visual Early Warning and Diagnosis

System for Power Plant Equipment Status

Li Lei

(GD Power Shuangwei Inner Mongolia Shanghaimiao Energy Co., Ltd Ordos 016200)

Abstract With the continuous expansion of China’s power grid, power plant equipment is becoming

increasingly complex, and the monitoring and management of power plant equipment operation status has become the

focus of the industry. Therefore, the technical information is collected by means of literature research and practice, and

the design of visual early warning and diagnosis system for power plant equipment status is analyzed. The conclusion

is drawn through this study. The application of this system can improve the disadvantages of traditional manual

inspection. With the help of data processing, image processing and other functions, it can help staff to monitor the

critical state of power plant equipment in real time, thus improving the safety and reliability of power plant equipment

operation.

Keywords Power plant equipment Intelligent system Status alert Diagnosis

中圖分類號(hào)：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0051-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.014

作者簡(jiǎn)介：李磊（1983 ～ )，男，本科，工程師，從事智慧

電廠、熱工自動(dòng)化及信息化與智能化的研究工作。

通訊作者：李磊，E-mail: cocokeji@163.com。

（收稿日期：2022-11-24）

電能是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉?/p>

的一項(xiàng)重要能源，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接決定社會(huì)的

和諧穩(wěn)定。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電能需求

量不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模日趨龐大，因此，電廠設(shè)備的

復(fù)雜程度越來越高，對(duì)于設(shè)備管理和控制難度也隨之

增加。傳統(tǒng)人工巡檢難以應(yīng)對(duì)龐大復(fù)雜的電廠設(shè)備，

安全性無法得到有效保障。此外，部分電廠雖然設(shè)計(jì)

安裝了預(yù)警系統(tǒng)或監(jiān)控裝置，但是在管控過程中缺少

標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)理，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)際場(chǎng)景產(chǎn)生偏差，無

法滿足實(shí)際預(yù)警需求?，F(xiàn)階段，電廠設(shè)備運(yùn)行處于長(zhǎng)

期負(fù)荷狀態(tài)，此時(shí)，設(shè)備產(chǎn)生的各項(xiàng)參數(shù)信息都需要

進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和處理，對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行快速反應(yīng)。

可視化技術(shù)（Visualization）利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)

和圖像處理技術(shù)，將抽象的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成更加直觀

的圖像，并加以直觀顯示?？梢愿玫貛椭ぷ魅藛T

正確理解電廠設(shè)備產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確地掌握

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，采取有效的控制措施，針對(duì)性地進(jìn)行

維護(hù)管理，提升電廠設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性 [1]。

1 電廠設(shè)備狀態(tài)可視化技術(shù)評(píng)價(jià)

電廠發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)在國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著

52 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

重要作用，各個(gè)國(guó)家對(duì)電力系統(tǒng)十分重視，極大地推

動(dòng)了電網(wǎng)智能化發(fā)展進(jìn)程。尤其是在電廠設(shè)備運(yùn)行狀

態(tài)監(jiān)測(cè)方面，智能化管理可以延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行壽命，

為電力企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著電

力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電力設(shè)備復(fù)

雜程度越來越高，電網(wǎng)運(yùn)行的安全性顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的人工巡檢不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，且效率低，無法有

效保障電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。因此，迫切需要進(jìn)行電力

系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可視化研究。

現(xiàn)階段，我國(guó)可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用處于

起步階段，利用圖形表達(dá)電力系統(tǒng)信息，提高對(duì)電力系

統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的理解。在電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析中，可視

化技術(shù)可用于物理現(xiàn)象的仿真觀察和研究，可以自行考

察動(dòng)態(tài)過程，管理人員可以方便觀察電廠設(shè)備參數(shù)之間

的相關(guān)性和靈敏度，可以仔細(xì)考察動(dòng)態(tài)過程，了解電廠設(shè)

備動(dòng)態(tài)過程，了解電子元件的動(dòng)態(tài)行為，也可以調(diào)整元件

的數(shù)學(xué)模型，驗(yàn)證建模準(zhǔn)確性或者觀察模型準(zhǔn)確度對(duì)

計(jì)算的影響。此外，可視化技術(shù)可以輔助電廠設(shè)備的規(guī)

劃設(shè)計(jì)。在規(guī)劃中，需要產(chǎn)生若干可行方案，對(duì)每一方案

都進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和安全分析，給出許多數(shù)據(jù)供設(shè)計(jì)者比較，

這樣就要求處理大量的信息 [2]。

2 電廠設(shè)備狀態(tài)可視化預(yù)警診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 功能設(shè)計(jì)

電廠設(shè)備狀態(tài)可視化診斷預(yù)警系統(tǒng)包括智能平臺(tái)、

智能診斷算法引擎等。依據(jù)大數(shù)據(jù)接入現(xiàn)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

具備必要的數(shù)據(jù)分析和回放功能，輔助專家進(jìn)行故障

分析和標(biāo)注；對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷和健康評(píng)

估；根據(jù)智能診斷算法引擎的診斷結(jié)果發(fā)布預(yù)警信息，

建立設(shè)備故障臺(tái)賬等。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控、健

康評(píng)估、健康預(yù)測(cè)、故障預(yù)警、故障數(shù)據(jù)庫管理等功能。

可視化預(yù)警診斷系統(tǒng) UI 界面如圖 1 所示。

圖 1 可視化預(yù)警診斷系統(tǒng) UI 界面

1）在線監(jiān)控。電廠設(shè)備狀態(tài)可視化診斷預(yù)警系統(tǒng)

可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)在線

監(jiān)控模塊具有數(shù)據(jù)顯示和回放功能，可進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、

回放及智能分析，并按照要求在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)重要

告警信息的獲取和瀏覽。

2）健康評(píng)估。系統(tǒng)借助多維度信息融合識(shí)別技術(shù)

的異常檢測(cè)算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)。該

方案融合傳統(tǒng)振動(dòng)分析和聲音、溫度、電壓、電流等

運(yùn)行信息，以全正常運(yùn)行狀態(tài)的多維度信息數(shù)據(jù)為訓(xùn)

練樣本，建立正常狀態(tài)的多維度信息融合識(shí)別模型。

將聲音、振動(dòng)、溫度等多維信息數(shù)據(jù)輸入上述多維度

信息融合識(shí)別模型并進(jìn)行打分（分值越高表示測(cè)試樣

本屬于打分模型對(duì)應(yīng)狀態(tài)的概率越高），根據(jù)分值判

斷當(dāng)前狀態(tài)和正常狀態(tài)的偏離程度 [3]。

3）健康預(yù)測(cè)。利用長(zhǎng)期的眾多同類設(shè)備的狀態(tài)檢

測(cè)數(shù)據(jù)，建立設(shè)備的壽命退化模型。利用多維度信息

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 53

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

融合技術(shù)建立易損組件的退化模型，實(shí)時(shí)在線定量估

計(jì)磨損及故障程度，據(jù)此輔助運(yùn)維人員做出最優(yōu)的停

機(jī)檢修方案。

4）故障預(yù)警?；诙嗑S度信息融合的設(shè)備運(yùn)行狀

態(tài)異常監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（健康評(píng)估系統(tǒng)）上線后，可根據(jù)監(jiān)

測(cè)數(shù)據(jù)做出異常報(bào)警，如真實(shí)發(fā)生故障，由專家進(jìn)行

數(shù)據(jù)分析或拆解維修并標(biāo)注故障類型?；蛘呃萌藱C(jī)

耦合的專家標(biāo)注系統(tǒng)，由專家對(duì)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行

故障分析和標(biāo)注。當(dāng)標(biāo)注的故障數(shù)據(jù)積累到一定程度，

進(jìn)行基于多維度信息融合和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷

模型訓(xùn)練，診斷出故障后發(fā)布故障診斷結(jié)果，并由運(yùn)

維人員進(jìn)行分析確認(rèn)并標(biāo)注，持續(xù)更新診斷模型。由

此可以將專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以計(jì)算機(jī)軟件的形式保存

下來，可以復(fù)制并在線部署，進(jìn)行故障的自動(dòng)診斷。

知識(shí)庫具備自主學(xué)習(xí)、自主建模等能力。

5）數(shù)據(jù)管理。電廠設(shè)備在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過與系統(tǒng)

接口，可發(fā)送故障報(bào)警信息給運(yùn)行維護(hù)人員。當(dāng)故障

發(fā)生時(shí)，如果是故障模型庫中已經(jīng)出現(xiàn)過的故障，系

統(tǒng)會(huì)給出故障位置、建議的故障處理方式和可能的故

障原因分析；如果是新類型的故障，系統(tǒng)會(huì)給出故障

發(fā)生的具體位置，生成故障報(bào)警信息后提交給運(yùn)維人

員確認(rèn)，再進(jìn)一步由檢修人員進(jìn)行后續(xù)處理。相關(guān)流

程（系統(tǒng)內(nèi)部流程）處理信息可通過平臺(tái)的自動(dòng)標(biāo)注

系統(tǒng)予以標(biāo)記，用于后續(xù)對(duì)該類型故障的聯(lián)合建模和

機(jī)器學(xué)習(xí)。此外，系統(tǒng)可以將經(jīng)過專家標(biāo)注或現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)

維人員復(fù)核確認(rèn)的故障數(shù)據(jù)，建立故障數(shù)據(jù)特征庫，

將專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以計(jì)算機(jī)軟件的形式保存下來，作

為電廠可復(fù)制、易傳承的數(shù)字資產(chǎn)，為電廠后續(xù)的運(yùn)

維提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電廠設(shè)備狀態(tài)可視化預(yù)警診斷系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)

原理，整體分為用戶層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層。用戶

層面向普通用戶和管理員；業(yè)務(wù)應(yīng)用層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)計(jì)算、

分析和應(yīng)用；數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)庫、工程資料庫、環(huán)境

信息庫等。系統(tǒng)采集電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息存放在數(shù)

據(jù)庫中，通過計(jì)算和分析，使用可視化圖形進(jìn)行展示。

1）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。電廠設(shè)備狀態(tài)可視化預(yù)警診斷系

統(tǒng)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，并進(jìn)行數(shù)

據(jù)維護(hù)，提供數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)調(diào)度、數(shù)據(jù)檢查等功能。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)采用由Microsoft研發(fā)的SQL Server2018（一

種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫），具有可伸縮性好與相關(guān)軟件集成

程度高等優(yōu)點(diǎn)，通過 Microsoft JET 數(shù)據(jù)庫引擎實(shí)現(xiàn)數(shù)

據(jù)庫訪問，另外，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)采用集成方案，內(nèi)存數(shù)

據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，保留關(guān)系數(shù)據(jù)庫的開放性

和較強(qiáng)的處理能力，并且具備二次開發(fā)功能，有良好

的交互性。

2）模塊設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)圖形化編輯、靈敏

度分析、節(jié)點(diǎn)等高線可視化、實(shí)時(shí)狀態(tài)下電網(wǎng)運(yùn)行指

標(biāo)及虛擬表達(dá)。結(jié)合數(shù)據(jù)模型建立基于電廠設(shè)備運(yùn)行

標(biāo)準(zhǔn)化的管理流程，實(shí)現(xiàn)管理流程標(biāo)準(zhǔn)化，建立了標(biāo)

準(zhǔn)化工作內(nèi)容模式，實(shí)現(xiàn)工作內(nèi)容的圖形化、表單化；

形成設(shè)備運(yùn)行專家知識(shí)庫，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備綜合管理提供

信息和決策支持。系統(tǒng)模塊邏輯交互架構(gòu)如圖 2 所示。

圖 2 系統(tǒng)模塊邏輯交互圖

CIM- 數(shù)據(jù)模型文件；SVG- 一種數(shù)據(jù)文件格式；DMIS- 調(diào)度管

理信息平臺(tái)

??CIM

???

CIM

??

????

??

????

????

????

??

????

DMIS??

????

DMIS??

????

?????

????

?????

????

SVG

??

??SVG

???

3 電廠設(shè)備狀態(tài)可視化預(yù)警診斷系統(tǒng)的

應(yīng)用

系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面更加迎合了用戶的實(shí)際需求，

擁有更加豐富的應(yīng)用功能。按照系統(tǒng)功能劃分為不同

的子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)包含眾多獨(dú)立的模塊，可以

獨(dú)立完成業(yè)務(wù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、流媒體服務(wù)、文件存

儲(chǔ)等。當(dāng)前，電廠設(shè)備狀態(tài)可視化診斷預(yù)警系統(tǒng)主要

包括在線監(jiān)視、健康評(píng)估、健康預(yù)測(cè)、故障評(píng)判、健

康列表、缺陷推薦管理、缺陷推薦跟蹤以及專家知識(shí)

庫等模塊。范圍最低包含鍋爐、汽機(jī)、抽氣、發(fā)電機(jī)、

10 kV 高壓系統(tǒng)，具體設(shè)備包括但不限于磨煤機(jī)、一

次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、循環(huán)水泵、凝結(jié)

水泵、給水泵、小汽輪機(jī)、汽輪機(jī)本體等。

設(shè)備智能診斷功能需滿足大數(shù)據(jù)平臺(tái) (Hadoop) 的

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于電廠設(shè)備管理的實(shí)際需求，對(duì)系統(tǒng)大

數(shù)據(jù)平臺(tái)、應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法平臺(tái)、

報(bào)表平臺(tái)四大支撐平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)部署，可實(shí)現(xiàn)電廠技

術(shù)協(xié)議要求的功能和性能要求 [4]。該系統(tǒng)的部署和應(yīng)

用可有效解決電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息分散、復(fù)雜，無

法實(shí)時(shí)監(jiān)控多場(chǎng)景和運(yùn)行進(jìn)度等問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備

54 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

運(yùn)行的安全隱患。此外，該系統(tǒng)可以與 IMS 系統(tǒng)（內(nèi)

部管理系統(tǒng)）集成，智能專家診斷系統(tǒng)支持以接口的

形式與 IMS 系統(tǒng)中管理模塊功能進(jìn)行集成、聯(lián)動(dòng)。設(shè)

備智能專家診斷系統(tǒng)支持以接口的形式，將系統(tǒng)中產(chǎn)

生的報(bào)警信息供其他系統(tǒng)調(diào)用或者集成，從而實(shí)現(xiàn)電

廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的高效管理。另外，該系統(tǒng)作為電廠

設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，后期還可以融合設(shè)備監(jiān)理

流程，采用“系統(tǒng) + 過程”雙層保護(hù)模式，有效保障

電廠設(shè)備的正常運(yùn)行。設(shè)備監(jiān)理的介入，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)

設(shè)備系統(tǒng)是否滿足業(yè)務(wù)需求、安裝質(zhì)量是否合規(guī)，通

過嚴(yán)格落實(shí)監(jiān)理標(biāo)準(zhǔn)化工作，從而有效提高電廠設(shè)備

狀態(tài)預(yù)警的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)束語

綜上所述，電廠設(shè)備狀態(tài)可視化預(yù)警診斷系統(tǒng)的

設(shè)計(jì)與研發(fā)，可以有效改善傳統(tǒng)人工巡檢的弊端，提

升電廠設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大

數(shù)據(jù)處理能力和圖像處理能力，高效分析電廠設(shè)備產(chǎn)

生的海量數(shù)據(jù)信息，幫助管理者準(zhǔn)確掌握電廠設(shè)備的

運(yùn)行臨界狀態(tài)，快速發(fā)現(xiàn)問題并采取有效措施進(jìn)行應(yīng)

對(duì)。由此可見，電廠設(shè)備狀態(tài)可視化預(yù)警診斷系統(tǒng)是

電網(wǎng)智能化發(fā)展過程中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，可解決傳統(tǒng)

的檢修作業(yè)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，借助軟件分析進(jìn)

行狀態(tài)評(píng)估和故障診斷，制定有效的維護(hù)措施，改善

設(shè)備運(yùn)行狀況，全面提升電網(wǎng)系統(tǒng)安全管理水平。

參考文獻(xiàn)

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與智能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用探討 [J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，

2021,11(23):174-176.

（上接第 36 頁）

確保問題得到解決，并積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)此類問

題的處理提供參考作用。

3）監(jiān)理方應(yīng)做好采購技術(shù)要求的辨識(shí)工作，特

別是高于通用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)條件。如本案例中本項(xiàng)目

變壓器設(shè)備技術(shù)協(xié)議約定放電量≤ 80 pC，而 GB/T

1094.3—2017 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定≤ 250 pC，采購技術(shù)協(xié)議要求

高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。因此監(jiān)造工程師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)制造廠

落實(shí)設(shè)備采購合同技術(shù)要求的監(jiān)督力度，保證設(shè)備技

術(shù)性能同時(shí)符合業(yè)主及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)

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（上接第 43 頁）

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PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 55

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

電梯門回路檢測(cè)功能原理分析

與檢驗(yàn)方法研究

林超鋒

（福建省勞安設(shè)備技術(shù)開發(fā)有限公司莆田分公司 莆田 351100）

摘 要：本文針對(duì)電梯門回路的檢測(cè)原理和檢驗(yàn)方法進(jìn)行了介紹，并在此基礎(chǔ)上討論了多種檢驗(yàn)方法以

及特殊工況下的檢驗(yàn)注意事項(xiàng)、故障的排查和復(fù)位，最終提出了一種高效的檢驗(yàn)方法和門回路設(shè)計(jì)的改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：電梯門回路檢測(cè) 電路圖原理分析 檢規(guī)要求

Principle Analysis and Inspection Method Research of

Elevator Door Loop Detection Function

Lin Chaofeng

(Fujian Lao'an Equipment Technology Development Co., Ltd. Putian Branch Putian 351100)

Abstract Based on the introduction of the detection principle and method of elevator door circuit, this

paper discusses a variety of inspection methods, inspection precautions under special working conditions, fault

troubleshooting and reset, and puts forward a kind of efficient inspection method and the improvement direction of

door circuit design.

Keywords Elevator door loop detection Principle analysis of circuit diagram Inspection gauge

requirements

中圖分類號(hào)：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0055-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.015

作者簡(jiǎn)介：林超鋒（1994 ～ )，男，本科，從事機(jī)電類特種

設(shè)備檢驗(yàn)工作。

通訊作者：林超鋒，E-mail: 838856749@qq.com。

（收稿日期：2022-11-17）

隨著城鎮(zhèn)化不斷加速，高樓建筑不斷增加，電梯

（本文所述電梯均指垂直電梯）成為人們?nèi)粘Ｉ畋?/p>

不可少的交通工具，其安全性能備受關(guān)注。門回路檢

測(cè)功能就是為了防止人為或意外短接門鎖回路，造成

開門走梯，進(jìn)而引發(fā)人員剪切或墜落的安全事故發(fā)生。

鑒于各制造廠以及檢驗(yàn)人員對(duì)該項(xiàng)目的理解不一，特

針對(duì)該功能進(jìn)行分析討論。

1 門回路檢測(cè)功能的檢規(guī)要求

對(duì)電梯進(jìn)行檢測(cè)，首先要對(duì)回路開展有效檢測(cè)工

作。當(dāng)電梯轎廂處于開鎖區(qū)內(nèi)時(shí)，電梯門開啟，層門

鎖緊位置其轎門監(jiān)控信號(hào)是否正確以及電氣安裝是否

正確。如果遇到上述故障，可以防止其運(yùn)行（上述要

求源于 TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)

規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》（以下簡(jiǎn)稱檢規(guī)））[1]。

1）開鎖區(qū)怎樣判斷？根據(jù) GB 7588—2003《電梯

制造與安裝安全規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）中的要求，

該區(qū)域有明確要求，簡(jiǎn)單來說，即開鎖區(qū)域不能超出

層站地面上下 0.2 m；轎門和層門以機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)時(shí)，

開鎖區(qū)域可提升至 0.35 m[2]。

2）對(duì)于轎門開啟，應(yīng)當(dāng)以轎門開到位信號(hào)或者開

關(guān)動(dòng)作為準(zhǔn)。

3）對(duì)于層門門鎖釋放，在轎廂開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要

確保層門鎖緊在相應(yīng)位置上，但在此之前可進(jìn)行預(yù)前

操作。在層門鎖緊時(shí)，一定要和相關(guān)要求相符，根據(jù)

具體裝置進(jìn)行處理 [2]。

以上 3 個(gè)條件需同時(shí)滿足方可進(jìn)行門回路檢測(cè)。

檢測(cè)對(duì)象包括當(dāng)轎門處在關(guān)閉位置時(shí)，其電氣的安全

裝置以及層門在鎖緊狀態(tài)下的監(jiān)控信號(hào)。還包括轎門

56 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

關(guān)閉時(shí)，電氣的安裝裝置情況，其應(yīng)包括轎門關(guān)閉到

位驗(yàn)證開關(guān)以及驗(yàn)證轎門機(jī)械鎖嚙合深度的電氣開關(guān)

（如有時(shí)）；層門門鎖鎖緊位置的電氣安全裝置應(yīng)包

括層門關(guān)閉到位驗(yàn)證開關(guān)以及驗(yàn)證層門機(jī)械鎖嚙合深

度的電氣開關(guān)；轎門監(jiān)控信號(hào)為 TSG T7001—2009 第

2 號(hào)修改單中第 2.8（6）④項(xiàng)提到的證實(shí)轎門處于關(guān)

閉位置的獨(dú)立監(jiān)控信號(hào)。

2 門回路檢測(cè)功能原理分析

圖 1 是門回路檢測(cè)電路圖。轎廂處于開鎖區(qū)內(nèi)，

或是開啟且層門的門鎖釋放時(shí)，檢測(cè)區(qū)域會(huì)接受控制

系統(tǒng)的指令，因此轎門會(huì)有短暫閉合同時(shí)驗(yàn)證回路

的情況。短接時(shí)如果檢測(cè)出電氣安裝裝置有短接的

狀態(tài)，那么 132 到 131 通路，X26 會(huì)收到電壓信號(hào)，

此時(shí)門鎖的短接狀態(tài)就被系統(tǒng)檢測(cè)出來，系統(tǒng)會(huì)對(duì)

故障進(jìn)行報(bào)警處理，同時(shí)停止運(yùn)作。而轎門的電氣

安全裝置如果被短接，無須經(jīng)過檢測(cè)模塊，X26 會(huì)直

接有電壓信號(hào)，系統(tǒng)報(bào)故障，停止電梯再次運(yùn)行。

若轎門和廳門回路被全部短接，即從圖 1 中 130 短

接至 132，則 X27 會(huì)一直收到電壓信號(hào)，系統(tǒng)報(bào)故

障，防止電梯再次運(yùn)行。轎門獨(dú)立監(jiān)控信號(hào)是監(jiān)控

轎門是否處于關(guān)閉位置的電氣安全裝置，獨(dú)立于門

回路，其檢測(cè)點(diǎn)也是單獨(dú)開設(shè)的一個(gè)引腳 X28。如果

信號(hào)被短接了，X28 會(huì)收到一個(gè)電壓信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)

對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警處理，同時(shí)停止運(yùn)作。因此，采用

圖 1 原理的電梯，在日常檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)轎門回路或轎

門監(jiān)控信號(hào)短接，故障會(huì)直接顯示出來，并不需要

在 TSG T7001—2009 提出的檢測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)才顯示出

來。從圖 1 中還可以看出，在某一具體層站短接測(cè)試

廳門回路時(shí)，廳門所有門扇的關(guān)閉到位開關(guān)以及驗(yàn)證

廳門機(jī)械鎖嚙合深度的電氣開關(guān)需同時(shí)被短接，否

則 1 至 n 層的層門回路依然處于斷開狀態(tài)，只有將該

層門的所有驗(yàn)證門扇的關(guān)閉到位開關(guān)以及驗(yàn)證廳門

機(jī)械鎖嚙合深度的電氣開關(guān)全部短接，X26 才會(huì)檢測(cè)

到信號(hào)，系統(tǒng)才報(bào)故障停止電梯再次運(yùn)行。然而，這種

“大封線”模式是否符合 GB 7588—2003 要求呢？由

GB 7588—2003 中前言 0.3.8 中的規(guī)定可知：維修階段，

電梯運(yùn)行時(shí)，如果電氣安全裝置被設(shè)置為無效狀態(tài)，那

行動(dòng)是沒有保障的。所以需要根據(jù)維修規(guī)定補(bǔ)充一些方

案，以確保作業(yè)人員在此過程中的安全。因此，當(dāng)某一具

體層站中驗(yàn)證門扇的關(guān)閉到位開關(guān)以及驗(yàn)證廳門機(jī)械鎖

嚙合深度的電氣開關(guān)被部分短接，該層門回路仍處于斷

路狀態(tài)，電梯的安全運(yùn)行依然有保障。說明這種“大封線”

模式符合規(guī)范要求。當(dāng)然，如果可以實(shí)現(xiàn)對(duì)門回路中每

個(gè)電氣安全觸點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)則是最佳。

圖 1 門回路檢測(cè)電氣原理圖

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Y37??????

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MCTC.SCB.A

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130 131 GS 1DS 2DS nDS 132

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3 門回路檢測(cè)功能的檢驗(yàn)方法

按照 TSG T7001—2009 第 2 號(hào)修改單中第 2.8（7）

項(xiàng)的檢驗(yàn)方法：通過模擬操作檢查門回路檢測(cè)功能。

通常有以下 3 種方式進(jìn)行驗(yàn)證：

1）通過服務(wù)器模擬操作，當(dāng)轎廂在開鎖區(qū)域內(nèi)，

轎門開啟并且層門門鎖釋放時(shí)，分別給圖 1 中 X26 或

X27 一個(gè)信號(hào)，驗(yàn)證系統(tǒng)是否報(bào)故障并防止電梯的正

常運(yùn)行。

2）在控制柜中，分別對(duì) 3 個(gè)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行短接，

當(dāng)轎廂在開鎖區(qū)域內(nèi)，轎門開啟并且層門門鎖釋放時(shí)，

驗(yàn)證系統(tǒng)是否報(bào)故障并防止電梯的正常運(yùn)行。

3）在具體某個(gè)層站，分別對(duì) 3 個(gè)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行短

接，當(dāng)轎廂在開鎖區(qū)域內(nèi)，轎門開啟并且層門門鎖釋

放時(shí)，驗(yàn)證系統(tǒng)是否報(bào)故障并防止電梯的正常運(yùn)行。

若要提高檢驗(yàn)效率，則應(yīng)先審查電氣原理圖與現(xiàn)

場(chǎng)接線，確認(rèn)無誤后，采用第 1 種方法。

4 帶轎門機(jī)械鎖或多轎門工況下的檢驗(yàn)注

意事項(xiàng)

1）對(duì)于轎門帶機(jī)械鎖的，只短接轎門關(guān)閉到位驗(yàn)

證開關(guān)，若系統(tǒng)無法報(bào)故障，則應(yīng)考慮廠家電路設(shè)計(jì)

采用“大封線”模式的可能性。此時(shí)，應(yīng)同時(shí)短接驗(yàn)

證轎門機(jī)械鎖嚙合深度的電氣開關(guān)，若系統(tǒng)報(bào)故障，

則判定為合格。

2）對(duì)于多轎門的轎廂，應(yīng)注意前后轎門、前后層

門部分被短接，尤其是在控制柜中跨接是否檢測(cè)得到？

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 57

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

如圖 2 所示，若 A-C 跨接、B-D 跨接、C-E 跨接，

按該原理圖則對(duì)于雙轎門的轎廂但并非同時(shí)開門的層

站才檢測(cè)得到。對(duì)于雙轎門但同時(shí)開門的層站，若A-C

跨接、B-D 跨接、C-E 跨接，由于雙轎層門電氣安全

裝置均斷開，導(dǎo)致以上 3 種短接，門回路依然處于斷

開狀態(tài)，門回路檢測(cè)無法判斷。門回路檢測(cè)模塊對(duì)于

以上 3 種跨接，在雙轎層門電氣安全裝置均斷開的情

況下，門鎖短接檢測(cè)與雙通門門鎖短接檢測(cè)均無法收

到信號(hào)，誤檢測(cè)為正常。顯然，圖 2 這種電氣原理圖

存在缺陷，僅限于雙轎門但并非到站同時(shí)開門的類型，

方可達(dá)到檢規(guī)中第 2.8（7）的要求。若將前后門鎖回

路進(jìn)行并聯(lián)（如圖 3 所示），實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)門鎖回路的

電氣安全裝置進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)控，是否滿足 TSG T7001—

2009 第 2 號(hào)修改單中第 2.8（7）項(xiàng)的要求？圖 3 可以

實(shí)現(xiàn)雙轎門到站同時(shí)開門時(shí)對(duì)各個(gè)門鎖回路的電氣安

全裝置進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)控。但是，當(dāng)雙轎門的轎廂到站只

開單側(cè)轎層門時(shí)，由于另一側(cè)的轎層門處關(guān)閉狀態(tài)，

相當(dāng)于間接短接了開門側(cè)的門回路，門回路檢測(cè)會(huì)直

接收到信號(hào)報(bào)故障，對(duì)于圖 3 來說更不可取。但是如

果僅限于使用在雙轎門的轎廂但到站同時(shí)開門的類型，

可達(dá)到檢規(guī)中第 2.8（7）的要求。

圖 2 簡(jiǎn)化雙轎門門回路檢測(cè)電氣原理圖

（僅限于使用在雙轎門的轎廂，但到站只開單側(cè)門的類型）

圖 3 簡(jiǎn)化雙轎門門回路檢測(cè)電氣原理圖

（僅限于使用在雙轎門的轎廂，但到站同時(shí)開門的類型）

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A B C E D

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綜上所述，若要應(yīng)用在雙轎門的轎廂，并且既有

單側(cè)開門的情況，也有雙側(cè)同時(shí)開門的情況，需使前

后轎層門的門回路檢測(cè)引腳相互獨(dú)立，并且各自配備

門回路檢測(cè)模塊，可共用一個(gè)門鎖短接檢測(cè)引腳，具

體如圖 4 所示。

圖 4 簡(jiǎn)化雙轎門門回路檢測(cè)電氣原理圖（通用類型）

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5 門回路檢測(cè)功能的故障復(fù)位

當(dāng)檢測(cè)到電梯門回路故障后，需要人為排查門回

路被短接的原因，并將故障清除，電梯才能重新恢復(fù)

正常運(yùn)行。電梯門回路檢測(cè)出故障后復(fù)位方式有 2 種：

手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位。

手動(dòng)復(fù)位是人為排查門回路被短接的原因，并將

故障清除后，要手動(dòng)按一次復(fù)位按鈕。自動(dòng)復(fù)位是指

人為排查門回路被短接的原因，并將故障清除后，進(jìn)

入設(shè)定好的程序，控制系統(tǒng)按照設(shè)定好的程序進(jìn)行自

我排查，當(dāng)所有排查結(jié)果都正常時(shí)，電梯重新投入正

常運(yùn)行。

門回路檢測(cè)到故障后，自動(dòng)復(fù)位檢查程序通常有

以下 3 種：1) 短接層站被檢測(cè)出來后，還要進(jìn)一步開

展關(guān)于開門、關(guān)門的實(shí)驗(yàn)，如果結(jié)果是正常的則表示

故障已恢復(fù)，可讓電梯正常運(yùn)作。2) 被檢測(cè)出有短接

的層站二次檢測(cè)該門回路無短接后，對(duì)最底層和最頂

層的門回路也進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng) 3 次檢測(cè)后均未有短接現(xiàn)

象，方可清除故障恢復(fù)運(yùn)行。3) 對(duì)每層的門回路都進(jìn)

行檢測(cè)，當(dāng)每個(gè)層站的門回路驗(yàn)證結(jié)果均為正常后，

電梯恢復(fù)正常運(yùn)行。

6 改進(jìn)的空間

以上所述的門回路檢測(cè)功能均為市面上常見的做

法，雖然都可以滿足 TSG T7001—2009 第 2 號(hào)修改單

中第 2.8（7）項(xiàng)的要求，但是均無法對(duì)單一觸點(diǎn)的短接

進(jìn)行驗(yàn)證，比如短接層門鎖緊觸點(diǎn)，此時(shí)層門的鎖緊

（下轉(zhuǎn)第 84 頁）

58 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程中的實(shí)踐運(yùn)用

冉 斌

（山東森峰激光裝備有限公司 德州 251100）

摘 要：本文通過文獻(xiàn)資料分析法和調(diào)查分析法，并結(jié)合實(shí)踐分析了人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程領(lǐng)域

中的應(yīng)用價(jià)值及其應(yīng)用方向，同時(shí)以煙草生產(chǎn)設(shè)備故障診斷為例分析了人工智能技術(shù)的具體應(yīng)用。通過實(shí)踐

證明，基于人工智能技術(shù)的機(jī)械設(shè)備故障診斷系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，提高企業(yè)安全生產(chǎn)能力，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)

社會(huì)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù) 機(jī)械電子工程 實(shí)踐運(yùn)用

Practical Application of Artificial Intelligence Technology

in Mechanical and Electronic Engineering

Ran Bin

(Shandong Senfeng Laser Equipment Co., LTD. Dezhou 251100)

Abstract This paper analyzes the application value and the current application direction of artificial

intelligence technology in the field of mechanical and electronic engineering through the literature analysis,

investigation and analysis combined with the practice, and analyzes the specific application of artificial intelligence

technology by taking tobacco production equipment fault diagnosis as an example. Practice has proved that the fault

diagnosis system of mechanical equipment based on artificial intelligence technology can realize automatic alarm,

which improves the ability of enterprise safety production, promotes the development of China’s social economy.

Keywords Artificial intelligence technology Mechanical and electronic engineering Practical application

中圖分類號(hào)：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0058-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.016

作者簡(jiǎn)介：冉斌（1985～），男，碩士，工程師，從事機(jī)

械電子工程方面的研究工作。

通訊作者：冉斌，E-mail：125833820@qq.com。

（收稿日期：2022-11-21）

1 人工智能技術(shù)概述

人工智能技術(shù)簡(jiǎn)稱 AI，目前被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)

域，利用此技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)直接在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中

完成復(fù)雜計(jì)算的任務(wù)，在某些領(lǐng)域還能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)人

工操作，極大地避免了因操作失誤所帶來的安全事故

等問題。近年來，人工智能在各行各業(yè)中的發(fā)展促進(jìn)

了產(chǎn)品科技水平的提升，利用此技術(shù)，可以快速處理

相關(guān)數(shù)據(jù)信息，其處理速度和結(jié)果的準(zhǔn)確性相比于電

腦操作效率更高，更具有優(yōu)勢(shì)。因此，相關(guān)工作人員

應(yīng)積極學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)方面的知識(shí)，從而在遇到問

題時(shí)可以運(yùn)用此技術(shù)結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)去解決問題。

除此之外，人工智能技術(shù)包括人工智能技術(shù)器和外部

環(huán)境共同組織，需要加強(qiáng)對(duì)此技術(shù)的適用研究，以便

于促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的全面提升 [1]。

2 人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用

價(jià)值

2.1 滿足對(duì)機(jī)械電子系統(tǒng)高精度控制要求

隨著社會(huì)科技的迅猛發(fā)展，人工智能技術(shù)得到了

廣泛應(yīng)用。在機(jī)械電子工程中應(yīng)用人工智能可以滿足

對(duì)機(jī)械電子系統(tǒng)高精度控制需求。通常情況下，在機(jī)

械電子系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，工作人員可以利用人工

智能技術(shù)，對(duì)電子系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行初步判斷 [2]。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 59

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

2.2 提高機(jī)械電子設(shè)備穩(wěn)定性

在以往工作模式中，技術(shù)人員往往通過傳統(tǒng)方法

控制系統(tǒng)，會(huì)因工作模式滯后，而難以提高機(jī)械電子

設(shè)備的穩(wěn)定性。所以要想在科學(xué)信息技術(shù)飛速發(fā)展的

時(shí)代背景下更好的發(fā)展，技術(shù)人員應(yīng)靈活利用人工智

能技術(shù)以確保電子設(shè)備的穩(wěn)定，并達(dá)到數(shù)據(jù)高效處理

的目的。另外，機(jī)械電子設(shè)備能否穩(wěn)定關(guān)乎其質(zhì)量，

相關(guān)人員可以利用人工智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)快速分析處理，

進(jìn)一步提高工作質(zhì)量和效率，也充分證實(shí)人工智能技

術(shù)具有較高的推廣價(jià)值。

3 人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

方向

3.1 應(yīng)用于精準(zhǔn)化方面

近年來，人工智能技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，如在機(jī)械

電子工程領(lǐng)域中，能夠有效改進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)械電力工程中

的弊端。例如：確保機(jī)械電子設(shè)備的穩(wěn)定性。人工智

能技術(shù)是指研究和開發(fā)用于模型延伸和拓展人的智慧

的技術(shù)科學(xué)。對(duì)于機(jī)械電子工程來講，為了最大限度

地減少人工操作失誤，避免安全事故問題發(fā)生，可以

靈活使用人工智能技術(shù)，使整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)處于規(guī)范化

運(yùn)行狀態(tài)。由于機(jī)械電子工程所涉及的領(lǐng)域比較廣泛，

且該行業(yè)的發(fā)展綜合性較強(qiáng)，需要不斷革新行業(yè)發(fā)展

技術(shù)，才能持續(xù)推進(jìn)機(jī)械電子工程行業(yè)發(fā)展。人工智

能技術(shù)的應(yīng)用全面優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)操作流程，保障各項(xiàng)

生產(chǎn)作業(yè)順利展開 [3]。另外，相比機(jī)械電子工程領(lǐng)域，

在人工智能技術(shù)的應(yīng)用下工作效率不斷提高。例如：

利用人工智能技術(shù)，能夠及時(shí)優(yōu)化和調(diào)整工作中出現(xiàn)

的問題，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化社會(huì)生產(chǎn)要素的目的。除此之外，

管理人員可以利用人工智能技術(shù)代替人工操作，利用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模糊推理優(yōu)化生產(chǎn)流程，從而滿足實(shí)

際生產(chǎn)需求。

3.2 應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析方面

如今，人工智能技術(shù)被應(yīng)用于電子工程領(lǐng)域中，

特別是在數(shù)據(jù)分析方面，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工操作，

極大地提高數(shù)據(jù)分析水平和質(zhì)量。管理人員可以利用

人工智能技術(shù)的邏輯性思維模糊推理等系統(tǒng)支持做好

數(shù)據(jù)分析。利用人工智能技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，管理

人員主要是通過函數(shù)、增強(qiáng)鏈接高效化進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)

的運(yùn)算，切實(shí)提升我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)力 [4]。在數(shù)據(jù)分析過

程中，管理人員可以利用人工智能技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步推

算，無限接近連續(xù)函數(shù)，此技術(shù)未來也有較好的發(fā)展

前景。因此，應(yīng)加大對(duì)此技術(shù)的深入研究，特別是在

模糊推理與機(jī)械工程之間連接的穩(wěn)定性方面，應(yīng)加強(qiáng)

深入性分析。當(dāng)然，人工智能技術(shù)并非止步于此，在

科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展下，對(duì)此技術(shù)也在不斷展開深入研

究，技術(shù)水平的提高也將推動(dòng)我國(guó)各行業(yè)的發(fā)展。

3.3 應(yīng)用于故障診斷方面

利用此技術(shù)，可以滿足對(duì)機(jī)械電子系統(tǒng)高精準(zhǔn)度

控制要求。如今被應(yīng)用在故障診斷之中，避免因利用

傳統(tǒng)方法而造成大量時(shí)間和精力浪費(fèi)等問題的出現(xiàn)，

真正意義上的保障機(jī)械電子產(chǎn)品所有故障能夠被有效

診斷出來，隨后采取有效的方法對(duì)故障進(jìn)行處理，這

不僅能夠提高故障診斷與維修水平，又能夠發(fā)揮人工

智能技術(shù)在機(jī)械電子工程中的價(jià)值。機(jī)械電子工程產(chǎn)

品復(fù)雜性較高，因受到外界因素的影響出現(xiàn)故障，將

會(huì)影響行業(yè)生產(chǎn)，故而，利用人工智能技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)

備進(jìn)行故障診斷，隨后對(duì)其原始信息進(jìn)行處理，從而

節(jié)省大部分的人力物力成本。

3.4 應(yīng)用于電氣工程方面

人工智能技術(shù)可以有效保障相關(guān)設(shè)備處于穩(wěn)定運(yùn)

轉(zhuǎn)狀態(tài)。面對(duì)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，電氣工程行業(yè)要

想獲得更好的發(fā)展，必須掌握核心技術(shù)，通過利用人

工智能技術(shù)系統(tǒng)控制，同時(shí)在電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化過程

中，可以利用人工智能技術(shù)確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的科學(xué)

性與合理性。只有確保電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理化，才能

為電氣工程發(fā)展提供保障。另外，通過人工智能技術(shù)，

還能夠幫助管理人員時(shí)刻掌握電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

人工智能在電氣工程方面會(huì)涉及 4 個(gè)核心領(lǐng)域：1）系

統(tǒng)規(guī)劃。作為電子系統(tǒng)物理基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，

系統(tǒng)規(guī)劃會(huì)涉及擴(kuò)展研究、發(fā)電互聯(lián)、傳輸服務(wù)請(qǐng)求，

一旦錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致成本超支、時(shí)間浪費(fèi)，系統(tǒng)還會(huì)

受到嚴(yán)重?fù)p失。人工智能技術(shù)包含人類經(jīng)驗(yàn)的表現(xiàn)能

力，能有效解決此類問題，可以快速提升系統(tǒng)規(guī)劃質(zhì)量。

2）系統(tǒng)分析。分析的主要目的是為了預(yù)測(cè)與監(jiān)控由于

系統(tǒng)阻力不足而造成的低頻機(jī)電振蕩，人工智能基于

知識(shí)工程和認(rèn)知科學(xué)，可以為用戶提供優(yōu)良的計(jì)算機(jī)

環(huán)境，幫助人類在規(guī)劃過程中提高創(chuàng)造力。3）系統(tǒng)

操作和監(jiān)控。人工智能可以及時(shí)監(jiān)控動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)

警，同時(shí)可以處理相對(duì)復(fù)雜的工作內(nèi)容，對(duì)故障進(jìn)行

60 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

自行診斷，以預(yù)防電壓崩潰。4) 運(yùn)營(yíng)計(jì)劃。人工智能

使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃技術(shù)篩選最經(jīng)濟(jì)的機(jī)組計(jì)劃，考慮到電

力系統(tǒng)要求，創(chuàng)建閉環(huán)系統(tǒng)，減少操作員與專家系統(tǒng)

的交互，對(duì)未來可能發(fā)生的情況進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。電氣

工程對(duì)設(shè)備要求精度極高，會(huì)涉及各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的支

持，操作難度和復(fù)雜程度都需要借助人工智能技術(shù)來

實(shí)現(xiàn)。

3.5 應(yīng)用于機(jī)械電子系統(tǒng)輸入中

人工智能技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械電子工程領(lǐng)域中，還體

現(xiàn)在其他方面，其中之一是被應(yīng)用于機(jī)械電子系統(tǒng)輸

入中。在生產(chǎn)過程中，需要運(yùn)用機(jī)械設(shè)備，而機(jī)械設(shè)

備是否處于良好運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，直接關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益，所以

應(yīng)利用人工技術(shù)確保機(jī)械電子設(shè)備的穩(wěn)定性。通常情

況下，機(jī)械電子系統(tǒng)具有不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，在生產(chǎn)中

會(huì)面臨很多問題，比如：因工況條件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，

導(dǎo)致輸入信息種類較多。為了解決以上問題，企業(yè)可

以利用人工智能技術(shù)對(duì)各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速識(shí)別，

代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工操作。還可以利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人

腦構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本支出及提高數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)

確性的目的。另外，人工智能技術(shù)被應(yīng)用在機(jī)械電子

工程領(lǐng)域中，它可以最大限度地減少人工操作，避免

安全事故的發(fā)生，而為了實(shí)現(xiàn)降本增效的目的，應(yīng)將

人工智能技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械電子系統(tǒng)輸入領(lǐng)域中，不僅

能夠滿足對(duì)機(jī)械電子系統(tǒng)高精度控制的要求，還有助

于提高生產(chǎn)效益。

3.6 應(yīng)用于工業(yè)焊接機(jī)器人領(lǐng)域

工業(yè)時(shí)代的到來，行業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)壓力逐漸加大，

而要想在瞬息萬變的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下立足不敗之地，

應(yīng)利用人工智能技術(shù)做好相關(guān)工作。近年來，人工智

能技術(shù)被應(yīng)用在工業(yè)焊接機(jī)器人領(lǐng)域中，同樣獲得了

令人稱贊的成績(jī)和效果，它的應(yīng)用可以有效提高機(jī)械

設(shè)備制造的先進(jìn)性，降低生產(chǎn)成本。我們可以利用人

工智能技術(shù)做好焊接工作，提高焊接機(jī)器人整體質(zhì)量。

焊接機(jī)器人是利用超聲波以及磁粉探傷技術(shù)最大限度

地控制工件焊接缺陷。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式不利于提高機(jī)器

人焊接質(zhì)量，所以相關(guān)生產(chǎn)單位可以利用人工智能技

術(shù)，最大限度地減少生產(chǎn)成本。另外，利用人工智能

技術(shù)，可以判斷機(jī)器人焊接頭是否符合焊接標(biāo)準(zhǔn)，還

可以減少飛濺問題的產(chǎn)生，確保作業(yè)人員生命財(cái)產(chǎn)

安全。

4 人工智能技術(shù)在煙草機(jī)械故障診斷中的

實(shí)踐

4.1 故障診斷技術(shù)的應(yīng)用需求

在煙草生產(chǎn)過程中若發(fā)生機(jī)械故障往往會(huì)造成停

工停產(chǎn)，給企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，通過人工智能

技術(shù)的應(yīng)用對(duì)煙草生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線

監(jiān)控，可以有效提高煙草機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行能力。

近年來，煙草生產(chǎn)設(shè)備也向機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、

大型化發(fā)展，機(jī)械設(shè)備在精度控制、工作效率方面都

取得了很大進(jìn)步，生產(chǎn)力水平得到快速提升，但依然

會(huì)受到機(jī)械故障的困擾，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)安全生產(chǎn)事

故。如果此類機(jī)械故障得不到有效解決，后續(xù)還會(huì)引

發(fā)其他類似生產(chǎn)事故，嚴(yán)重影響煙草生產(chǎn)企業(yè)的正常

運(yùn)行。人工智能技術(shù)的出現(xiàn)使這一問題得到有效解決，

基于人工智能技術(shù)的故障診斷技術(shù)對(duì)煙草生產(chǎn)機(jī)械設(shè)

備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，針對(duì)突發(fā)故障及時(shí)發(fā)送

報(bào)警信息，并準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，幫助工作人員查明故

障原因并及時(shí)排除，使生產(chǎn)設(shè)備盡快恢復(fù)運(yùn)行。

4.2 基于人工智能技術(shù)的故障診斷模式

煙草機(jī)械故障診斷主要通過人工智能在線監(jiān)測(cè)技

術(shù)來實(shí)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)設(shè)備負(fù)責(zé)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)并通過

網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，監(jiān)控中會(huì)對(duì)故障信息進(jìn)行分析，

并建立數(shù)字化模型，如果監(jiān)測(cè)到設(shè)備故障時(shí)會(huì)發(fā)送報(bào)

警信號(hào)并給出故障排除建議，其整體架構(gòu)主要包括數(shù)

據(jù)采集層、PCL（可編程邏輯控制器）硬件處理層、

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和智能分析層等部分。

數(shù)據(jù)采集層是通過安裝的傳感器和接收模塊完成

信息的采集，比如工業(yè)上常用的加速度振動(dòng)傳感器

T101A，將接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過網(wǎng)

絡(luò)傳輸至 PLC 硬件處理層。PLC 對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行處

理，轉(zhuǎn)換為振動(dòng)的波形數(shù)據(jù)，并通過 PLC 的 IP（網(wǎng)絡(luò)

之間互連的協(xié)議）地址觸發(fā)臨時(shí)采集程序。智能分析

層是對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行分析，可以生成趨勢(shì)圖、軌跡

圖、瀑布圖、拓?fù)鋱D等，報(bào)警的方式可分為顏色報(bào)警、

總值報(bào)警、頻段報(bào)警等。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)

人工智能技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。比如精準(zhǔn)化、

（下轉(zhuǎn)第 80頁）

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 61

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

易應(yīng)寬

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司 貴陽 550001）

摘 要：本文首先分析了高壓開關(guān)柜的具體涵義，重點(diǎn)對(duì)高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行論述，并從母線、

互感器、真空斷路器、控制回路以及隔間面板 5 個(gè)方面進(jìn)行分析。同時(shí)也針對(duì)高壓開關(guān)柜在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)

需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，從防護(hù)等級(jí)、安全凈距以及爬電距離 3 個(gè)方面進(jìn)行了闡述，從而為高壓開關(guān)柜進(jìn)行有

效的設(shè)計(jì)和規(guī)劃以及保證高壓開關(guān)柜的實(shí)際應(yīng)用效果提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

Structural Design Analysis of High-voltage Switchgear

Yi Yingkuan

(Guizhou Provincial Highway Engineering Group Co., Ltd. Guiyang 550001)

Abstract This paper first analyzes the specific meaning of high-voltage switchgear, focuses on the design

content of high-voltage switchgear structure, and analyzes it from five aspects: bus, mutual inductor, vacuum circuit

breaker, control circuit and compartment panel. At the same time, according to the contents that need to be paid

attention to during the structural design of the high-voltage switchgear, this paper expounds the protection grade, safety

clearance and creepage distance from three aspects, thus providing a reference for the effective design and planning of

the high-voltage switchgear and ensuring the practical application effect of the high-voltage switchgear.

Keywords High-voltage switchgear Structural design Key points of design

中圖分類號(hào)：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0061-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.017

作者簡(jiǎn)介：易應(yīng)寬（1973～），男，本科，高級(jí)工程師，

從事高低壓成套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、起重機(jī)械行程限位裝置設(shè)計(jì)工作。

通訊作者：易應(yīng)寬，E-mail：yiyingk@163.com。

（收稿日期：2022-11-24）

高壓開關(guān)柜是指應(yīng)用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電配電、

電能轉(zhuǎn)換和消耗中起到中斷控制或保護(hù)等作用的機(jī)械設(shè)

備。在研究高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況時(shí)，筆者詳細(xì)研

究了國(guó)內(nèi)外高壓開關(guān)柜的研究情況，現(xiàn)階段，國(guó)外大部

分高壓開關(guān)柜生產(chǎn)廠家為提升自身的競(jìng)爭(zhēng)力，調(diào)整和優(yōu)

化了高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，提升了開關(guān)柜的絕緣體 [1]。國(guó)內(nèi)

的高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加工生產(chǎn)能力也在大幅度

提升，由以往的焊接式框架轉(zhuǎn)為組裝式框架。

1 高壓開關(guān)柜概述

1.1 高壓開關(guān)柜涵義

高壓開關(guān)柜在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用較為廣泛。在大

部分用電場(chǎng)所都需要設(shè)置高壓開關(guān)柜這一基礎(chǔ)設(shè)施。

高壓開關(guān)柜在日常生活中被廣泛地應(yīng)用于發(fā)電廠、變

電站、石油化工廠以及各類建筑物中，以保障各個(gè)建

筑設(shè)施及廠區(qū)的正常用電情況。

1.2 高壓開關(guān)柜系統(tǒng)內(nèi)容

在高壓開關(guān)柜日常選擇過程中，技術(shù)人員會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)?/p>

以及本工廠所使用的電壓等級(jí)進(jìn)行分析，由此選擇最符

合使用條件的高壓開關(guān)柜，保證建筑或工廠的正常運(yùn)行。

高壓開關(guān)柜的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及后期運(yùn)行過程中其主要運(yùn)作

預(yù)期是為了降低能源的消耗，并且在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可

以保障高壓開關(guān)柜的電能輸入和輸出滿足各方面的實(shí)際

需求。在對(duì)高壓開關(guān)柜的電力系統(tǒng)進(jìn)行安裝時(shí)，其主要

接線方式為雙電源、母線、旁路母線和單電源等。

2 高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 高壓開關(guān)柜一次元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）母線。高壓開關(guān)柜中的母線設(shè)計(jì)極大地影響了

62 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

開關(guān)柜各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況以及電能的控制情況。在

進(jìn)行母線設(shè)計(jì)時(shí)，專業(yè)工作人員需要明確高壓開關(guān)柜

的運(yùn)行電壓以及實(shí)際應(yīng)用要求，從而根據(jù)具體規(guī)劃及

實(shí)際內(nèi)容，明確母線的具體規(guī)格以及相應(yīng)電壓值等。

進(jìn)行母線設(shè)計(jì)時(shí)，大部分設(shè)計(jì)人員會(huì)從以下 2 個(gè)方面

進(jìn)行分析。其一，在進(jìn)行主母線的設(shè)置和具體線路規(guī)

劃時(shí)，會(huì)主要明確主母線的限定電壓值和電流值，以

根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容設(shè)置主母線的線路以及具體型號(hào)。

其二，根據(jù)要求率先檢測(cè)高壓開關(guān)柜中主母線的格式，

以此根據(jù)實(shí)際情況與用戶客戶進(jìn)行有效溝通。在明確

用戶的應(yīng)用格式以及額定值之后，分析后續(xù)母線的設(shè)

計(jì)要求以及具體設(shè)計(jì)內(nèi)容。對(duì)此，在進(jìn)行高壓開關(guān)柜

的母線設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)工作人員必須結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行

分析。在了解了主母線的格式以及用戶需求后，再制

定整體的母線設(shè)計(jì)方案以及施工流程，由此保證主母

線在運(yùn)行過程中能夠滿足高壓開關(guān)柜的電壓值和電

流值 [2]。

2）互感器。高壓開關(guān)柜中的互感器也是一項(xiàng)較為

重要的組成設(shè)備，在進(jìn)行電流互感器的二次繞線設(shè)計(jì)

過程中，專業(yè)人員必須考量互感器的實(shí)際應(yīng)用情況和

應(yīng)用需求。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要保證互感器的相關(guān)

線路能夠接地，從而避免互感器的線路在進(jìn)行繞線操

作時(shí)，其線路上方的絕緣體受到一定的影響。當(dāng)線路

進(jìn)行接地處理之后，就可以將互感器線路內(nèi)部的高壓

有效導(dǎo)入地面內(nèi)部，以此來維持二次繞線操作過程中

的低電流情況。在接地處理后，既能夠保證繞線絕緣

體的有效保存，也能夠避免工作人員在操作過程中受

到電流影響，保障了工作人員的人身安全。另外，在

進(jìn)行互感器二次繞線設(shè)計(jì)過程中，互感器不能開路，

需要保證一次電流在實(shí)際流通過程中不會(huì)成為勵(lì)磁電

流。因?yàn)樵诮拥靥幚碇?，如果一次電流變成了?lì)磁

電流，那么在互感器的日常運(yùn)行期間，有相關(guān)電流通

過之后，就會(huì)引起精密電流互感器鐵芯過度飽滿，從

而使得互感器整體所承受的電壓過高。在高壓電流不

斷流通下，會(huì)導(dǎo)致互感器整體的溫度升高，由此影響傳

感器的日常運(yùn)行。隨著溫度增高，傳感器內(nèi)部的鐵芯會(huì)

被燒壞，由此導(dǎo)致互感器無法進(jìn)行正常工作。專業(yè)工作人

員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，保證互感器繞線的接地處理之后，也可

以根據(jù)電氣元件的設(shè)置情況以及母線的具體格式和互

感器的應(yīng)用強(qiáng)度進(jìn)行分析，從而選擇更加多樣的電流互

感器形式。其中主要有貫穿式支柱式和母線式，都可以

讓設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行有效的選取 [3]。

3）真空斷路器。設(shè)計(jì)高壓開關(guān)柜一次元件時(shí)，母

線和互感器的設(shè)計(jì)更多的是為了保證高壓開關(guān)柜的有

效應(yīng)用，使開關(guān)柜能夠發(fā)揮出實(shí)際作用。而真空斷路

器的主要功能是避免高壓開關(guān)柜在日常運(yùn)行中發(fā)生較

大故障問題。在高壓開關(guān)柜運(yùn)行期間一旦發(fā)生故障，

那么真空斷路器會(huì)立即進(jìn)行處理，切斷高壓柜中故障

區(qū)域的電源，從而避免高壓開關(guān)柜產(chǎn)生較大的故障。

對(duì)此，在真空斷路器設(shè)計(jì)過程中，專業(yè)工作人員必須

了解真空斷路器的實(shí)際作用。在高壓開關(guān)柜正常運(yùn)行

過程中，如果各個(gè)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)設(shè)備沒有發(fā)生故障，

那么真空斷路器會(huì)針對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)部的斷開回路的

負(fù)電荷進(jìn)行有效接收，從而保證高壓開關(guān)柜的正常運(yùn)

行。如果高壓開關(guān)柜在日常應(yīng)用階段部分區(qū)域發(fā)生了

故障，那么真空斷路器就會(huì)與繼電保護(hù)裝置立即開啟

高壓開關(guān)柜的斷流工作，從而使發(fā)生故障的區(qū)域沒有

任何電流通過，以此降低故障的影響范圍。同時(shí)，真

空斷路器還具備安全的防跳性能，所以在高壓開關(guān)柜

日常運(yùn)行期間，真空斷路器的有效開展能夠極大地保

障該高壓開關(guān)柜的運(yùn)行情況，避免相關(guān)故障問題的進(jìn)

一步擴(kuò)大。

2.2 高壓開關(guān)柜二次元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）控制回路。在高壓開關(guān)柜中，最主要的控制回

路主要有儲(chǔ)能、合閘和跳閘 3 種。其他控制回路大部

分是在 3 種主要控制回路基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和操作的。

對(duì)此，本文接下來主要針對(duì)儲(chǔ)能、合閘和跳閘這 3 種

控制回路進(jìn)行分析。儲(chǔ)能回路的主要作用是提供斷路

器在合閘時(shí)所需要的電源，保證斷路器的日常運(yùn)行情

況；合閘回路的功能為保證開關(guān)柜在運(yùn)行期間的手動(dòng)

合閘和電動(dòng)合閘的有效操作；跳閘回路的具體作用更

多的是避免合閘情況的發(fā)生。如果在高壓開關(guān)柜日常

運(yùn)行過程中出現(xiàn)了不符合運(yùn)行情況的跳閘形式，那么

跳閘回路就會(huì)進(jìn)行具體的操作，開啟幾種防跳形式，

從而預(yù)防跳閘現(xiàn)象的產(chǎn)生。如果在高壓開關(guān)柜運(yùn)行過

程中發(fā)生了較為嚴(yán)重的跳閘現(xiàn)象，就會(huì)切斷高壓開關(guān)

柜中的所有電源，使各個(gè)設(shè)備無法正常運(yùn)行，由此就

會(huì)造成建筑內(nèi)部電源的變化。對(duì)此，跳閘回路的開啟

能夠有效運(yùn)用綜合保護(hù)裝置以及斷路器和防跳繼電器

等各類設(shè)備，使得高壓開關(guān)柜在運(yùn)行期間不會(huì)由于特

殊情況產(chǎn)生跳閘現(xiàn)象，由此保證了高壓開關(guān)柜的有效

應(yīng)用。

2）隔間面板。高壓開關(guān)柜中大部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 63

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

更多的是在保證高壓開關(guān)柜整體運(yùn)行起到了實(shí)際的應(yīng)

有作用。而隔間面板這一結(jié)構(gòu)更多的是針對(duì)高壓開關(guān)

柜中的各類設(shè)備進(jìn)行有效檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)督，從而保證

設(shè)備的正常應(yīng)用。同時(shí)，在儀表隔板隔間的面板設(shè)計(jì)下，

需要針對(duì)面板中的各類設(shè)備進(jìn)行有效分析，保證其設(shè)

備的型號(hào)和具體功能能夠與儀表隔間的面板設(shè)計(jì)相

吻合 [4]。

3 高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 防護(hù)等級(jí)

由于高壓開關(guān)柜在運(yùn)行過程中，內(nèi)部設(shè)備以及具

體結(jié)構(gòu)都會(huì)有相應(yīng)電流通過，所以在高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)過程中必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)，以此保證高壓

開關(guān)柜的安全性。在防護(hù)等級(jí)設(shè)置過程中，可以避免

人體在接觸高壓開關(guān)柜時(shí)觸碰到電壓較高的部件。對(duì)

此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，專業(yè)工作人員需要明確防護(hù)等級(jí)

的具體內(nèi)容和相關(guān)操作。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，并不是

防護(hù)等級(jí)越高最后的防護(hù)效果越好。因?yàn)榉雷o(hù)等級(jí)越

高，高壓開關(guān)柜的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越復(fù)雜，相應(yīng)的生產(chǎn)

成本也會(huì)提升，由此使得高壓開關(guān)柜整體的散熱效能

較差，不利于高壓開關(guān)柜的長(zhǎng)期使用和柜內(nèi)各類設(shè)備

的日常運(yùn)行。對(duì)此，在進(jìn)行防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，大部分

專業(yè)人員都會(huì)將此等級(jí)設(shè)計(jì)在 IP3X、IP4X。例如，在

日常設(shè)計(jì)過程中，10 kV 固定式開關(guān)柜的防護(hù)等級(jí)一

般規(guī)定為 IP3X，而移動(dòng)式開關(guān)柜的防護(hù)等級(jí)則規(guī)定為

IP4X。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，專業(yè)工作人員必須考

量防護(hù)等級(jí)這一內(nèi)容，避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生 [5]。

3.2 安全凈距

高壓開關(guān)柜在日常運(yùn)行過程中，因?yàn)閼?yīng)用時(shí)間的

增加以及電流的長(zhǎng)期通過，會(huì)使得柜內(nèi)溫度有所升

高。在進(jìn)行高壓安全柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，專業(yè)工作人員如

果忽視了柜內(nèi)的安全凈距設(shè)計(jì)，就會(huì)導(dǎo)致柜內(nèi)的設(shè)備

結(jié)構(gòu)以及電氣元件之間沒有安全空隙。由此在長(zhǎng)時(shí)間

應(yīng)用下，就會(huì)造成電器元件短路現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電力

系統(tǒng)崩潰。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，安全凈距的

規(guī)劃也是非常重要的。在安全凈距的設(shè)計(jì)過程中，其

主要電力標(biāo)準(zhǔn)會(huì)以海拔 1 km 的高度為主要分界點(diǎn)。

如果高壓安全柜在實(shí)際應(yīng)用過程中，其具體位置在

1 km 以下，那么柜內(nèi)的電器元件之間的安全間隙就需要

大于 125 mm；如果在 1 km 以上位置，那么電氣元件安

全間隙就需要結(jié)合實(shí)際情況和應(yīng)用強(qiáng)度進(jìn)行分析。同時(shí)，

為了保證電氣元件在日常運(yùn)行中不受其他設(shè)備影響，就

需要有效控制高壓開關(guān)柜中的溫度。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過

程中，專業(yè)工作人員會(huì)安裝相應(yīng)的保溫隔板，以保證柜內(nèi)

的溫度處于恒溫狀態(tài)，避免溫度大幅度上升。但是在長(zhǎng)

期應(yīng)用下，保溫隔板的保溫性能也會(huì)有所下降。對(duì)此，在

高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，工作人員需要明確高壓

開關(guān)柜在日常運(yùn)行階段的實(shí)際溫度，制定定期檢查方案，

以保證高壓開關(guān)柜的安全運(yùn)行。

3.3 爬電距離

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于電能的使用量逐

步提高，使用時(shí)間也有所延長(zhǎng)。用戶對(duì)于電力系統(tǒng)的

運(yùn)行情況和可靠性提出了更高的要求。因此，在高壓

開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)工作人員必須重視爬

電距離這一內(nèi)容。工作人員可以結(jié)合高壓開關(guān)柜的實(shí)

際應(yīng)用情況和應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行分析。首先，高壓開關(guān)柜

中的部分設(shè)備以及電氣元件在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)進(jìn)行絕

緣處理，由此保證組件的日常運(yùn)行情況。而絕緣件在

設(shè)計(jì)過程中也需要滿足相應(yīng)的絕緣水平，并且在明確

具體污染情況下，保有較強(qiáng)的絕緣爬電距離。專業(yè)工

作人員在設(shè)計(jì)高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的爬電距離時(shí)，主要會(huì)

根據(jù)開關(guān)柜的應(yīng)用情況和污染等級(jí)進(jìn)行分析。如果在

現(xiàn)實(shí)生活中污染等級(jí)為 2 級(jí)，那么 10 kV 高壓開關(guān)柜

中，瓷絕緣組件的爬電距離可以控制在 18 mm/kV 以

上，而有機(jī)絕緣組件的爬電距離可以控制在 20 mV 以

上。另外，在設(shè)計(jì)高壓開關(guān)柜爬電距離的過程中，專

業(yè)工作人員需要在明確開關(guān)柜中各組件的材料以及整

體絕緣性能之后進(jìn)行分析。并且在明確絕緣件的污染

等級(jí)之后，根據(jù)高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行有

效規(guī)劃，以保證高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性以及

合理性 [6]。

4 結(jié)束語

綜上所述，高壓開關(guān)柜已經(jīng)成為電力系統(tǒng)在日常

運(yùn)行期間必須用到的一項(xiàng)電力設(shè)備。對(duì)此，為了保證

人們?nèi)粘５挠秒娦枨?，提高高壓開關(guān)柜的使用效果和

使用壽命，就需要針對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，

從而保證母線、互感器、真空斷路器、控制回路以

及隔間面板的應(yīng)用價(jià)值。因此，我國(guó)高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)

（下轉(zhuǎn)第 70 頁）

64 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

爐頂紅外熱成像系統(tǒng)在高爐中的應(yīng)用

張 翔

（湖南湘潭市湘鋼工程技術(shù)有限公司 湘潭 411101）

摘 要：高爐爐頂紅外成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是有效監(jiān)控高爐內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)情況的設(shè)備，對(duì)高爐上部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，

能全面地了解高爐內(nèi)部空間的物料環(huán)境、氣流情況和布料情況等，對(duì)于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程有著較大意義。本

文以實(shí)際案例分析了高爐爐頂熱成像存在的問題，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行熱成像的系統(tǒng)改造，有效地解決了

爐頂紅外熱成像系統(tǒng)技術(shù)性問題，并提出一系列的安全防護(hù)措施，以期為我國(guó)高爐爐頂紅外熱成像系統(tǒng)使用

能力的快速提升帶來更多經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：高爐爐頂 紅外熱成像系統(tǒng) 實(shí)踐應(yīng)用

Application of Infrared Thermal Imaging System

on Furnace Top in Blast Furnace

Zhang Xiang

(Hu'nan Xiangtan Xianggang Engineering Technology Co., Ltd. Xiangtan 411101)

Abstract The infrared imaging monitoring system on the top of the blast furnace is an effective equipment

to monitor the internal operation of the blast furnace. Monitoring the upper environment of the blast furnace can fully

understand the material environment, airflow and distribution of the internal space of the blast furnace, which is of

great significance to the whole industrial production process. In this paper, the problems existing in thermal imaging of

blast furnace top are analyzed with practical cases, and on this basis, the thermal imaging system is reformed, which

effectively solves the technical problems of infrared thermal imaging system of blast furnace top, and a series of safety

protection measures are put forward, in order to bring more experience and reference for the rapid improvement of the

use capacity of infrared thermal imaging system of blast furnace top in China.

Keywords Blast furnace top Infrared thermal imaging system Practical application

中圖分類號(hào)：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0064-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.018

作者簡(jiǎn)介：張翔（1981 ～ )，男，本科，工程師，從事工業(yè)

監(jiān)控方面的工作。

通訊作者：張翔，E-mail: 15759073@qq.com。

（收稿日期：2022-11-04）

高爐爐頂熱成像儀是安裝在高爐爐頂?shù)脑O(shè)備，其安

裝位置同爐頂攝像儀相似，并可以和爐頂攝像儀同時(shí)使

用，起到互補(bǔ)的作用。在高爐生產(chǎn)的過程中，高爐內(nèi)部空

間物料的布設(shè)溫度和氣流等的分布狀況對(duì)于整個(gè)工業(yè)

生產(chǎn)過程有著較大意義，觀察內(nèi)部空間的氣流分布狀況，

可以更加高效、科學(xué)地判斷高爐內(nèi)的生產(chǎn)狀況，促進(jìn)其

內(nèi)部生產(chǎn)效率的提升 [1-2]。傳統(tǒng)高爐爐頂成像系統(tǒng)圖像

清晰度低、故障率高，有必要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，以

滿足現(xiàn)代高爐設(shè)備操控、監(jiān)控的要求。

1 原高爐爐頂成像存在的問題

攝像儀目前已普遍應(yīng)用，但高爐爐頂攝像儀僅能

反映出內(nèi)部料面的燃燒情況，模擬出溫度場(chǎng)，而十字

測(cè)溫的溫度測(cè)量?jī)H為多點(diǎn)測(cè)溫而且較不均勻，且隨著

高爐操作水平不斷提高以及高爐環(huán)保節(jié)能等因素，爐

頂溫度處于相對(duì)較低的水平，為了取得更為清晰的爐

內(nèi)溫度圖像，有必要開發(fā)以熱成像為基礎(chǔ)的高爐爐頂

紅外熱成像系統(tǒng) [3]。該系統(tǒng)有助于更好地操控高爐設(shè)

備，使高爐工長(zhǎng)能在線觀察爐內(nèi)狀況和設(shè)備運(yùn)行情況，

對(duì)出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，杜絕事故發(fā)生。

同時(shí)，為高爐操作者制定合理的操作制度提供了科學(xué)

依據(jù)，特別是其顯示的煤氣流分布狀況，為操作人員

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 65

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

及時(shí)調(diào)整裝料制度，尋求合理的煤氣流分布，穩(wěn)定爐

況奠定了堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

湖南湘潭市湘鋼工程技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱湘鋼）

的高爐爐頂成像系統(tǒng)原采用傳統(tǒng)攝像頭，包括電氣控

制系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，其中監(jiān)

控系統(tǒng)設(shè)在主控室，利用爐頂攝像頭將爐內(nèi)景物傳輸

到主控室監(jiān)控屏幕上。在實(shí)際運(yùn)行中，該系統(tǒng)存在以

下 5 個(gè)方面問題：

1）圖像清晰度低，只能看到溜槽及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，

不能看清溜槽襯板的磨損情況以及溜槽有無變形等；

2）不能監(jiān)測(cè)料面溫度，無法判斷爐內(nèi)煤氣流分布；

3）出現(xiàn)異常情況（如斷水?dāng)嚯?、煤氣溫度升高等?/p>

時(shí)，攝像機(jī)易被燒壞，故障率高；

4）爐內(nèi)攝像頭損壞后更換困難，更換時(shí)有煤氣泄

漏風(fēng)險(xiǎn)；

5）受設(shè)備性能限制，難以對(duì)爐喉布料設(shè)備、煤氣

流分布等進(jìn)行監(jiān)控，難以滿足精準(zhǔn)操作的要求。

綜上所述，原高爐爐頂成像系統(tǒng)存在較多不足，

需要進(jìn)行升級(jí)改造。

2 高爐爐頂熱成像系統(tǒng)改造措施

2.1 改造后的系統(tǒng)組成

根據(jù)高爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，改造后的高爐爐頂熱成

像系統(tǒng)由廣角紅外鏡頭、高分辨率紅外熱像儀、爐體

安裝組件、水電氣控制柜、自動(dòng)退出裝置、鏡頭清掃

裝置、電氣控制柜、工控機(jī)等組成。高爐爐頂熱成像

儀通過特殊的熱成像技術(shù)將爐內(nèi)料面狀況、溫度與氣

流分布圖像傳輸給主控室，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體

技術(shù)、攝像技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、圖像處理技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)

主控室的監(jiān)視器上實(shí)時(shí)在線觀測(cè)，指導(dǎo)布料等操作，

還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)高爐爐頂熱成像協(xié)調(diào)運(yùn)行過程中的諸多

問題，妥善處理以減少經(jīng)濟(jì)損失 [4]。

以湘鋼的高爐爐頂熱成像系統(tǒng)為例，其由廣角紅

外鏡頭、高分辨率紅外熱像儀、爐體安裝組件、水電

氣控制柜、自動(dòng)退出裝置、鏡頭清掃裝置、電氣控制

柜、工控機(jī)等組成，高爐爐頂熱成像系統(tǒng)的熱像儀探

測(cè)器類型為非制冷焦平面，感應(yīng)波長(zhǎng)為 8 ～ 14 μm，

像素為 384×288，最大幀頻是 50 Hz，在高爐生產(chǎn)的

過程中測(cè)溫范圍為 50 ～ 1 000 ℃，最終的監(jiān)測(cè)精度

在 ±3% 之內(nèi)，監(jiān)測(cè)過程中的視場(chǎng)角為 97°，水平視

角為 79.6°，垂直視角為 63.4°，數(shù)據(jù)接口采取 100M

以太網(wǎng)。在選擇熱成像系統(tǒng)冷卻氣體的過程中，為最

大限度地保護(hù)高爐爐頂熱成像系統(tǒng)的各項(xiàng)檢測(cè)設(shè)備，

其冷卻系統(tǒng)應(yīng)盡可能采取干燥、無油、無水、無塵、

連續(xù)的工業(yè)氮?dú)?，現(xiàn)實(shí)流量約為 20 m3

/h，壓力為

0.5 MPa ≤ p ≤ 0.8 MPa，溫度一般應(yīng)不大于 40 ℃，

以免高爐爐頂熱成像系統(tǒng)內(nèi)部零部件受到損傷。

2.2 改造后的系統(tǒng)功能

1）在爐喉上方有、無可見光的情況下，均能在主

控室實(shí)時(shí)看到高爐料面和溜槽部分的清晰圖像。

2）探頭采用雙層水冷氣封設(shè)計(jì)，全不銹鋼材質(zhì)，

從探頭內(nèi)部向外吹氣形成氣幕，防止結(jié)灰并保護(hù)鏡頭

及熱像儀等設(shè)備；通過冷卻水套對(duì)熱像儀的外套進(jìn)行

連續(xù)冷卻，保證熱像儀的溫度控制在 40 ℃以內(nèi)。

3）系統(tǒng)由 PLC（可編程邏輯控制器）控制，具備

斷水、斷氣、斷電、高溫自動(dòng)退出保護(hù)功能，異常情

況下攝像槍自動(dòng)退出到爐外并關(guān)閉高溫閥門；可在主

控室遙控（鼠標(biāo)點(diǎn)擊）退出或進(jìn)入，也可現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控

制退出或進(jìn)入。

4）鏡頭自動(dòng)刮掃裝置定期刮掃鏡頭前灰塵，可根

據(jù)爐頂?shù)幕覊m含量調(diào)整刮掃周期，也可在主控室遙控

（鼠標(biāo)點(diǎn)擊）刮掃。

5）當(dāng)檢修或更換設(shè)備時(shí)，檢修人員只需按下現(xiàn)

場(chǎng)控制柜內(nèi)的“攝像槍退出”按鈕，PLC 系統(tǒng)就會(huì)自

動(dòng)控制攝像槍退出爐外；在攝像槍退出爐外的同時(shí)，

PLC 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉高溫球閥，并在攝像槍全部退出

爐外后，將攝像槍與爐內(nèi)隔離，避免爐內(nèi)煤氣外漏；

因此，檢修或更換時(shí)高爐無須休風(fēng)。

6）實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

7）設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備溫度、冷卻水（氣）壓力等歷

史記錄及查詢功能。

2.3 熱成像本體設(shè)備及操作

高爐爐頂紅外成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括熱成像本體

設(shè)備和設(shè)備控制柜，而熱成像本體設(shè)備主要包括高爐

爐殼定位安裝管、石棉墊、水套裝配、電動(dòng)推桿裝配、

球閥裝置、停位管、滑臺(tái)背板裝配、槍體整體裝配、L

型連接板、原點(diǎn)接近開關(guān)、上限接近開關(guān)和工位接近

開關(guān)等。其中，工位接近開關(guān)也就是常說的高爐爐頂

紅外熱成像系統(tǒng)構(gòu)成中的下限接近開關(guān)，上述所有裝

備構(gòu)成了完整的高爐爐頂紅外熱成像系統(tǒng)。在操作高

爐爐頂紅外熱成像系統(tǒng)控制柜操作面板按鈕時(shí)，手動(dòng)、

66 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

停止、自動(dòng)旋鈕為三檔旋鈕，在自動(dòng)狀態(tài)下上電設(shè)備

自動(dòng)復(fù)位（刮灰到工作、滑臺(tái)返回零位、球閥關(guān)閉）；

停止?fàn)顟B(tài)下上電設(shè)備無反應(yīng)；手動(dòng)狀態(tài)下上電設(shè)備無

反應(yīng)，其他按鈕不能操作，首先要按系統(tǒng)復(fù)位按鈕使

設(shè)備進(jìn)入手動(dòng)操作狀態(tài)。報(bào)警復(fù)位按鈕為特殊操作按

鈕，系統(tǒng)復(fù)位按鈕在“手動(dòng)停止自動(dòng)旋鈕”旋轉(zhuǎn)到手

動(dòng)位置時(shí)，首先要按系統(tǒng)復(fù)位按鈕，設(shè)備復(fù)位（刮灰

到工作、滑臺(tái)返回零位、球閥關(guān)閉），此時(shí)激活手動(dòng)

操作。此外，手動(dòng)刮灰按鈕可以作為控制刮灰的設(shè)備

按鈕，熱像體進(jìn)退按鈕在球閥打開狀態(tài)下，此按鈕控

制熱像槍插入和退出。在熱像槍退出狀態(tài)下，球閥開

關(guān)按鈕控制電動(dòng)球閥的開關(guān)。

3 爐頂紅外熱成像系統(tǒng)技術(shù)性問題及解決

措施

在爐頂紅外熱成像系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用過程中，其技術(shù)

性問題包括供電電源故障、PLC 通信故障、攝像體位

置故障、刮灰狀態(tài)故障、球閥狀態(tài)故障等諸多類型。

在爐頂紅外料面成像系統(tǒng)中存在一系列的技術(shù)性問題：

1）當(dāng)紅外熱成像系統(tǒng)在高壓 700 kPa 以上的氣壓

情況下，會(huì)迅速壓壞攝像機(jī)里面的真空管，造成圖像

無法成像。此時(shí)，會(huì)采取 2 種方式解決這一問題，可

以在使用高壓氮?dú)馇闆r下，安裝自動(dòng)泄壓閥，控制在

500 kPa 內(nèi)就自動(dòng)泄壓，或者使用中壓氮?dú)?，氣壓波?dòng)

不大于 400 kPa 也可以長(zhǎng)時(shí)間正常工作。

2）當(dāng)紅外熱成像系統(tǒng)在退出情況下，鏡頭的窗口

結(jié)構(gòu)件由于與球閥相接觸，球閥會(huì)導(dǎo)熱，造成窗口結(jié)

構(gòu)件被烤花。通常會(huì)進(jìn)行超過 3 h 的高爐休風(fēng)，需要

拔槍，避免因高爐停氮?dú)?，又沒有開人孔，爐體溫度

較高，烤壞窗口結(jié)構(gòu)件。

3）紅外熱成像系統(tǒng)的滑臺(tái)在進(jìn)出的時(shí)候容易顯示

卡住。通常會(huì)采用 2 種方法解決，第 1 種是直觀檢查

滑臺(tái)上下限位控制器的燈位是否點(diǎn)亮，調(diào)整控制器與

滑臺(tái)的間距，清理鐵灰。第 2 種是可以直接更換滑臺(tái)

電機(jī)。

4）當(dāng)紅外熱成像系統(tǒng)刮灰，但是在視角前仍舊積

灰，圖像孔被堵住。通常會(huì)采用 2 種方法解決。第 1

種是設(shè)備的高爐內(nèi)壁積灰，刮灰系統(tǒng)作用不到?？s小

槍體伸進(jìn)距離，使前端的出氣孔變大，吹掃風(fēng)量增加。

第 2 種是把整個(gè)系統(tǒng)從爐殼起出，用 7 字型鏟，把爐

壁的積灰除掉。

對(duì)高爐爐頂?shù)墓╇婋娫串惓囟冉鉀Q時(shí)，首先要

確保爐頂紅外熱成像系統(tǒng)無其他異?；蛞淹瓿上到y(tǒng)復(fù)

位，然后在設(shè)備外部供電 220 V 條件下斷電并聯(lián)系現(xiàn)

場(chǎng)解決。就刮灰狀態(tài)異常而言，該故障對(duì)應(yīng)接近開關(guān)

線路原因或損壞或者是推桿卡在中間無法動(dòng)作抑或者

是推桿損壞等原因，可采取排除法一一排除。就伺服

狀態(tài)異常而言，主要根據(jù)爐頂紅外熱成像系統(tǒng)伺服報(bào)

警內(nèi)容操作，其故障表現(xiàn)、內(nèi)在原因及解決措施見表 1。

報(bào)警內(nèi)容 原因 解決方法

[14.0]

[14.1]

1）紅色六芯線（電機(jī)電源線）

u v w 短路、接地、接觸不良；

2）驅(qū)動(dòng)器損壞；

3）電機(jī)損壞

1）檢測(cè)紅色六芯線（由柜內(nèi)線

到航插逐一排查）；

2）斷掉電源線，仍報(bào)警 14.0 則

驅(qū)動(dòng)器損壞；

3）更換電機(jī)

[16.0]

1）過載，機(jī)械抱死，剎車損壞，

滑臺(tái)卡死；

2）電機(jī)電源線問題

1）檢查電機(jī)、滑臺(tái)；

2）檢查電源線

[21.0] 編碼線斷開 檢查編碼線連接

表 1 伺服報(bào)警操作示意

4 結(jié)束語

高爐爐頂紅外熱成像系統(tǒng)是根據(jù)高爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需

求，利用高清熱像儀高溫紅外鏡頭和夜視熱成像技術(shù)，

在有、無可見光的情況下均能將料面、溜槽及上部區(qū)

域的紅外熱視頻圖像實(shí)時(shí)傳送到主控室的屏幕上，在

線監(jiān)測(cè)料面溫度，并根據(jù)高爐爐頂?shù)墓r環(huán)境采取冷

卻、吹掃、刮掃、異常情況自動(dòng)退出等安全防護(hù)措施，

以保證整套系統(tǒng)的使用壽命，整個(gè)系統(tǒng)的精妙設(shè)計(jì)，

能借助多項(xiàng)安全措施不斷提升高爐內(nèi)部參數(shù)信息的提

取效率，進(jìn)而為爐頂紅外熱成像系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值的最大

化奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡斯偉，彭麗煌，陳克武 .爐頂紅外熱成像系統(tǒng)在

高爐的應(yīng)用 [J].南方金屬， 2019(02) ：26-28.

[2] 張麗麗，安鋼，張志剛，等.宣鋼高爐爐頂紅外攝

像技術(shù)的應(yīng)用 [J].河北冶金，2007(06) ：33-35+39.

[3] 霍朝陽，郭拂娟 .紅外熱成像技術(shù)在石化行業(yè)中的

應(yīng)用實(shí)例 [J].中國(guó)設(shè)備工程，2 008（0 5）：52-53.

[4] 張壽榮，王筱留，畢學(xué)工，等.高爐高效冶煉技術(shù)

[M].北京: 冶金工業(yè)出版社，2015.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 67

安全分析

Safety Analysis

風(fēng)機(jī)專用軸承內(nèi)圈滾道壁厚差對(duì)軸承

噪聲影響的研究

胡仁喜

（六安滾動(dòng)軸承有限公司 六安 237000）

摘 要：風(fēng)機(jī)專用軸承感官噪聲是客戶評(píng)價(jià)軸承綜合質(zhì)量的重要判定依據(jù)之一，成品軸承噪聲大小受眾

多因素影響，在實(shí)際磨削加工過程中難以分辨其主要影響因素。本文通過了解客戶反饋噪聲過大的樣品，分

析測(cè)量?jī)?nèi)圈滾道壁厚差，找出影響噪聲大的主要因素是滾道壁厚差，并加以控制在 0.005 mm以內(nèi)。經(jīng)試驗(yàn)證明，

可批量穩(wěn)定達(dá)到客戶感官標(biāo)準(zhǔn)，并給出了結(jié)論即“有 82.4% 的風(fēng)機(jī)專用軸承感官噪聲受內(nèi)圈滾道壁厚差影響，

且壁厚差≤ 0.005 mm，可顯著降低風(fēng)機(jī)專用軸承噪聲”，對(duì)控制風(fēng)機(jī)專用軸承的噪聲具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)專用軸承 噪聲 內(nèi)圈滾道壁厚差 回歸分析

Research on the Influence of Wall Thickness Difference of Inner Race

Raceway for Fan Special Bearing on Bearing Noise

Hu Renxi

(Liu'an Rolling Bearing Co., Ltd. Lu'an 237000)

Abstract Sensory noise of special bearings for fans is one of the important criteria for customers to judge the

comprehensive quality of bearings. The noise level of finished bearings is affected by many factors, and it is difficult

to identify the main influencing factors in the actual grinding process. Based on the samples fed back by customers

with excessive noise, the wall thickness difference of inner race raceway is analyzed and measured to find out the main

factor affecting the noise, and the wall thickness difference of raceway is controlled within 0.005 mm. The test proves

that the batch can reach the customer’s sensory standard stably. The conclusion is given that 82.4% of the sensory

noise of the special bearing for fan is affected by the wall thickness difference of the inner race raceway, and the wall

thickness difference is not more than 0.005 mm, which can significantly reduce the noise of the special bearing for fan.

It has better guiding significance to control the noise of special bearing for fan.

Keywords Fan special bearing Noise Wall thickness difference of inner race raceway Regression

analysis

中圖分類號(hào)：TB496 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0067-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.019

作者簡(jiǎn)介：胡仁喜（1979 ～ )，男，大專，助理工程師，從

事軸承設(shè)計(jì)、制造工藝方面工作。

通訊作者：胡仁喜，E-mail: 452243717@qq.com。

（收稿日期：2022-12-07）

1 問題提出

1.1 定義

軸承內(nèi)圈壁厚差 Ki 是指以軸承內(nèi)徑圓柱面為基

準(zhǔn)，內(nèi)圈滾道表面對(duì)內(nèi)徑圓柱面的跳動(dòng)，通常是指

滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈的滾動(dòng)面到內(nèi)圈的內(nèi)表面的距離變

動(dòng)量。

軸承感官噪聲因人而異，按照軸承噪聲標(biāo)準(zhǔn)分類，

一般軸承噪聲分貝值≥75 dB，可視為感官噪聲不合格。

1.2 概述

調(diào)心滾子軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由內(nèi)外圈二條滾道、中

檔邊、小檔邊、一定數(shù)量的滾動(dòng)體組成，主要承受徑

向載荷，同時(shí)也能承受任一方向的軸向載荷，有較高

68 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動(dòng)載荷下工作，

但不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，

故其調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度誤差。因?yàn)橛?2 列

對(duì)稱型球面滾子，外圈有 1 條共用的球面滾道，內(nèi)圈

有 2 條與軸承軸線傾斜一定角度的滾道。由于調(diào)心滾

子軸承的外圈滾道是球面的一部分，其曲率中心在軸

承軸線上，在與滾動(dòng)方向垂直的截面內(nèi)，滾子母線是

曲線，與內(nèi)外滾道能夠很好地吻合，滾子與滾道是線

接觸，調(diào)心滾子軸承的滾子與滾道的吻合度高，一般

達(dá)到 95% 以上，并且都是曲線母線，能承受徑向負(fù)荷

及軸向負(fù)荷，具有較好的抗沖擊能力、良好的調(diào)心性能，

當(dāng)軸受力彎曲或安裝不同心時(shí)，軸承仍可正常使用。

因滾道工作面、滾動(dòng)體為球面，在實(shí)際工作中，具有

自動(dòng)調(diào)心優(yōu)勢(shì)，允許軸有一定角度傾斜，一般在不超

過 3°的情況下，軸承可以正常工作。該類型軸承的

負(fù)荷能力較大，除能承受徑向負(fù)荷外軸承還能承受雙

向作用的軸向負(fù)荷，具有較好的抗沖擊能力。一般來

說調(diào)心滾子軸承所允許的工作轉(zhuǎn)速較低。因此，廣泛

應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、石油機(jī)械等工況條件較

惡劣的場(chǎng)合。

筆者公司生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)專用軸承，屬于調(diào)心滾子軸

承的一個(gè)特殊系列，除按照 GB/T 307.3—2017《滾

動(dòng)軸承 通用技術(shù)規(guī)則》生產(chǎn)外，用戶對(duì)感官噪聲提

出了特別要求。風(fēng)機(jī)專用軸承主要使用在礦山、塑料

生產(chǎn)等粉塵比較多的地方，通過風(fēng)機(jī)把顆粒粉塵排出

工作空間外，由于風(fēng)機(jī)工作場(chǎng)所有操作人員在現(xiàn)場(chǎng)，

因此對(duì)噪聲提出了一定要求。一般正常工作時(shí)，感官

噪聲應(yīng)≤ 75 dB。公司配套于廣東佛山某高端風(fēng)機(jī)客戶

（風(fēng)機(jī)型號(hào)為 FBG-12，400 kW，14 500 r/min，風(fēng)量為

33 000 ～ 65 000 m3

/h，風(fēng)壓為 8 500 ～15 500 Pa）反映

其中一批（計(jì) 50 套）22324W33C9 風(fēng)機(jī)專用軸承感官噪

聲過大將其退回。工作人員隨機(jī)抽樣 30 套軸承，按照

GB/T 32333—2015《滾動(dòng)軸承 振動(dòng) ( 加速度 ) 測(cè)量方

法及技術(shù)條件》進(jìn)行了測(cè)量分析，得到了相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，

通過分析測(cè)量數(shù)據(jù)，找出影響感官噪聲大的主要因素，

為產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)提供了科學(xué)依據(jù) [1]。

2 檢測(cè)試驗(yàn)

首先將該 30 套軸承置于 S9912 振動(dòng)儀（軸研科技

產(chǎn)）上檢測(cè)振動(dòng)值，參照 GB/T 32333—2015 用校準(zhǔn)

準(zhǔn)確的分貝儀檢查，結(jié)果見表 1。

序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

分貝值 85 89 60 89 86 82 88 89 92 84 86 87 82 85 88

序號(hào) 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

分貝值 84 86 87 82 84 82 80 79 81 72 84 82 89 88 87

表 1 噪聲值 dB

從表 1 中可看出，30 套軸承中有 28 套軸承噪聲

值超出 75 dB 要求，2 套軸承分貝值合格（編號(hào)分別

為 3 和 25），28 套振動(dòng)值不合格的軸承中，分貝值平

均值高于 75 dB 的占 14% 左右。剔除 2 套噪聲分貝值

小于 75 dB 的軸承，將 28 套噪聲值大于 75 dB 的軸承

一一編號(hào)，按照編號(hào)將軸承拆套，內(nèi)圈一一對(duì)應(yīng)檢測(cè)

（H903 軸承專用檢測(cè)儀）內(nèi)圈滾道壁厚差，見表 2。

序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

壁厚差 Ki 9 10 4 11 8 6 9 10 11 8

序號(hào) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

壁厚差 Ki 7 9 7 6 9 7 8 9 7 6

序號(hào) 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

壁厚差 Ki 6 5 5 6 4 8 6 9 10 9

表 2 內(nèi)圈滾道壁厚差 μm

將 30 套軸承檢測(cè)的分貝值、內(nèi)圈壁厚差、粗糙度

按照編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，統(tǒng)計(jì)見表 3。

序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

壁厚差 Ki

/μm 9 10 4 11 8 6 9 10 11 8

粗糙度 Ra/μm 0.12 0.11 0.14 0.09 0.14 0.11 0.08 0.09 0.10 0.10

分貝值 /dB 85 89 60 89 86 82 88 89 92 84

序號(hào) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

壁厚差 Ki

/μm 7 9 7 6 9 7 8 9 7 6

粗糙度 Ra/μm 0.12 0.13 0.15 0.09 0.08 0.11 0.12 0.11 0.13 0.14

分貝值 /dB 86 87 82 85 88 84 86 87 82 84

序號(hào) 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

壁厚差 Ki

/μm 6 5 5 6 4 8 6 9 10 9

粗糙度 Ra/μm 0.14 0.07 0.010 0.13 0.11 0.12 0.09 0.11 0.12 0.11

分貝值 /dB 82 80 79 81 72 84 82 89 88 87

表 3 內(nèi)圈滾道噪聲分貝值和滾道壁厚差、粗糙度對(duì)應(yīng)值

從表 3 中可看出，28 套分貝值不合格軸承對(duì)應(yīng)的

滾道壁厚差均大于 0.005 mm；因檢測(cè)滾道粗糙度均符

合工藝標(biāo)準(zhǔn)要求（工藝標(biāo)準(zhǔn) Ra ≤ 0.16 μm），該因素

可不作為研究對(duì)象。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

3.1 統(tǒng)計(jì)學(xué)回歸分析

用回歸分析法對(duì)檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行以下分析：即

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 69

安全分析

Safety Analysis

內(nèi)圈滾道壁厚差與噪聲分貝值變化規(guī)律的分析，設(shè) x

為軸承內(nèi)圈滾道壁厚差，y 為成品軸承感官噪聲分貝

值，則有 y=f(x)。根據(jù)表 3 檢測(cè)測(cè)量滾道壁厚差和成

品軸承分貝值，可求出 ∑xi

=221，∑yi

=2 387， =x 7.89，

y =85.25，則樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差見式 (1)、式 (2)：

S (1) n x x x i

i

n

fi ff ffl ffi ff fi fi

fl 1

1

1 75 2

1

.

S (2) n y y y i

i

n

fi ff ffl ffi ff fi fi

fl 1

1

3 216 2

1

.

樣本的協(xié)方差見式 (3)：

S (3) n x x y y xy i

i

n

fi i ff ffl ffi ff ffl ffi ff fi fi

fl 1

1

5 11 1

.

樣本相關(guān)系數(shù)見式（4)：

γ (4) 1 大 = S

S S

xy

x y ? = 5 11

1 75 3 216

.

. . ×

= 0.908

有用率見式（5)：

γ1

2

=0.824 (5)

即有 82.4% 的成品軸承的分貝值受內(nèi)圈滾道壁厚

差影響，故該批噪聲不合格的成品軸承分貝值與內(nèi)圈

滾道壁厚差之間的關(guān)系用式 (6) 表述：

(6)

y y

S

S x x

x

y

x

fi ff ffl fi ff

ffi ffl fl 

 1 ( ) .

. .

. .

85 25

0 908 3 216

1 75

7 89

大

整理得式（7)：

y x fi ff 72 1 668. (x ＞ 5） (7)

3.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性水平分析

根據(jù)概率原理中 t 分布，判斷成品軸承分貝值

與內(nèi)圈滾道壁厚差是否有顯著關(guān)系。在 99% 置信度

（α=0.01）且樣本為 26（n-2）的條件下，用插值法

查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表得 γ=0.479，顯而易見 γ1 大＞ γ，故

成品軸承分貝值與內(nèi)圈滾道壁厚差具體數(shù)值大小有顯

著的正相關(guān)關(guān)系。對(duì)軸承噪聲分貝值和內(nèi)圈滾道壁厚

差建立回歸圖，如圖 1 所示。

圖 1 軸承噪聲分貝值和內(nèi)圈滾道壁厚差回歸圖

78

80

82

84

86

88

90

92

94

1 3 5 7 9 21 23

???????0μm

???????0dB

4 分析討論

通過對(duì)表 1、表 2 和表 3 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察以及

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，滾道壁厚差是導(dǎo)致本批風(fēng)機(jī)專用軸

承感官噪聲過大的主要原因，且正相關(guān)性較強(qiáng)，為了

更加直觀，對(duì)滾道壁厚差數(shù)據(jù)排序，得出滾道壁厚差

和軸承噪聲分貝值關(guān)系圖，如圖 2 所示。

圖 2 內(nèi)圈滾道壁厚差和軸承噪聲分貝值關(guān)系圖

9 1011 8 6 9 10 11 8 7 9 7 6 9 7 8 9 7 6 6 5 5 6 8 6 910 9

85

89 898682

888992

84 86 878285888486 87828482 80

79818482

8988 87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1357 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

??????

?

K0i μm

??????

?/dB

???????

??

???????

從圖 2 中可看出：1）風(fēng)機(jī)軸承感官噪聲過大的關(guān)

鍵因素是內(nèi)圈滾道壁厚差過大；2）內(nèi)圈滾道壁厚差

主要影響風(fēng)機(jī)專用軸承噪聲分貝值；3）內(nèi)圈滾道壁

厚差≤ 0.005 mm，風(fēng)機(jī)軸承的感官噪聲用戶可接受；

4）在現(xiàn)有的工藝條件下，應(yīng)將內(nèi)圈滾道圓度誤差工藝

標(biāo)準(zhǔn)修訂為≤ 0.005 mm，確保風(fēng)機(jī)專用軸承感官噪聲

在用戶可接受范圍內(nèi) [2]。

5 工程驗(yàn)證

根據(jù)上述分析討論結(jié)果，修訂風(fēng)機(jī)專用軸承內(nèi)圈

滾道壁厚差標(biāo)準(zhǔn)，并重新生產(chǎn) 200 套，按照設(shè)備調(diào)整

規(guī)范要求，做好平衡砂輪磨削加工，從完工的內(nèi)圈半

成品零件中隨機(jī)抽取 30 套內(nèi)圈，檢測(cè)滾道壁厚差，仍

然采用編號(hào)方法，經(jīng)檢測(cè)內(nèi)圈滾道壁厚差結(jié)果見表 4。

70 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

壁厚差 Ki 3 2 4 4 3 4 4 2 3 4

序號(hào) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

壁厚差 Ki 2 3 4 4 3 1 4 3 3 2

序號(hào) 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

壁厚差 Ki 3 5 4 3 3 3 4 3 4 4

表 4 內(nèi)圈滾道壁厚差 μm

從測(cè)量結(jié)果看，內(nèi)圈滾道壁厚差顯著改善，都在

0.005 mm 范圍以內(nèi)，滾道粗糙度符合工藝標(biāo)準(zhǔn)要求。

依照上述方法，按照編號(hào)對(duì)內(nèi)圈裝配成成品軸承，

一一對(duì)應(yīng)在速度型 S9912 振動(dòng)儀（軸研科技產(chǎn)）上檢

測(cè)振動(dòng)值，參照 GB/T 32333—2015 用校準(zhǔn)準(zhǔn)確的分

貝儀檢查，結(jié)果見表 5。

序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

壁厚差 Ki

/μm 3 2 4 4 3 4 4 2 3 4

分貝值 /dB 62 71 65 55 71 65 67 59 63 71

序號(hào) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

壁厚差 Ki

/μm 2 3 4 4 3 1 4 3 3 2

分貝值 /dB 55 59 69 67 62 55 71 70 68 62

序號(hào) 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

壁厚差 Ki

/μm 3 5 4 3 3 3 4 3 4 4

分貝值 /dB 66 72 68 64 67 65 71 62 68 70

表 5 噪聲值

從表 4 和表 5 中看出，重新安排投產(chǎn)的內(nèi)圈滾道

壁厚差均控制在 0.005 mm 之內(nèi)，同時(shí)成品軸承的噪聲

分貝值顯著降低，符合用戶對(duì)感官噪聲提出的特別要

求即“感官噪聲≤ 75 dB”。后期將剩余的 170 套軸

承裝配成成品，又從中隨機(jī)抽取了 10 套檢測(cè)噪聲分貝

值均小于 75 dB，在此不再敘述。該批重新加工的風(fēng)

機(jī)專用軸承發(fā)用戶后，通過一段時(shí)間質(zhì)量跟蹤，使用

狀況良好，用戶沒有再次反映噪聲過大問題 [3]。

6 結(jié)束語

通過實(shí)驗(yàn)分析該批軸承噪聲大問題，得出如下

結(jié)論：

1）內(nèi)圈滾道壁厚差是影響風(fēng)機(jī)專用軸承噪聲大的

主要因素。

2）內(nèi)圈滾道壁厚差≤ 0.005 mm，風(fēng)機(jī)專用軸承噪

聲在用戶可接受范圍內(nèi)；內(nèi)圈滾道壁厚差＞ 0.005 mm，

風(fēng)機(jī)專用軸承噪聲用戶不接受的比例高達(dá) 82.4%。

3）將內(nèi)圈滾道壁厚差控制在 0.005 mm 以內(nèi)，風(fēng)

機(jī)專用軸承噪聲可滿足用戶特殊要求。

4）在軸承內(nèi)圈磨削加工過程中，將壁厚差作為重

點(diǎn)監(jiān)控項(xiàng)目，調(diào)整電磁無心夾具角度，使之確保壁厚

差滿足≤ 0.005 mm 要求。

以上結(jié)論較為準(zhǔn)確地反映了專用軸承噪聲和內(nèi)圈

滾道壁厚差的關(guān)系規(guī)律，因?yàn)槭蔷唧w工程實(shí)例的總結(jié)

分析，具有較高的可信度，對(duì)設(shè)計(jì)高端風(fēng)機(jī)專用軸承

制造的關(guān)鍵工藝參數(shù)具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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學(xué)院出版社 ,1986:12.

（上接第 63 頁）

設(shè)計(jì)人員需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)能力，根據(jù)實(shí)

際應(yīng)用情況進(jìn)行分析，以保證高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

有效性，從而避免相關(guān)故障問題的發(fā)生，由此促進(jìn)供

電行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張碧輝 ,黃巍巍 ,辛業(yè)春 ,等.基于物聯(lián)網(wǎng)信息集

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測(cè)溫技術(shù) [J].農(nóng)村電氣化 ,2017(06):42.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 71

安全分析

Safety Analysis

電梯過度裝修檢驗(yàn)案例分析

陳林灶

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院 龍巖 364000）

摘 要：本文對(duì)一則電梯轎廂過度裝修的檢驗(yàn)案例進(jìn)行分析，通過對(duì)平衡系數(shù)的定義，利用電流 - 載荷

坐標(biāo)法得出該臺(tái)電梯平衡系數(shù)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，并據(jù)此分析了當(dāng)電梯轎廂處于過度裝修的狀態(tài)下會(huì)發(fā)生

的后果以及安全隱患，之后提出解決過度裝修的方案和處理辦法，期望可以對(duì)轎廂的裝修提供合理性的建議。

關(guān)鍵詞：電梯 過度裝修 平衡系數(shù) 檢驗(yàn)

Analysis of the Inspection Case of Elevator Excessive Decoration

Chen Linzao

(Longyan Branch of Fujian Special Equipment Inspection & Research Institute Longyan 364000)

Abstract This paper analyzes an inspection case of excessive decoration of elevator. Through the definition

of the balance coefficient, using the current load coordinate method, it is found that the balance coefficient of this

elevator does not meet the requirements of relevant standards. The consequences and safety hazards that can occur

when the elevator car is in the state of excessive decoration are analyzed. After that, solutions and handling methods to

solve the excessive decoration are proposed, hoping to provide reasonable suggestions on the decoration of the car.

Keywords Elevator Excessive decoration Coefficient of equilibrium Inspection

中圖分類號(hào)：TB496 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0071-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.020

作者簡(jiǎn)介：陳林灶（1995 ～ )，男，本科，助理工程師，從

事特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)方面的工作。

通訊作者：陳林灶，E-mail: 809754295@qq.com。

（收稿日期：2022-11-18）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電梯已經(jīng)成為日常生

活中不可或缺的一部分，不管是在日常出行，還是在

搬運(yùn)運(yùn)輸過程中，電梯都扮演著非常重要的角色。隨

著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，簡(jiǎn)單的電梯已經(jīng)無法滿足用戶的

日常需求，越來越多的用戶為了保證乘梯時(shí)的舒適感，

陸續(xù)在轎廂裝上了空調(diào)以及對(duì)轎廂內(nèi)部重新裝修。

1 檢驗(yàn)案例概述

某使用單位的電梯，額定載重量為 630 kg，額

定速度為 2.0 m/s，在進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)該電梯轎

廂內(nèi)新增空調(diào)出風(fēng)口，轎頂上裝有空調(diào)外機(jī)，并且

轎頂有開孔至轎廂出風(fēng)口，轎廂底部鋪有大理石石

材并加上木板保護(hù)，轎壁內(nèi)鑲嵌裝飾板，見圖 1 和

圖 2。乘坐該電梯時(shí)在轎廂內(nèi)能感覺到明顯晃動(dòng)，乘

坐舒適感差。檢驗(yàn)人員在其對(duì)重框上發(fā)現(xiàn)，該臺(tái)設(shè)

備標(biāo)明該電梯未裝修，對(duì)重塊數(shù)為 28 塊，翻閱維保

記錄以及查閱定期檢驗(yàn)報(bào)告時(shí)，上述情況均符合，

由此可知該電梯是于本次檢驗(yàn)周期內(nèi)進(jìn)行裝修。檢

驗(yàn)人員從使用單位了解到，因?yàn)槟秤脩魧?duì)其物業(yè)公

司建議，在乘坐電梯時(shí)轎廂內(nèi)溫度過高，乘坐時(shí)感

到極其不適，要求新增空調(diào)，在參觀別的小區(qū)后發(fā)

現(xiàn)，近些年來相繼提高了高端商品房的電梯美觀性，

并且考慮到增加轎廂空調(diào)能夠提高用戶的舒適感以

及業(yè)主對(duì)物業(yè)的認(rèn)同感，故使用單位在后期對(duì)轎廂

加裝空調(diào)，確認(rèn)方案后一并對(duì)其進(jìn)行“裝修”。因

為轎廂重新裝修并且加裝空調(diào)的行為，整個(gè)轎廂的

重量相比其監(jiān)督檢驗(yàn)時(shí)增加，改變了電梯出廠時(shí)設(shè)

置的重量。在轎廂內(nèi)分別放置 30％（240 kg）、40%

(320 kg)、50%（400 kg）、60%(480 kg) 的載荷，并且

在鋼絲繩上標(biāo)明中間位置，讓其轎廂各自上行、下行，

測(cè)得電流數(shù)據(jù)，見表 1。利用電流 - 載荷坐標(biāo)法得出

該電梯的平衡系數(shù)為 37%，如圖 3 所示，不符合 TSG

72 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引

與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》及 1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)修改單（以下簡(jiǎn)

稱檢規(guī)）中 8.1 項(xiàng)規(guī)定：曳引電梯的平衡系數(shù)應(yīng)當(dāng)在

0.40 ～ 0.50 之間，或者符合制造（改造單位）的設(shè)計(jì)

值 [1]。翻閱其監(jiān)督檢驗(yàn)報(bào)告及其出廠資料，該電梯原

始平衡系數(shù)為 42%，且制造單位并未額外設(shè)計(jì)平衡系

數(shù)。由此可判斷，因?yàn)檗I廂裝修增加轎廂重量，導(dǎo)致

該臺(tái)電梯的平衡系數(shù)也隨之減少；根據(jù)維保記錄表中

顯示，電梯經(jīng)常出現(xiàn)“啟動(dòng)倒溜”、運(yùn)行晃動(dòng)的情況，

導(dǎo)致該臺(tái)電梯乘坐舒適感差，不符合檢規(guī)相關(guān)規(guī)定。

圖 1 該臺(tái)電梯裝設(shè)空調(diào)外機(jī)實(shí)際圖

圖 2 該臺(tái)電梯轎廂裝修后實(shí)際圖

1- 轎廂壁側(cè)面鑲嵌裝飾板；2- 轎廂底部鋪有大理石和木

板；3- 轎頂上裝有空調(diào)外機(jī)

載重量與額定載重量的百分比 /% 30 40 50 60

載重量 /kg 240 320 400 480

電流 /A上行 0.0 2.8 4.0 5.0

下行 5.1 1.1 1.0 0.0

表 1 該臺(tái)電梯的電流數(shù)據(jù)

圖 3 該臺(tái)電梯的平衡系數(shù)

??

0 30 40 50 60

1

2

3

4

5

6

??

&?0???????

0A??

2 原因分析

通過查閱其電梯的原始記錄以及對(duì)比出廠資料，

基本可判定該臺(tái)設(shè)備為轎廂過度裝修，而關(guān)于平衡系

數(shù)的定義見式 (1)：

K (1) W P

q fi ff

h

式中：

K ——平衡系數(shù)；

P ——轎廂的自重，kg；

W ——對(duì)重的重量，kg；

qh ——轎廂的額定載荷，kg。

對(duì)于該設(shè)備而言，W、qh 不變的情況下，因裝修

的緣故改變了轎廂的自重，所以該電梯的平衡系數(shù)也

會(huì)隨之改變，因?yàn)檗I廂進(jìn)行了裝修，所以其轎廂的重

量肯定是增加的，故該電梯的平衡系數(shù)會(huì)降低。因?yàn)?/p>

轎廂自重的改變，轎頂?shù)目刂葡到y(tǒng)中的稱重裝置變化

量也會(huì)隨之改變，轎廂進(jìn)行裝修后控制系統(tǒng)程序默認(rèn)

的載荷會(huì)比之前未裝修的載荷大。此時(shí)電梯默認(rèn)轎廂

內(nèi)乘客或者載荷較多，會(huì)導(dǎo)致該臺(tái)電梯啟動(dòng)時(shí)實(shí)際所

需要的啟動(dòng)力矩與控制系統(tǒng)提供的啟動(dòng)力矩不一致，

也就是啟動(dòng)補(bǔ)償不準(zhǔn)確或不穩(wěn)定引起的 [2]，故該電梯

在運(yùn)行時(shí)發(fā)生明顯的“啟動(dòng)倒溜”、運(yùn)行晃動(dòng)的現(xiàn)象，

并且在運(yùn)行過程中舒適感也較差。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 73

安全分析

Safety Analysis

3 處理意見及解決方法

對(duì)于該臺(tái)電梯關(guān)于裝修跟加裝空調(diào)所產(chǎn)生的后果

不只是平衡系數(shù)不符合檢規(guī)要求，因?yàn)殡娞蓍L(zhǎng)期處于

低平衡系數(shù)的運(yùn)行情況，損害電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，導(dǎo)

致在同等載荷情況下電動(dòng)機(jī)的輸出電流會(huì)偏大，這樣

會(huì)使電動(dòng)機(jī)的能耗增加；對(duì)于曳引驅(qū)動(dòng)電梯而言，轎

廂與對(duì)重通過鋼絲繩懸掛在曳引輪的兩端，其中鋼絲

繩與曳引輪之間的摩擦力稱為曳引力。該臺(tái)電梯因?yàn)?/p>

增加了轎廂自身的重量，同時(shí)也會(huì)使電梯的曳引力變

小，這樣電梯繼續(xù)運(yùn)行，就很容易出現(xiàn)鋼絲繩在曳引

輪打滑的現(xiàn)象，一旦鋼絲繩和曳引輪長(zhǎng)期處于打滑狀

態(tài)，伴隨而來的是鋼絲繩和曳引輪均會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，

而且如果處于滿載或重載的情況下，很容易出現(xiàn)轎廂

蹲底或者溜車現(xiàn)象；電梯其他主要零部件如安全鉗、

底坑的緩沖器等保護(hù)開關(guān)，因?yàn)樵谄涑鰪S時(shí)自身型號(hào)

有相對(duì)應(yīng)的載荷范圍，一開始選型并未考慮會(huì)出現(xiàn)改

變轎廂自重的情況，滿載情況下蹲底，緩沖器等安全

保護(hù)開關(guān)的作用將不能可靠地發(fā)揮出來甚至可能出現(xiàn)

完全失效的情況，所以這并不可以簡(jiǎn)單進(jìn)行裝修，這

就意味著必須經(jīng)過行政告知。因?yàn)橐罁?jù)電梯施工類別

劃分表內(nèi)容規(guī)定：改變轎廂自重定義為“改造”，使

用單位應(yīng)委托有資質(zhì)的電梯公司進(jìn)行該設(shè)備的改造，

同時(shí)做好電梯啟動(dòng)時(shí)實(shí)際所需要的啟動(dòng)力矩與控制系

統(tǒng)提供的啟動(dòng)力矩，即做好該臺(tái)電梯的啟動(dòng)補(bǔ)償準(zhǔn)確

以及穩(wěn)定情況，并且必須經(jīng)過當(dāng)?shù)貦z驗(yàn)機(jī)構(gòu)驗(yàn)收后方

可繼續(xù)使用 [3]。

當(dāng)然，如果使用單位對(duì)于電梯的改造擔(dān)憂其改造

后是否會(huì)因?yàn)楦淖冊(cè)撆_(tái)電梯的出廠設(shè)置而影響其安全

性，使用單位也可拆除現(xiàn)有的過度裝修，使電梯平衡

系數(shù)恢復(fù)至 40% ～ 50% 的標(biāo)準(zhǔn)范圍，也可允許其繼

續(xù)使用；再者也可由本身電梯的制造單位重新進(jìn)行重

量設(shè)計(jì)，出具關(guān)于平衡系數(shù)的計(jì)算設(shè)計(jì)證明及說明，

只要其曳引能力及其主要的零部件均能夠符合使用要

求，可采取增加相應(yīng)的對(duì)重重量，將平衡系數(shù)重新恢

復(fù)調(diào)整至 40% ～ 50% 的標(biāo)準(zhǔn)范圍，且經(jīng)檢規(guī)規(guī)定的

曳引能力實(shí)驗(yàn)，滿足要求的，也可允許其電梯繼續(xù)

使用。

對(duì)電梯過度維修很有可能產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)對(duì)電梯

使用者構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。裝潢經(jīng)常使用的垂直交通，一方面，

增強(qiáng)電梯的美感；另一方面，加強(qiáng)電梯使用保護(hù)，延

長(zhǎng)電梯的使用壽命。適度合理地對(duì)電梯進(jìn)行維修，在

電梯裝修的前期，對(duì)于使用單位而言應(yīng)和維保單位和

生產(chǎn)單位進(jìn)行溝通交流，向其咨詢有關(guān)電梯裝修方面

的問題，然后再制定維修方案，讓專門維修公司來裝

修電梯。電梯裝修完后，生產(chǎn)單位和維保單位還應(yīng)采

取有效的方法，檢驗(yàn)其安全性能，提高其使用安全性。

4 思考

綜上所述，電梯的過度裝修影響的不只是運(yùn)行舒

適感，因?yàn)榉Q重控制系統(tǒng)的變化，導(dǎo)致“啟動(dòng)倒溜”、

運(yùn)行搖晃等現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)改變電梯的平衡系數(shù)，使

其曳引力變小，進(jìn)而縮短對(duì)于電梯的電動(dòng)機(jī)、鋼絲繩、

安全鉗、緩沖器等主要部件的使用年限等。該使用單

位以及維保單位對(duì)相應(yīng)檢規(guī)要求以及電梯施工類別劃

分不熟悉是造成本檢驗(yàn)案例的主要原因。檢規(guī)中也做

出明確規(guī)定，并且在其電梯施工類別劃分表中規(guī)定，

改變轎廂自重定義為“改造”, 足以見得該類別的重

要程度。

值得一提的是，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多小區(qū)

在設(shè)計(jì)之初已經(jīng)設(shè)計(jì)好電梯整體的美觀性，所以在簽

訂電梯銷售合同時(shí)，已經(jīng)明確要求了電梯轎廂需要裝

修，也已經(jīng)確認(rèn)是否加裝空調(diào)等，并且提供了電梯裝

修所需要預(yù)留的重量，另外要求檢驗(yàn)人員在監(jiān)督檢

驗(yàn)時(shí)要求安裝單位在轎廂內(nèi)留下相對(duì)應(yīng)的載荷，一旦

撤除相對(duì)應(yīng)載荷（所預(yù)留裝修的重量），轎廂進(jìn)行裝

修完成后，告知需要重新核算平衡系數(shù)，并且系數(shù)在

40% ～ 50% 的標(biāo)準(zhǔn)范圍才可繼續(xù)使用，要求在其對(duì)重

框上標(biāo)明轎廂是否完成裝修、是否裝有空調(diào)等字樣，

以供檢驗(yàn)人員及維護(hù)保養(yǎng)人員確認(rèn)，否則不能進(jìn)行交

接使用。檢驗(yàn)人員在檢驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格按照檢規(guī)條款要求，

一一對(duì)應(yīng)出廠資料以及存檔資料，根據(jù)程序要求進(jìn)行

檢驗(yàn)，以確保設(shè)備能夠安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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74 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

電梯鋼絲繩的檢測(cè)與維護(hù)探討

楊曉霞

（長(zhǎng)治市綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心 長(zhǎng)治 046000）

摘 要：電梯在運(yùn)行過程中對(duì)鋼絲繩的依賴性相對(duì)較強(qiáng)，為了提高電梯鋼絲繩的安全性，有必要探究鋼

絲繩的檢測(cè)方法與維護(hù)措施。本文分析了電梯鋼絲繩在使用中存在的問題，并據(jù)此提出了電梯鋼絲繩的檢測(cè)

方法，重點(diǎn)明確了鋼絲繩的維護(hù)措施，并提出科學(xué)維護(hù)的方法，以期優(yōu)化其應(yīng)用環(huán)境，保障整個(gè)檢驗(yàn)與維護(hù)

工作的正常開展，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：電梯 鋼絲繩 檢測(cè)維護(hù)

Discussion on Inspection and Maintenance of Elevator Wire Rope

Yang Xiaoxia

(Changzhi City Comprehensive Inspection and Testing Center Changzhi 046000)

Abstract The elevator has a relatively strong dependence on the wire rope in the process of operation. In

order to improve the safety of elevator wire rope, it is necessary to explore the detection methods and maintenance

measures of the wire rope. This paper analyzes the problems existing in the use of elevator wire rope, and puts forward

the detection method of elevator wire rope comprehensively, focuses on the maintenance measures of wire rope, and

puts forward the method of scientific maintenance, in order to optimize the original application environment, ensure

the normal development of the whole inspection and maintenance work, and create better economic and social benefits.

Keywords Elevator Wire rope Inspection and maintenance

中圖分類號(hào)：TB496 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0074-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.021

作者簡(jiǎn)介：楊曉霞（1992 ～ )，女，本科，助理工程師，從

事機(jī)械以及電氣相關(guān)工作。

通訊作者：楊曉霞，E-mail: txx910916@126.com。

（收稿日期：2022-11-04）

電梯常被應(yīng)用于商業(yè)樓、辦公樓以及高層建筑中，

其為人們出行提供了便利，節(jié)省了時(shí)間。電梯運(yùn)行對(duì)

于鋼絲繩的質(zhì)量要求較高，需要建筑企業(yè)選用符合國(guó)

家質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲繩，且需要定期對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢測(cè)

與維修，以確保其使用質(zhì)量?；诖耍接戨娞蒌摻z

繩檢測(cè)與維護(hù)的有效路徑，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電梯鋼絲繩在使用過程中存在的問題

1.1 鋼絲繩自身繩直徑變小

鋼絲繩的直徑大小關(guān)系鋼絲繩的剛度和強(qiáng)度，直徑

太小會(huì)導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度低，疲勞破壞發(fā)生的概率增大，如

果使用的鋼絲繩的直徑小于計(jì)算出應(yīng)該使用的直徑，就

會(huì)發(fā)生鋼絲繩斷裂，最終導(dǎo)致電梯發(fā)生故障 [1]。對(duì)鋼絲

繩直徑變小問題進(jìn)行深入研究能夠發(fā)現(xiàn)，造成其出現(xiàn)這

類問題的主要原因是電梯運(yùn)行過程中，鋼絲繩承受的承

載力相對(duì)較大，從而導(dǎo)致其出現(xiàn)的彈性形變無法有效恢

復(fù)，最終出現(xiàn)局部變細(xì)或者內(nèi)部斷絲等負(fù)面問題。另外，

在鋼絲繩出現(xiàn)繩直徑變細(xì)問題時(shí)，局部腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)

也會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)變細(xì)問題。如若鋼絲繩出現(xiàn)這類問題，

那么在電梯設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程中，鋼絲繩則會(huì)因結(jié)構(gòu)問

題的存在導(dǎo)致自身承載力降低，進(jìn)而對(duì)電梯設(shè)備運(yùn)行的

安全性以及可靠性造成直接影響 [2]。

1.2 鋼絲繩腐蝕問題

在電梯實(shí)際運(yùn)行過程中，鋼絲繩一直暴露在空氣

中，當(dāng)鋼絲中的鐵與空氣中的氧氣和水分發(fā)生化學(xué)反

應(yīng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)腐蝕等問題，這類問題的出

現(xiàn)會(huì)對(duì)鋼絲繩的整體性能造成較為直接的影響，最終

大大降低鋼絲繩的實(shí)際使用壽命。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 75

安全分析

Safety Analysis

1.3 鋼絲繩斷絲問題

從鋼絲繩的結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，鋼絲繩是由多股鋼絲

一同構(gòu)成的，因此，鋼絲的數(shù)量也會(huì)對(duì)鋼絲繩的實(shí)際

性能造成一定影響 [3]?，F(xiàn)階段，電梯鋼絲繩斷絲問題

主要可分為磨損、銹蝕以及扭拉等，為此，在針對(duì)鋼

絲繩開展檢修工作時(shí)，檢修工作人員應(yīng)重視鋼絲繩存

在的斷絲問題，從而有效避免因鋼絲繩斷絲而導(dǎo)致更

為嚴(yán)重的電梯運(yùn)行事故。

2 電梯鋼絲繩檢測(cè)方法

2.1 目測(cè)檢測(cè)方式

相對(duì)于其他檢測(cè)技術(shù)，目測(cè)檢測(cè)技術(shù)是一種較為

傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)，其需借助檢測(cè)工作人員的感官去檢

測(cè)鋼絲繩是否存在問題。結(jié)合實(shí)際情況來看，這類技

術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)過于依靠檢測(cè)工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)以

及專業(yè)能力水平，并且其難以對(duì)鋼絲繩內(nèi)部存在的問

題進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，因此，不但檢測(cè)效率難以得到有效

保障，檢測(cè)范圍也十分局限。

在目測(cè)檢測(cè)法應(yīng)用過程中，檢測(cè)人員通過肉眼對(duì)

電梯鋼絲繩表面進(jìn)行觀察，檢查其是否存在銹蝕、破

損或是斷絲等問題，針對(duì)細(xì)節(jié)性的觀察，可借助放大

鏡進(jìn)行近距離觀察，隨后使用游標(biāo)卡尺測(cè)量與計(jì)算鋼

絲繩的磨損量及磨損程度，有助于為維修方案的制定

提供數(shù)據(jù)依據(jù)。目測(cè)檢測(cè)法僅適用于小故障的檢測(cè)，

如鋼絲繩外表有明顯破損或損壞等，可直接應(yīng)用目測(cè)

檢測(cè)法，如果是鋼絲繩內(nèi)部存在斷絲問題，則不適合

使用目測(cè)檢測(cè)法。

2.2 超聲波檢測(cè)方式

超聲波是一種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，屬于新型檢測(cè)

方式之一，檢測(cè)應(yīng)用效果良好 [4]。如今，超聲波

檢測(cè)法已被廣泛應(yīng)用于電梯鋼絲繩的檢測(cè)工作中。

超聲波檢測(cè)法的檢測(cè)原理是根據(jù)超聲波在不同介

質(zhì)中的傳播速度對(duì)物體整體情況進(jìn)行檢測(cè)，該方

式檢測(cè)效率較高，檢測(cè)操作便捷、簡(jiǎn)單，有助于

加快電梯鋼絲繩的檢測(cè)速度，縮短檢測(cè)時(shí)間。此外，

超聲波檢測(cè)法主要是將超聲波與電梯鋼絲檢測(cè)相

融合，隨后通過超聲波的發(fā)射功能以及控制處理

系統(tǒng)對(duì)鋼絲繩內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)鋼絲繩的振動(dòng)

頻率、聲音以及速度等判斷鋼絲繩內(nèi)部是否出現(xiàn)

斷絲問題。

2.3 檢修參數(shù)分析

針對(duì)電梯鋼絲繩的檢測(cè)，主要包括斷絲、銹蝕

以及速度變化等，鋼絲繩長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)有一定破損，

致使鋼絲繩直徑變小，如若鋼絲繩局部位置出現(xiàn)瑣

細(xì)現(xiàn)象，則說明其內(nèi)部可能有斷絲問題存在。如若

鋼絲繩表面有銹蝕問題，則會(huì)造成金屬斷面變少，

加快鋼絲繩的磨損速度，使鋼絲繩所能夠承受的荷

載力降低，使用風(fēng)險(xiǎn)增加，使用壽命縮短。如若出

現(xiàn)“紅油”現(xiàn)象，則可能是鋼絲線內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕問題，

工作人員需要將鋼絲繩繩頭處剖開進(jìn)行檢查。針對(duì)

鋼絲繩斷絲問題，其會(huì)影響鋼絲繩的強(qiáng)度，降低鋼

絲繩的使用性能。

3 電梯鋼絲繩的維護(hù)措施

3.1 加強(qiáng)機(jī)械檢測(cè)技術(shù)要求

因?yàn)殡娞荼容^復(fù)雜，運(yùn)行工況也比較特殊，所以

檢測(cè)工作難度較高。在電梯具體檢測(cè)環(huán)節(jié)，要從組成

電梯的各個(gè)部件角度出發(fā)，每個(gè)部件都必須達(dá)到質(zhì)量

標(biāo)準(zhǔn)，從而使電梯運(yùn)行更具安全性 [5]。例如在屬部件

焊接處以及主梁與翼緣板連接處，極易磨損。還有就

是箱式電梯機(jī)還有就是廂式電梯機(jī)箱與鋼絲繩、樓梯

式樓梯傳送帶等，都會(huì)造成較大的磨損，最為常見的

是齒輪、滑輪的損壞等。結(jié)合不同結(jié)構(gòu)部件，選擇合

適的質(zhì)量檢測(cè)方法。對(duì)于有焊縫的位置，應(yīng)該進(jìn)行焊

縫寬度的檢查，超聲波探傷方式檢測(cè)極為重要；如果

配件磨損較為嚴(yán)重，表面最大磨損面不能超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

定的參數(shù)值，只要超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，應(yīng)該及時(shí)更換。

從局部到整體，了解鋼絲繩的工作情況，提高運(yùn)行安

全性。

3.2 完善具體檢測(cè)參數(shù)的分析

電梯鋼絲繩檢測(cè)中，首先，要關(guān)注鋼絲繩直徑向

變化、腐蝕情況、加速度，還要從組合情況分析，和

規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析，加強(qiáng)細(xì)節(jié)方面的檢測(cè)。鋼絲繩直

徑向變化分析時(shí)，要了解其工作情況，掌握磨損情況，

還有就是電梯運(yùn)行中，因?yàn)榧铀俣鹊淖兓?，?dǎo)致局部

位置易出現(xiàn)突然斷裂，造成受力面積減小，軸向力增

大而影響結(jié)構(gòu)性能。其次，鋼絲繩裸露結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕，

尤其是磨損嚴(yán)重的位置，極易發(fā)生嚴(yán)重的銹蝕問題，

造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不合格。最后，斷絲問題也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重

損壞。鋼絲繩斷絲問題非常嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降快速，

76 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

必須做好細(xì)節(jié)方面的檢查。對(duì)于銹蝕嚴(yán)重的部位，應(yīng)

該加強(qiáng)檢測(cè)和管理，一旦超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)及時(shí)更換。

對(duì)于裸露的鋼絲繩來說，需要采用必要的防腐蝕措施。

在鋼絲繩安裝前，進(jìn)行掛置設(shè)置，讓其受到自重作用

而產(chǎn)生塑性變形，通常會(huì)連續(xù)運(yùn)行 3 周左右，在鋼絲

繩伸長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)定后才能開始安裝施工。因此需要結(jié)合

不同的情況，選擇合適的維修保養(yǎng)處理措施，消除變形、

斷絲、磨損等問題，提高電梯運(yùn)行安全性。

3.3 科學(xué)維護(hù)提升鋼絲繩的使用壽命

電梯鋼絲繩的檢測(cè)與維護(hù)專業(yè)度較高，需要維修

人員注重科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，有助于延長(zhǎng)鋼絲繩的使用

年限。在開展維修工作時(shí)，工作人員需要認(rèn)真對(duì)待每

一個(gè)維修環(huán)節(jié)，如運(yùn)送、懸掛、儲(chǔ)藏、清洗以及涂油

與平穩(wěn)操作等，如果鋼絲繩上出現(xiàn)油垢，油垢老化會(huì)

吸收空氣中的水，致使鋼絲繩出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，加之油

垢的滲透會(huì)增加鋼絲繩直徑，使得鋼絲繩容易被雜物

擠壓出現(xiàn)破損，需要工作人員對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。為此，

在維護(hù)過程中，需要使用潤(rùn)滑油對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤(rùn)滑保

養(yǎng)，增加潤(rùn)滑油的滲透度，提升鋼絲繩的使用強(qiáng)度。

鋼絲繩維護(hù)要經(jīng)過多個(gè)過程，選擇合適的方法。在電

梯運(yùn)行中，應(yīng)該盡量減少不必要的磨損，必須加強(qiáng)鋼

絲繩的防銹處理。在安裝以及使用中，要定期進(jìn)行維

護(hù)管理，在表面涂抹一層保護(hù)層，達(dá)到潤(rùn)滑的效果，

還要進(jìn)行浸潤(rùn)處理，確保鋼絲繩的潤(rùn)滑效果合格，提

高鋼絲繩的運(yùn)行質(zhì)量 [5]。

3.4 加強(qiáng)細(xì)節(jié)跟蹤維修

電梯鋼絲繩在長(zhǎng)期使用過程中出現(xiàn)破損問題在所

難免，檢測(cè)人員在對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢測(cè)與維護(hù)的同時(shí)，

需要注重細(xì)節(jié)性問題的檢測(cè)與維護(hù)，加強(qiáng)對(duì)鋼絲繩細(xì)

節(jié)的跟蹤與維修。鋼絲繩的維護(hù)工作需要維修人員認(rèn)

真且細(xì)心，強(qiáng)化對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)的檢測(cè)，尤其需要特別

注意對(duì)易破損位置的檢測(cè)。在電梯安裝過程中，建筑

企業(yè)需要引進(jìn)專業(yè)監(jiān)理機(jī)構(gòu)，對(duì)電梯的安裝以及技術(shù)

交底進(jìn)行跟蹤監(jiān)督，確保電梯鋼絲繩符合質(zhì)檢要求，

保障電梯安裝無任何質(zhì)量問題。同時(shí)，安裝過程中應(yīng)

提高安全防護(hù)意識(shí)，注重安全管理水平的提升。

結(jié)合實(shí)際情況來看，電梯鋼絲繩維護(hù)工作的開展能

夠在有效延長(zhǎng)其使用壽命的同時(shí)，充分確保電梯設(shè)備日

常運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性。在鋼絲繩維護(hù)工作開展過程中，維護(hù)

工作人員需針對(duì)電梯設(shè)備定期開展保潔工作，并在鋼絲

繩起步結(jié)構(gòu)處合理涂抹保護(hù)油，以此來有效減少其與空

氣直接接觸的時(shí)間，從而在基礎(chǔ)上降低鋼絲繩腐蝕問題

出現(xiàn)的概率。其次，維護(hù)工作人員在對(duì)鋼絲繩涂抹保護(hù)

油時(shí)，其首先應(yīng)加熱保護(hù)油，從而確保其能夠有效滲透

到鋼絲繩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。再次，當(dāng)電梯設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一定期

限后，維護(hù)工作人員還需對(duì)鋼絲繩開展必要的表面清潔

工作，從而為后續(xù)保護(hù)油的涂抹提供便利。最后，如果在

鋼絲繩維護(hù)工作開展過程中發(fā)現(xiàn)其表面存在大量覆蓋

物時(shí)，工作人員必須正確認(rèn)識(shí)開展鋼絲繩表面清潔工作

的重要價(jià)值，否則在電梯設(shè)備日常運(yùn)行過程中，鋼絲繩

極易出現(xiàn)斷絲等影響電梯運(yùn)行安全性的問題。此外，在

電梯鋼絲繩維護(hù)工作開展過程中，維護(hù)工作還需將與鋼

絲繩維護(hù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有效地落實(shí)到維護(hù)工作中，從而在

有效確保鋼絲繩整體質(zhì)量的同時(shí)，有效提升電梯設(shè)備運(yùn)

轉(zhuǎn)的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性。

4 結(jié)束語

綜上所述，在電梯設(shè)備應(yīng)用日益頻繁的今天，電

梯設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生重要的影

響，而鋼絲繩檢測(cè)與維護(hù)工作的有效開展能夠及時(shí)發(fā)

現(xiàn)并處理鋼絲繩存在的問題，從而為電梯運(yùn)行安全性

的提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為此，相關(guān)部門需要重視電梯

鋼絲繩檢測(cè)與維護(hù)工作，并做好檢測(cè)與維護(hù)工作規(guī)范

制度的明確工作，從而為提升檢測(cè)與維護(hù)工作質(zhì)量提

供充分的保障。此外，檢測(cè)維護(hù)工作人員還要不斷提

升自身對(duì)檢測(cè)與維護(hù)技術(shù)的掌握程度，從而在有效縮

短問題處理時(shí)間的同時(shí)，提升電梯設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行效

益，并以此為基礎(chǔ)為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的開展提供相

應(yīng)便利性。

參考文獻(xiàn)

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PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 77

安全分析

Safety Analysis

06C r19Ni10 不銹鋼水箱漏水

隱患分析與預(yù)防

祝春嶺

（青島亞通達(dá)鐵路設(shè)備有限公司 青島 266000）

摘 要：本文介紹了水箱的使用情況和結(jié)構(gòu)，主要探究了水箱的漏水原因，對(duì)造成漏水的原因進(jìn)行分析，

通過對(duì)腐蝕部位進(jìn)行化學(xué)成分分析、拉伸測(cè)試、微觀形貌表征發(fā)現(xiàn)，焊接方法不對(duì)、焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、焊

接完成后未及時(shí)去除內(nèi)部應(yīng)力是加速腐蝕及導(dǎo)致水箱漏水的重要原因，針對(duì)這些原因，制定了改進(jìn)措施，提

出了預(yù)防建議。

關(guān)鍵詞：貧鉻 電偶腐蝕 氬弧焊 晶間腐蝕

Hidden Danger Analysis and Prevention of 06Cr19Ni10

Stainless Steel Water Tank Leakage

Zhu Chunling

(Asian Tong Dai (Qingdao) Railway Equipment Co., Ltd. Qingdao 266000)

Abstract This paper introduces the use and structure of the water tank, mainly probes into the causes

of water leakage in the water tank, analyzes the causes of water leakage, and detects the corrosion parts through

chemical composition, tensile test, and microscopic morphology. It is found that incorrect welding methods, improper

selection of welding parameters, and failure to timely remove internal stress after welding are the important reasons

for accelerated corrosion and water leakage in the water tank. Aiming at these reasons, the improvement measures are

formulated and the prevention suggestions are put forward.

Keywords Chromium deficiency Galvanic corrosion Argon arc welding Intergranular corrosion

中圖分類號(hào)：TB496 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)04-0077-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.022

作者簡(jiǎn)介：祝春嶺（1981 ～ )，男，本科，工程師，從事機(jī)

械設(shè)計(jì)方面的工作。

通訊作者：祝春嶺，E-mail: 287336825@qq.com。

（收稿日期：2022-12-08）

不銹鋼由于具有優(yōu)良的耐均勻腐蝕性能、力學(xué)性

能和工藝性能，成為水箱應(yīng)用最多的耐蝕金屬材料。

其中奧氏體不銹鋼又以其良好的綜合性能占不銹鋼總

產(chǎn)量和使用量的 70% 左右 [1]。某公司的水箱材質(zhì)為

06Cr19Ni10 奧氏體不銹鋼，安裝于軌道車輛，采用

熔化極氣體保護(hù)焊（MAG）焊接而成，保護(hù)氣體是

98%Ar+2%CO2。這種焊接成形的水箱在使用不足 2 年

時(shí)發(fā)生了腐蝕漏水現(xiàn)象，漏水部位集中在焊縫周圍，

影響了設(shè)備的使用壽命 [2]。

1 水箱結(jié)構(gòu)介紹

水箱體板采用對(duì)接方式，內(nèi)部防波板采用交叉組

裝、焊接，體板上開縫將防波板伸出 5 mm，在外部雙

面焊接。具體如圖 1 所示。

2 漏水部位檢查分析

通過觀察漏水水箱，漏水部位主要集中在防波板

和體板焊縫處，將水箱分割后發(fā)現(xiàn)，防波板和箱體之

間的焊縫及熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋、孔蝕，焊縫及熱影響

區(qū)內(nèi)、外布滿銹跡，箱體內(nèi)部焊接熱影響區(qū)有明顯焊

接回火色，焊縫兩側(cè)有大量黃色析出物。為了查找水

箱焊縫處漏水的根本原因，對(duì)從水箱上截取的樣品進(jìn)

78 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

行了化學(xué)成分分析、拉伸測(cè)試、斷口形貌分析、微區(qū)

成分分析、晶粒度檢測(cè)、金相分析、非金屬夾雜物檢測(cè)、

焊縫宏微觀形貌分析 [3]。

圖 1 水箱體板對(duì)接方式示意

2.1 檢測(cè)項(xiàng)目

1）為排除母材不合格導(dǎo)致的焊接缺陷，對(duì)樣

品進(jìn)行化學(xué)成分分析，經(jīng)過測(cè)試，樣品完全滿足

06Cr19Ni10 不銹鋼的要求。

2）對(duì)樣品進(jìn)行拉伸測(cè)試。對(duì)箱體防波板未腐蝕

部分取樣，進(jìn)行拉伸測(cè)試，經(jīng)過測(cè)試，樣品完全滿足

06Cr19Ni10 不銹鋼的要求。

3）斷口形貌分析、微區(qū)成分分析。使用掃描電鏡

對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。

圖2檢測(cè)結(jié)果顯示焊縫處共有5處較大腐蝕缺陷，

沿腐蝕處將樣品 A 切開取樣進(jìn)行腐蝕處宏微觀形貌分

析及微區(qū)成分分析。

??6 ??5 ??4 ??3 ??2

圖 2 樣品 A 焊縫 RT 檢測(cè)

由圖 3 中缺陷截面形態(tài)可知，缺陷起始于一側(cè)角

焊縫的根部，焊縫及 2 mm 母材出現(xiàn)腐蝕，并且 2 mm

母材更容易被腐蝕。由于樣品孔洞處腐蝕最為嚴(yán)重，

比較 2 道角焊縫的根部形態(tài)，一側(cè)焊縫根部間隙較小，

另一側(cè)焊縫根部間隙較大。根據(jù)焊接特性，角焊縫的

焊縫根部間隙較大為后焊的，同時(shí)先焊的角焊縫根部

存在較大的拉應(yīng)力。缺陷起始于先焊的角焊縫根部。

圖 3 位置 2 缺陷

為了探究其腐蝕的性質(zhì)及原因，對(duì)樣品亦進(jìn)行晶

間腐蝕試驗(yàn)。圖 4 為封頭補(bǔ)焊周圍孔洞處晶間腐蝕照

片，可見缺陷周邊組織為溝狀組織，有明顯的晶間腐

蝕傾向，且越接近缺陷腐蝕越明顯，說明該貫穿性孔

洞的形成與晶間腐蝕存在一定的聯(lián)系。

圖 4 微觀形貌（溝槽狀形貌為腐蝕痕跡）

由圖 5 可知，在焊縫及熱影響區(qū)存在較多鐵素體，

由于鐵素體 Cr 含量高于基體，必然導(dǎo)致奧氏體靠近鐵

素體區(qū) Cr 含量降低。Cr 含量降低區(qū)的耐腐蝕能力將

低于 Cr 含量正常區(qū)域。

圖 6 中 網(wǎng) 狀 為 焊 縫 腐 蝕 形 貌 ，球 狀 凸 起 及

網(wǎng) 邊 為 鉻 的 化 合 物 。凸 起 微 區(qū) 成 分 ：C 6.60 ％，

Cr 38.64％。在焊縫和靠近焊縫的 2 mm 母材有 Cr 的

化合物形成，Cr 的化合物中 Cr 含量高于鐵素體中 Cr

含量，此必然導(dǎo)致周圍區(qū)域 Cr 含量更低，也更不耐腐

蝕。同時(shí)，微區(qū)成分分析顯示，Cr 的化合物中 C 的含

量較高。C 元素應(yīng)是 CO2 保護(hù)氣體在焊接過程中分解

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 79

安全分析

Safety Analysis

出 C 原子滲入所致，C 原子容易與 Cr 結(jié)合形成 Cr 的

化合物，從而形成貧鉻區(qū)。

圖 6 焊縫放大形貌

圖 5 厚度為 2 mm 的板的熱影響區(qū)微觀形貌

鐵素體微區(qū)成分：C 1.73％，Cr 22.35％，Ni 5.00％

???14 108 cts ??ǖ0.000 keV 0 1 2 3 4 5 6

譜圖1

Si C O

Mn

Mn

Mn

Cr

Cr

Cr

Ni

Fe

Fe

???1 000 cts ??ǖ0.000 keV 0 1 2 3 4 5 6

C Cr Si Cr

Fe

Fe

譜圖1

4）晶粒度檢測(cè)，金相分析。根據(jù) GB/T 6394—

2017《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》、GB/T 13298—2015

《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》、GB/T 13299—1991《鋼

的顯微組織評(píng)定方法》，對(duì)樣品進(jìn)行金相分析，判斷

樣品是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

腐蝕劑：4% 硝酸酒精溶液。

步驟：從樣品上制取金相試樣，經(jīng)鑲嵌、清潔、

打磨、拋光、腐蝕，在顯微鏡下觀察。

測(cè)試結(jié)果顯示 2 mm 板 材、2.5 mm 側(cè)板材及

2.5 mm U 型板材晶粒度級(jí)別為 8 級(jí)，晶粒較細(xì)小，金

相組織為奧氏體 + 少量鐵素體 + 少量馬氏體。因此，

母材組織符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，排除了因母材成分不合格導(dǎo)

致的腐蝕。

5）焊縫宏微觀檢測(cè)。從樣品上取樣進(jìn)行焊縫宏微

觀金相分析，檢測(cè)結(jié)果見圖 7, 由檢測(cè)結(jié)果可知，焊

縫組織為奧氏體 + 鐵素體，鐵素體含量約為 40%，熱

影響區(qū)也出現(xiàn)較多鐵素體，離熔合線越近鐵素體含量

越高 [4]。

圖 7 焊縫金相組織

50 μm

2.2 分析結(jié)論

由上述檢測(cè)項(xiàng)目可知，水箱焊縫及熱影響區(qū)受到

腐蝕是造成水箱漏水的直接原因。該腐蝕是由于貧鉻、

電偶腐蝕、鐵素體增加、應(yīng)力腐蝕、非金屬物夾雜及

鈍化膏殘留等多種因素造成的。

1）該箱體采用熔化極活性氣體保護(hù)焊（MAG，

其中 Ar 占 98%，CO2 占 2%），并且焊縫背面沒有惰

性氣體保護(hù)。MAG 具有成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用

范圍較廣。但 CO2 本身是氧化性氣體，高溫下分解成

CO 和原子態(tài)的 O，原子態(tài)的 O 易氧化燒損合金元素，

這樣可以解釋嚴(yán)重的焊接回火色的出現(xiàn) [3]。高溫作用

下 C 原子與 Cr 原子結(jié)合形成 Cr23C6 化合物，由圖 4

80 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)。合金燒損和 Cr 的碳化物的形成共同造成了

焊縫、熱影響區(qū)內(nèi)貧鉻現(xiàn)象，造成晶間腐蝕 [1]。

2）由于貧鉻區(qū)有 Cr 的碳化物、非金屬夾雜物，

其電極電位高于母材金屬，因而形成原電池效應(yīng)，引

起電偶腐蝕，從而形成蝕孔。腐蝕后的活化態(tài)不銹鋼

點(diǎn)蝕微孔成為陽極，鈍化態(tài)不銹鋼作為陰極，形成了

大陰極小陽極，腐蝕電流集中到陽極腐蝕點(diǎn)上，因此

保持較高的腐蝕速率，往深處延伸。個(gè)別蝕孔形成的

腐蝕產(chǎn)物堵塞孔口，形成了閉塞電池，加上閉塞電池

引發(fā)的酸化自催化作用，蝕孔不斷擴(kuò)大加深直到將板

材腐蝕透。這就可以解釋焊縫附近表面無明顯孔洞，

但焊縫內(nèi)部出現(xiàn)的多處較大的深坑。

3）焊接參數(shù)選擇不當(dāng)使得焊縫金屬的化學(xué)成分

在凝固過程中發(fā)生偏析，而且很不均勻 , 從而導(dǎo)致奧

氏體不銹鋼焊縫區(qū)鐵素體含量較高且很不均勻 [4]。樣

品焊縫及熱影響區(qū)鐵素體暴增（多達(dá) 40%）母材鐵素

體含量為 5%，焊接后焊縫及熱影響區(qū)鐵素體達(dá)到 40%

且成網(wǎng)狀分布，因此，耐腐蝕能力大大降低。

4）從腐蝕產(chǎn)物中可以推斷出箱體內(nèi)存在鈍化膏殘

留，由于貧鉻區(qū)內(nèi) Cr 含量較低，不足以形成致密的鈍

化膜，就會(huì)使該處形成抗蝕能力較低的區(qū)域。不銹鋼

的耐蝕性依賴于其表面的致密氧化膜，一旦氧化膜被

破壞，在鈍化膏中酸的作用下，引起局部腐蝕。

5）箱體焊接完成后未進(jìn)行去應(yīng)力處理，結(jié)構(gòu)中保

持較大殘余應(yīng)力，在一定程度上引起了應(yīng)力腐蝕。這

與在先焊焊縫根部發(fā)現(xiàn)腐蝕而在后焊焊縫根部沒有發(fā)

現(xiàn)腐蝕是一致的。腐蝕點(diǎn)一旦出現(xiàn)，在拉應(yīng)力作用下

腐蝕處的腐蝕便會(huì)加速腐蝕從而出現(xiàn)較大的蝕孔。

3 改進(jìn)建議

1）改熔化極活性氣體保護(hù)焊 (MAG) 為鎢極氬弧

焊（TIG），且將焊接根部焊縫背面用氬氣保護(hù)，避

免合金元素?zé)龘p，減少形成 Cr 的化合物。

2）該產(chǎn)品焊接工藝應(yīng)用于生產(chǎn)前須進(jìn)行焊接工藝

評(píng)定，確定焊接工藝符合產(chǎn)品的使用要求。

3）采取相應(yīng)的措施如焊接工裝等減少焊接過程中

的焊接應(yīng)力及熱影響，避免應(yīng)力集中，造成應(yīng)力腐蝕，

焊接完成后進(jìn)行去應(yīng)力處理。

4）通過調(diào)整恰當(dāng)?shù)暮附訁?shù)來嚴(yán)格控制焊縫金屬

中的鐵素體及馬氏體含量。

5）對(duì)焊縫及熱影響區(qū)域進(jìn)行焊后酸洗鈍化處理去

除回火色，使其鈍化恢復(fù)耐蝕性，并清理干凈殘余鈍

化液或鈍化膏。

參考文獻(xiàn)

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遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào) ,2007,27(01):45-46+50.

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子和硫離子性能比較 [J].華東電力，2005(09):13-15.

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壁容器焊縫腐蝕泄漏原因 [J]. 腐蝕與防護(hù)，2014，

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管焊縫鐵素體含量及其測(cè)定 [J].焊管,2007(05):30-

35+105.

（上接第 60 頁）

數(shù)據(jù)分析、故障診斷、電氣工程、機(jī)械電子系統(tǒng)輸入

以及工業(yè)焊接機(jī)器人領(lǐng)域，都獲得了令人稱贊的成績(jī)

和效果，所以為了能夠更好地提高我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)能力，

應(yīng)加強(qiáng)在人工智能技術(shù)上的研發(fā)力度。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐夢(mèng)云 . 人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程中的實(shí)踐運(yùn)

用 [J].造紙裝備及材料,2022,51(06):112-114.

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術(shù)在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用 [J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝

備 ,2022,58(01):179-181.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 81

Features

風(fēng)采

護(hù)航大國(guó)重器研制 助力輸電技術(shù)升級(jí)

—— 記 2 0 21 年優(yōu)秀設(shè)備工程監(jiān)理 人員魏爭(zhēng)同志

李 琦 田華榮

（北京網(wǎng)聯(lián)直流工程技術(shù)有限公司 北京 102209）

直流輸電輸送具有容量大、距離遠(yuǎn)、損耗低等技

術(shù)優(yōu)勢(shì)，是新型電力系統(tǒng)構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)新能源消納的重

要技術(shù)手段。設(shè)備是直流輸電工程的核心，我國(guó)直流

輸電核心設(shè)備經(jīng)歷了從早期故障率較高，到可靠性達(dá)

到國(guó)際同類設(shè)備水平，再到逐步向技術(shù)無人區(qū)探索的

波瀾壯闊的發(fā)展歷程。而直流輸電設(shè)備技術(shù)水平和可

靠性的不斷提升發(fā)展，與設(shè)備監(jiān)理工作密不可分。

魏爭(zhēng)，博士，2015 年畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)系，現(xiàn)

就職于北京網(wǎng)聯(lián)直流工程技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)

聯(lián)公司），高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事特高壓及柔性直流

輸電工程設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)和質(zhì)量管控工作，參與完成 4

個(gè)特高壓直流輸電工程、3 個(gè)柔性直流工程以及多個(gè)

交流輸變電工程的主設(shè)備監(jiān)造和設(shè)備質(zhì)量管控。在高

壓直流斷路器、可控自恢復(fù)消能裝置等特高壓和柔性

直流輸電核心設(shè)備的首臺(tái)套設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)過程中，

積極發(fā)揮設(shè)備監(jiān)理技術(shù)支撐作用，牽頭完成多項(xiàng)設(shè)備

質(zhì)量提升專題工作和國(guó)家、國(guó)家電網(wǎng)有限公司（以下

簡(jiǎn)稱國(guó)網(wǎng)公司）科技項(xiàng)目研究，有效降低設(shè)備故障率，

為創(chuàng)新設(shè)備的研制和工程化應(yīng)用提供了有力保障，所

參與項(xiàng)目獲省部級(jí)和地市級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng) 20 余項(xiàng)。

2021 年優(yōu)秀設(shè)備工程監(jiān)理人員魏爭(zhēng)

1 嚴(yán)控國(guó)產(chǎn)換流閥質(zhì)量，提升柔直技術(shù)可

靠性

柔性直流（簡(jiǎn)稱柔直）輸電是繼交流輸電、常規(guī)

直流輸電之后的新一代輸電技術(shù)，具有高度的可控性

和靈活性，已逐步成為新能源大規(guī)模并網(wǎng)送出與交流

電網(wǎng)異步互聯(lián)的重要手段。目前我國(guó)已建成舟山、廈門、

渝鄂、張北、如東等多個(gè)柔性直流工程，總投資數(shù)百

億元。高壓大容量柔直換流閥負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)交流電和直流

電的相互轉(zhuǎn)化，是柔性直流工程的“心臟”，結(jié)構(gòu)原

理復(fù)雜，研制難度大，其設(shè)備質(zhì)量直接影響柔直工程

的可靠性。

魏爭(zhēng)在多個(gè)重點(diǎn)柔直工程中承擔(dān)了柔直換流閥的

設(shè)備監(jiān)造任務(wù)，兢兢業(yè)業(yè)、認(rèn)真細(xì)致地完成各項(xiàng)監(jiān)造

工作，牽頭編制了柔直換流閥質(zhì)量管控系列化監(jiān)造作

業(yè)卡，并逐項(xiàng)檢查落實(shí)。我國(guó)柔直換流閥產(chǎn)品技術(shù)參

數(shù)發(fā)展迅速，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定相對(duì)滯后，已有標(biāo)準(zhǔn)

適用性不足，使得監(jiān)造工作中很多新問題無經(jīng)驗(yàn)或標(biāo)

準(zhǔn)可供借鑒。以我國(guó)首個(gè)海上柔直工程——江蘇如東

柔直工程（以下簡(jiǎn)稱如東柔直工程）為例，該工程所

用±400 kV/1100 MW國(guó)產(chǎn)化柔直換流閥技術(shù)規(guī)范中，

對(duì)閥端間交直流耐壓等絕緣型式試驗(yàn)的參數(shù)要求十分

嚴(yán)苛，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若按技術(shù)規(guī)范要求盲目提高試

驗(yàn)電源輸出電壓，將導(dǎo)致試驗(yàn)設(shè)備鐵芯飽和、輸出波

形畸變，影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性，甚至導(dǎo)致設(shè)備短路損壞。

很多人提出，該工程技術(shù)規(guī)范裕度較大，適當(dāng)降低試

驗(yàn)電壓對(duì)設(shè)備影響不大，建議降低標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。

作為如東柔直工程設(shè)備監(jiān)造項(xiàng)目經(jīng)理和柔直閥監(jiān)

造專責(zé)，魏爭(zhēng)提出：“型式試驗(yàn)是驗(yàn)證換流閥設(shè)備性能

至關(guān)重要的一環(huán)，如東工程換流閥又是我國(guó)首個(gè)海上

柔直換流閥，是決定工程成功與否的關(guān)鍵，意義重大，

試驗(yàn)參數(shù)決不能打折扣。”他牽頭設(shè)備廠家、試驗(yàn)機(jī)

構(gòu)等相關(guān)單位，深入開展試驗(yàn)方案研究，堅(jiān)守技術(shù)規(guī)

范底線，經(jīng)過深入的仿真分析計(jì)算、反復(fù)比對(duì)、迭代

作者簡(jiǎn)介：李琦（1989～ )，女，碩士，高級(jí)工程師，從

事特高壓直流輸電工程、柔性直流輸電工程的主設(shè)備質(zhì)量管控

工作。

82 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

Features

風(fēng)采

優(yōu)化，最終提出了通過在試驗(yàn)回路中增加輔助支路消

除波形畸變的方法，既保證了設(shè)備安全，又滿足了試

驗(yàn)要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)換流閥的嚴(yán)格考核，為設(shè)備成功研

制和長(zhǎng)期可靠運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這個(gè)難題迎刃而

解，使業(yè)主單位認(rèn)識(shí)到設(shè)備監(jiān)造的重要性，在后續(xù)工

作中遇到設(shè)備生產(chǎn)和試驗(yàn)問題，都會(huì)優(yōu)先咨詢監(jiān)造單

位的意見。

在扎實(shí)推進(jìn)柔直換流閥常規(guī)設(shè)備監(jiān)造和質(zhì)量管控

工作的同時(shí)，魏爭(zhēng)也積極投身換流閥可靠性提升關(guān)鍵

技術(shù)攻關(guān)工作。在我國(guó)早期柔性直流工程中，國(guó)產(chǎn)柔

直換流閥年故障率遠(yuǎn)高于同期國(guó)外同類產(chǎn)品水平，頻

繁發(fā)生因設(shè)備問題導(dǎo)致閉鎖停運(yùn)的問題，嚴(yán)重影響柔

直工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行和柔直技術(shù)的推廣應(yīng)用。作為

相關(guān)從業(yè)者，魏爭(zhēng)心中焦急萬分，迫不及待地希望利

用自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)和技能，為國(guó)產(chǎn)換流閥質(zhì)量提升

貢獻(xiàn)力量。

機(jī)會(huì)總是留給有準(zhǔn)備的人。根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司統(tǒng)一部

署，網(wǎng)聯(lián)公司依托實(shí)際工程設(shè)備監(jiān)造，牽頭承擔(dān)了柔

直換流閥可靠性提升專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)工作。魏爭(zhēng)作為攻

關(guān)團(tuán)隊(duì)骨干，迅速投入相關(guān)工作當(dāng)中，牽頭系統(tǒng)梳理

了換流閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)短板，圍繞電力電子器件、快速旁

路開關(guān)、閥控系統(tǒng)等核心組部件制定了標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量管

控文件，并深入 20 余個(gè)廠家、試驗(yàn)站開展可靠性測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督見證，細(xì)化落實(shí)試驗(yàn)實(shí)施方案。

其中快速旁路開關(guān)是柔直換流閥核心組部件之一，

是保證柔直閥子模塊安全的最后一道防線，動(dòng)作速度快，

內(nèi)部各種機(jī)械和電磁力相互耦合，設(shè)計(jì)制造和質(zhì)量管控

難度大。針對(duì)該組部件，魏爭(zhēng)深入相關(guān)廠家詳細(xì)調(diào)研，準(zhǔn)

確定位可靠性提升突破口，充分發(fā)揮設(shè)備監(jiān)造平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，

打破了以往各廠家閉門造車的傳統(tǒng)模式，通過對(duì)不同技

術(shù)路線產(chǎn)品的比較分析，提煉出了影響識(shí)別質(zhì)量的關(guān)鍵

因素，準(zhǔn)確定位可靠性提升突破口，從原材料一致性、主

回路裝配工藝和極限性能試驗(yàn)等方面制定了針對(duì)性的可

靠性提升措施，指導(dǎo)設(shè)備廠家完成旁路開關(guān)設(shè)計(jì)工藝優(yōu)

化，使得產(chǎn)品抗震、耐壓和通流等核心性能參數(shù)和安全

裕度較早期工程大幅提升。

在專項(xiàng)攻關(guān)工作中，魏爭(zhēng)格外重視技術(shù)細(xì)節(jié)的把

控。輔助節(jié)點(diǎn)開關(guān)是旁路開關(guān)中的一個(gè)小部件，以往

不被重視，卻在實(shí)際工程中故障頻發(fā)，導(dǎo)致旁路開關(guān)

誤動(dòng)或拒動(dòng)。他通過比較發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)旁路開關(guān)的位置

節(jié)點(diǎn)開關(guān)由于選型不合理而導(dǎo)致接觸不良、冗余不足

導(dǎo)致容錯(cuò)性低、接線不規(guī)范導(dǎo)致易發(fā)生短路等問題，

進(jìn)而提出了觸頭多點(diǎn)接觸、多種原理節(jié)點(diǎn)開關(guān)冗余配

置、加強(qiáng)接線端子屏蔽隔離等措施和規(guī)范，有效避免

了組部件“小缺陷”導(dǎo)致?lián)Q流閥閉鎖停運(yùn)的“大問題”，

用實(shí)際行動(dòng)詮釋了“細(xì)節(jié)決定成敗”。通過魏爭(zhēng)和攻

關(guān)團(tuán)隊(duì)的共同努力，渝鄂等新建工程國(guó)產(chǎn)化柔直換流

閥可靠性較早期工程產(chǎn)品顯著提升，支撐柔性直流輸

電可靠性首次達(dá)到常規(guī)直流輸電水平。

2 構(gòu)建直流斷路器管控體系，支撐首個(gè)柔

性直流電網(wǎng)建設(shè)

柔性直流電網(wǎng)在繼承柔性直流輸電技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基

礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)匯集、多落點(diǎn)送電，具有更好地控制靈

活性和通路冗余性，是未來直流輸電技術(shù)的重要發(fā)展方

向。國(guó)網(wǎng)公司于 2022 年 6月建成投運(yùn)世界首個(gè)柔直電網(wǎng)

工程，創(chuàng)造了 12 項(xiàng)世界第一，是世界柔直技術(shù)發(fā)展的又

一里程碑。直流斷路器是構(gòu)建直流電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，國(guó)

外尚無樣機(jī)研制，國(guó)內(nèi)也僅有低電壓等級(jí)的樣機(jī)，尚無

高壓大容量直流斷路器大規(guī)模工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。在張北工

程建設(shè)階段，魏爭(zhēng)作為主要負(fù)責(zé)人，全程參與了該工程

世界首批 3 種原理 500 kV 直流斷路器的參數(shù)設(shè)計(jì)、技

術(shù)規(guī)范編制、設(shè)備監(jiān)造和運(yùn)行維護(hù)等工作。

張北工程建設(shè)初期，魏爭(zhēng)承擔(dān)了世界首批 500 kV

直流斷路器的技術(shù)規(guī)范編制工作。柔直電網(wǎng)和高壓直流

斷路器都是直流輸電領(lǐng)域的新事物，且結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)行

特性復(fù)雜，無任何經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。面對(duì)新技術(shù)，他不畏

挑戰(zhàn)、迎難而上、勇于鉆研，針對(duì)不同穩(wěn)暫態(tài)條件、故障

形態(tài)組合成的數(shù)千種工況進(jìn)行逐一分析，詳細(xì)計(jì)算出每

種工況下的設(shè)備應(yīng)力參數(shù)要求，從而首次完成 500 kV 直

流斷路器技術(shù)規(guī)范編制，為直流斷路器的設(shè)計(jì)研制提供

了指導(dǎo)和依據(jù)。魏爭(zhēng)提到：“計(jì)算設(shè)備參數(shù)要求和編制技

術(shù)規(guī)范，不能依賴于窮舉式的盲目仿真，而要深入開展

理論分析，只有充分理解和掌握每項(xiàng)仿真結(jié)果背后的原

理，才能保證設(shè)計(jì)結(jié)果真實(shí)可信?！?/p>

“言必信，行必果?！彼彩沁@樣實(shí)踐的，在參

數(shù)計(jì)算過程中深入分析柔直電網(wǎng)故障發(fā)展機(jī)理，并由

此發(fā)現(xiàn)了機(jī)械式直流斷路器的設(shè)計(jì)隱患。機(jī)械式直流

斷路器依靠人工制造振蕩電流的方法實(shí)現(xiàn)直流電流開

斷，而不像混合式直流斷路器依靠可關(guān)斷電力電子器

件開斷直流電流。因此廠家原有設(shè)計(jì)方案中采用了可

控開通、不能可控關(guān)斷的半控型器件晶閘管作為核心

器件。但他通過分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)，機(jī)械式直流斷路器拓

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 83

Features

風(fēng)采

撲中的儲(chǔ)能電容器會(huì)與柔直電網(wǎng)中的限流電抗器等感

性元件發(fā)生諧振，產(chǎn)生拖尾電流，晶閘管無法將其開斷，

會(huì)導(dǎo)致直流斷路器分閘失敗，進(jìn)而可能引起換流閥閉

鎖停運(yùn)、柔直電網(wǎng)故障擴(kuò)大等嚴(yán)重后果。由此他向設(shè)

備廠家提出了機(jī)械式直流斷路器必須增加拖尾電流開

斷功能的技術(shù)要求。雖然設(shè)備廠家對(duì)整個(gè)柔直電網(wǎng)系

統(tǒng)級(jí)的運(yùn)行特性不熟悉，加之對(duì)新設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)

不足，未能發(fā)現(xiàn)此問題，但在了解上述問題和整改要

求后給予了高度重視，提出了基于可控開通和關(guān)斷的

全控性器件的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，并通過了設(shè)計(jì)評(píng)審和工

程驗(yàn)證，從而避免了相關(guān)隱患。魏爭(zhēng)在直流斷路器設(shè)

備設(shè)計(jì)研發(fā)質(zhì)量管控中體現(xiàn)出的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)和專業(yè)能力，

得到了業(yè)主單位等各方的充分肯定。

在張北工程直流斷路器生產(chǎn)制造關(guān)鍵階段，根據(jù)

公司部署，魏爭(zhēng)牽頭承擔(dān)了直流斷路器可靠性提升專

題研究工作，分析對(duì)不同技術(shù)路線斷路器產(chǎn)品的典型

故障機(jī)理，深挖設(shè)備質(zhì)量隱患和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，解決了快速

機(jī)械開關(guān)參數(shù)一致性、本體控制保護(hù)系統(tǒng)功能架構(gòu)優(yōu)

化等重大技術(shù)難點(diǎn)問題，形成直流斷路器可靠性提升

技術(shù)指導(dǎo)文件 10 余項(xiàng)，為直流斷路器生產(chǎn)過程的質(zhì)量

控制提供了核心保障。

魏爭(zhēng)還參與了直流斷路器試驗(yàn)方案研究。直流斷

路器內(nèi)部集成了快速機(jī)械開關(guān)、電力電子開關(guān)、大容

量避雷器、供能系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)等先

進(jìn)設(shè)備。這些設(shè)備技術(shù)參數(shù)要求高，且在直流斷路器

中的運(yùn)行工況與其在常規(guī)輸變電工程中的應(yīng)用不同，

不能直接借鑒已有試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。他深入研究每種設(shè)備的

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合設(shè)備在柔直電網(wǎng)和直流斷路器

應(yīng)用場(chǎng)景下的特殊要求，針對(duì)各設(shè)備逐一開展試驗(yàn)方

案研究。在試驗(yàn)方案制定過程中，他與每種設(shè)備的制

造廠家和業(yè)內(nèi)專家充分開展調(diào)研交流，由于時(shí)間緊、

任務(wù)重，為盡快完成方案制定，在多次方案討論會(huì)后，

他依舊留在會(huì)場(chǎng)，與相關(guān)技術(shù)人員交流討論到深夜。

功夫不負(fù)有心人，最終世界首批 500 kV 直流斷路器試

驗(yàn)規(guī)范編制完成，首次構(gòu)建了涵蓋原材料、組部件、

整機(jī)3個(gè)層級(jí)的直流斷路器型式、例行、交接試驗(yàn)體系，

填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域空白，并為后續(xù)其他新型電力電子裝

備試驗(yàn)方案的制定提供了模板和范本。在此基礎(chǔ)上，

魏爭(zhēng)又牽頭開展直流斷路器運(yùn)維檢修方案優(yōu)化工作，

圍繞直流斷路器質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)和管控要點(diǎn)，完成直流

斷路器例行和專項(xiàng)檢修方案制定，現(xiàn)已成為工程實(shí)施

必備的技術(shù)手段。

魏爭(zhēng)表示，自己有幸親歷了我國(guó)首批 500 kV 直流

斷路器設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、運(yùn)行全過程，通過牽頭制

定設(shè)備技術(shù)規(guī)范、試驗(yàn)規(guī)范、可靠性提升技術(shù)文件和

運(yùn)維檢修方案，助力構(gòu)建直流斷路器全過程質(zhì)量管控

體系，為設(shè)備成功研制和直流電網(wǎng)建設(shè)貢獻(xiàn)了自己的

力量，在感到無比光榮的同時(shí)，也深感到作為一名設(shè)

備監(jiān)理工作者所擔(dān)負(fù)的重要責(zé)任與使命。

3 護(hù)航特高壓新設(shè)備研制，助力輸電技術(shù)

持續(xù)引領(lǐng)

2021 年 ，網(wǎng) 聯(lián) 公 司 承 擔(dān) 了 白 鶴 灘 — 江 蘇

±800 kV 特高壓直流輸電工程（以下簡(jiǎn)稱白江工程）

用世界首臺(tái) 400 kV 直流可控自恢復(fù)消能裝置監(jiān)造任

務(wù)。白江工程創(chuàng)造性采用特高壓混合級(jí)聯(lián)直流輸電技

術(shù)，兼具了常規(guī)直流和柔性直流輸電的優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)

在舟山多端柔直、廈門大容量柔直、渝鄂背靠背柔直

聯(lián)網(wǎng)、張北柔直電網(wǎng)、如東海上柔直等一系列直流輸

電技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基礎(chǔ)上的又一次技術(shù)升級(jí)探索。

可控自恢復(fù)消能裝置能夠在毫秒級(jí)快速吸收直流

系統(tǒng)故障后產(chǎn)生的盈余功率，避免換流閥等核心設(shè)備

受到?jīng)_擊而損壞，是混合級(jí)聯(lián)直流輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵核

心設(shè)備，是工程安全可靠性運(yùn)行的重要保障。魏爭(zhēng)作

為該工程設(shè)備監(jiān)造項(xiàng)目經(jīng)理，牽頭國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院高水平、

專業(yè)化的監(jiān)造技術(shù)團(tuán)隊(duì)，與各制造單位高效協(xié)作，突

破了數(shù)十項(xiàng)可控自恢復(fù)消能裝置工業(yè)化過程中面臨的

可靠性難題，實(shí)現(xiàn)了該設(shè)備生產(chǎn)、試驗(yàn)的全過程精準(zhǔn)

管控和全方位技術(shù)支撐，保障了設(shè)備的成功研制。

白江工程 400 kV 直流可控自恢復(fù)消能裝置包含

“晶閘管開關(guān)”“間隙開關(guān)”2 種技術(shù)路線，其合閘

時(shí)間小于 1 ms、關(guān)合電流達(dá) 88 kA、單次吸收能量

300 MJ 以上，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均為世界之最，結(jié)構(gòu)原理

復(fù)雜，制造質(zhì)量和精度要求嚴(yán)苛，面臨較多亟待解決

的可靠性問題。在國(guó)網(wǎng)公司統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)與支持下，魏爭(zhēng)

組織攻關(guān)團(tuán)隊(duì)牽頭開展可控自恢復(fù)消能裝置可靠性提

升技術(shù)研究，充分調(diào)研同類設(shè)備典型故障案例，組織

召開方案研討、問題分析等會(huì)議 10 余次，針對(duì)產(chǎn)品設(shè)

計(jì)和工藝細(xì)節(jié)開展深入討論和迭代優(yōu)化。圍繞一次回

路關(guān)鍵組部件、供能系統(tǒng)、高電位板卡、控制保護(hù)裝置、

型式及例行試驗(yàn)、特殊試驗(yàn)等方面進(jìn)行可靠性提升專

題研究，提出了設(shè)備可靠性提升質(zhì)量管控要點(diǎn) 111 項(xiàng)，

編制作業(yè)卡 33 份并逐項(xiàng)排查落實(shí)，有效保證了創(chuàng)新設(shè)

84 2023.02 設(shè)備監(jiān)理

Features

風(fēng)采

備本質(zhì)安全，為可控自恢復(fù)消能裝置順利通過型式試

驗(yàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2021 年 10月，就在大家準(zhǔn)備慶祝設(shè)備研制成功時(shí)，

可控自恢復(fù)消能裝置的核心組部件——快速機(jī)械開關(guān)

在測(cè)試過程中連續(xù)出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)和通訊異常等故障，

給所有參與設(shè)備研制的技術(shù)人員潑了一頭冷水。那時(shí)正

值國(guó)慶假期，兼受疫情影響，相關(guān)技術(shù)人員和試驗(yàn)設(shè)備、

場(chǎng)地的組織調(diào)度異常困難，使得問題排查和設(shè)備研制幾

乎陷入停滯。就在各方一籌莫展之時(shí)，魏爭(zhēng)牽頭相關(guān)技

術(shù)人員和各級(jí)制造商組成臨時(shí)工作組，充分利用現(xiàn)場(chǎng)有

限的人力、物力資源，結(jié)合線上、線下溝通手段，從頭開

始，對(duì)設(shè)計(jì)文件、試驗(yàn)過程、故障波形逐一進(jìn)行排查，

抽絲剝繭，反復(fù)進(jìn)行故障排查。經(jīng)過工作組不懈努力，通

過反復(fù)計(jì)算、仿真和分析，終于發(fā)現(xiàn)快速機(jī)械開關(guān)控制

系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)存在重大缺陷，立即組織相關(guān)人員

技術(shù)攻關(guān)，連夜加班加點(diǎn)解決電磁兼容問題，一舉突破

影響設(shè)備研制的關(guān)鍵瓶頸。

在可控自恢復(fù)消能裝置研制過程中，魏爭(zhēng)扎根生

產(chǎn)試驗(yàn)一線，連續(xù)數(shù)周全程無休地牽頭開展各項(xiàng)監(jiān)造

（上接第 57 頁）

狀態(tài)得不到有效驗(yàn)證。對(duì)于一些采用轎門門鎖作為開

門限制裝置的，轎廂與面對(duì)轎廂入口井道壁的距離不

受限制，而僅采用防扒鉤作為開門限制的仍需滿足不

大于 0.15 m 的要求，若短接轎門鎖緊觸點(diǎn)，將導(dǎo)致門

的鎖緊得不到有效驗(yàn)證，還間接使得轎廂與面對(duì)轎廂

入口井道壁的距離受限。還有驗(yàn)證門扇關(guān)閉到位的電

氣安全觸點(diǎn)若被短接，則存在更大的安全隱患。

顯然，市面上常見的門回路檢測(cè)功能還有較大的

提升空間，只有采用可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的門回

路檢測(cè)功能才是最安全的，可以監(jiān)控到每一個(gè)門鎖觸

點(diǎn)。這對(duì)于電梯生產(chǎn)廠家來說從設(shè)計(jì)到研發(fā)、制造等

各環(huán)節(jié)肯定會(huì)增加成本。盡管如此，有極少數(shù)廠家已

經(jīng)使用先進(jìn)的可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng) PESSRAL 來

實(shí)現(xiàn)門回路檢測(cè)功能，基于可編程電子裝置的系統(tǒng)可

以用于 GB 7588—2003（含第 1 號(hào)修改單）中附錄 A1

表中的電氣安全裝置的檢測(cè)，表 A1 包含層門的鎖緊、

層門的閉合位置、轎門的閉合位置、轎門的鎖緊等電

氣安全裝置，PESSRAL 技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，運(yùn)用強(qiáng)

大的邏輯編程功能代替復(fù)雜的接線系統(tǒng)，在滿足型式

試驗(yàn)電梯最低安全完整性等級(jí)的基礎(chǔ)上對(duì)上述電氣安

全裝置進(jìn)行監(jiān)控，任意一個(gè)門回路中的電氣觸點(diǎn)的短

接均能被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，更加貼合檢規(guī)的要求 [3]。

7 結(jié)束語

門回路檢測(cè)功能可以有效防止開門走梯，避免人

員被剪切或墜落事故的發(fā)生，該功能的有效性可以消

除人們對(duì)“電梯吃人”現(xiàn)象的擔(dān)憂，極大地提高人們

對(duì)電梯這種交通工具的信心。因此，各檢驗(yàn)員應(yīng)當(dāng)熟

練掌握規(guī)范要求、工作原理以及檢驗(yàn)方法，尤其是注

意帶轎門機(jī)械鎖或多轎門工況下的門回路檢測(cè)原理圖，

注意類似圖 2 和圖 3 這種原理圖使用工況的局限性。

要始終確保電梯不帶“病”運(yùn)行，減少安全事故的發(fā)生，

讓特種設(shè)備更安全地服務(wù)于民、造福于民。

參考文獻(xiàn)

[1] TSG T7001—2009 電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)

則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯 [S].

[2] GB 7588—2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范 [S].

[3] 黃奶秋 , 宋萌萌 ,肖順根 .電梯門回路檢測(cè)功能

檢驗(yàn) [J].閩南師范大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )，2022，

35(01) ：63-67.

工作。遇到“卡脖子”問題，深夜組織召開問題分析

會(huì)更是家常便飯，在監(jiān)造過程中發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備重要

質(zhì)量問題 19 項(xiàng)，有效保證了設(shè)備制造工藝和制造精度。

同時(shí)，完成整機(jī)和組部件型式試驗(yàn)項(xiàng)目全過程見證，

對(duì)試驗(yàn)方法、結(jié)果及進(jìn)度進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督和把關(guān)，保證

試驗(yàn)考核的有效性，確保了世界首臺(tái)套 400 kV 直流可

控自恢復(fù)消能裝置成功研制，為白江工程建設(shè)和新能

源特高壓外送體系構(gòu)建做出了重要貢獻(xiàn)。由魏爭(zhēng)牽頭

的國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院設(shè)備監(jiān)造團(tuán)隊(duì)也贏得了各方的贊譽(yù)，樹

立了團(tuán)隊(duì)技術(shù)過硬、能力超強(qiáng)的良好形象。

為適應(yīng)能源變革需求，直流輸電技術(shù)不斷發(fā)展、

應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展，未來必將涌現(xiàn)出更多的新技術(shù)、

新設(shè)備、新材料。魏爭(zhēng)和他所在的網(wǎng)聯(lián)公司直流輸電

裝備監(jiān)造團(tuán)隊(duì)，將繼續(xù)立足于服務(wù)國(guó)家和國(guó)網(wǎng)公司的

發(fā)展戰(zhàn)略，堅(jiān)持新發(fā)展理念，充分發(fā)揮設(shè)備技術(shù)咨詢

和監(jiān)造獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提前謀劃，扎實(shí)抓好特高壓核

心技術(shù)裝備的質(zhì)量提升工作，為新設(shè)備研制保駕護(hù)航，

全面支撐新型電力系統(tǒng)構(gòu)建和輸電技術(shù)升級(jí)，為新能

源的消納貢獻(xiàn)力量。

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