电封闭试验台（共4篇）
电封闭试验台 篇1
摘要：文章介绍了一种汽车变速器在线检测试验台, 该试验台采用了公共直流母线电封闭式的系统结构, 相比较开放式试验台、机械封闭式试验台等其他形式的试验台, 具有结构简单、加载灵活、能量利用率高等优点。试验台系统中采用3台交流伺服电机分别对变速器进行驱动和加载, 模拟车辆实际运行情况下变速器的工况。试验台控制系统采用以西门子S7-1500系列CPU 1513-1 PN型PLC作为主控制器, 以西门子ET 200pro作为分布式I/O控制器, 以西门子SINAMICS S120系列伺服控制器作为电机控制器, 构建基于PROFINET工业以太网的控制系统。
关键词：变速器试验台,公共直流母线,电封闭,交流多传动
0 引言
汽车变速器是汽车传动系统的重要组成部分, 变速器以其传动比固定, 传动力矩大, 结构紧凑等优点, 使之成为汽车的关键性传动部件之一, 其操作性、传动性和安全性的好坏直接影响到汽车整车的动力性、燃油经济性及驾驶舒适性等方面的性能。因此汽车变速器在总装完成后必须进行严格的、全面的性能检测。以往变速器的性能检测多采用无负荷运转换挡或静态换挡, 由操作人员凭听觉判断是否出现异常噪声等现象, 并以此作为判断变速器好坏的依据, 这不仅不能暴露某些产品的潜在问题, 容易将不合格产品当作合格产品, 而且在故障判断方面存在很大的主观性和不确定性。随着我国汽车产业的快速发展, 变速器产品更新换代的速度越来越快, 其性能检测的要求也越来越高, 变速器生产厂商对变速器的检测手段和检测设备提出了更高的要求。
变速器试验台的种类很多, 有开放式试验台和封闭式试验台、在线试验台和离线试验台、加载试验台和空载试验台等。本试验台采用的是电封闭式在线加载试验台。试验台采用了公共直流母线电封闭式的总体结构, 利用高性能的交流伺服调速技术以及高速的PROFINET工业以太网通讯技术等, 使得整个系统不仅结构简单紧凑, 加载灵活, 精度可靠, 而且电能利用率高。该变速器试验台的使用大大提高了变速器性能检测的可靠性和自动化水平, 从而保证了变速器产品的出厂质量。
1 公共直流母线系统原理
公共直流母线技术是在交流多传动系统中, 采用单独的整流/回馈装置为系统提供一定功率的直流电压, 调速用逆变器直接挂在公共直流母线上。当系统工作在电动状态时, 逆变器从直流母线上获取电能;当系统工作在发电状态时, 能量通过直流母线及回馈装置直接回馈到电网, 以达到节能、提高设备运行可靠性、减少设备维护量。通常情况下, 整流单元或者整流回馈单元的容量比所供电的电机或逆变器的全线交流电机容量之和小。完整的公共直流母线供电系统包括:整流变压器、进线开关、进线接触器、电抗器、自偶变压器、进线快熔、整流回馈单元、逆变器、电机等。公共直流母线系统基本结构如图1所示。
整流/回馈单元把交流电转换为稳定的直流电, 即便在逆变器能量回馈到直流母线上时, 直流电压在规定的范围内仍保持恒定。这种交-直整流电源有3类:不可控整流电源、晶闸管整流/回馈电源及IGBT整流/回馈电源, 中低压变频领域中IGBT整流/回馈电源已经得到了广泛的应用。IGBT整流/回馈电源由IGBT桥和交流进线电抗构成, 采用PWM控制, 具有双向功率流、正弦波网侧电流、功率因数超前/滞后可调 (可为1) 、电网异常降低时关断全部开关器件等性能。逆变单元把电压稳定的直流电源转化为电压、频率可调的交流电源, 以满足电机平滑调速的目的, 逆变单元一般采用IGBT功率模块。
2 变速器试验台的结构原理
变速器试验台采用公共直流母线电封闭的结构形式, 相比较传统的开放式试验台和的机械封闭式试验台具有能量利用率高、结构简单、加载灵活等特点。试验台结构原理如图2所示。
经过滤波、稳压、去噪等处理后的交流电经整流/回馈单元转换为直流电, 输送到内部公共直流母线上, 驱动电机和两个加载电机通过电机驱动器连接到直流母线上, 驱动电机和加载电机通过减速箱、扭矩传感器、离合器等连接到变速器上, 从而形成能量流的闭环。系统中的数据信息通过通信网络传送到主控制器中。试验台对变速器进行正拖加载 (即模拟车辆行驶中发动机驱动情况下变速器的工况) 测试时, 驱动电机模拟发动机作为动力源驱动变速器, 两个加载电机分别在变速器的两个输出端加载一定的负载扭矩, 此时驱动电机作为电动机通过电机驱动器从直流母线上吸收电能, 加载电机作为发电机通过电机驱动器向直流母线上回馈电能, 回馈的电能可以被系统内部利用, 电能在系统内部形成了闭环, 系统只需从外部补充少量电能以补充系统内部损耗的电能。变速器的反拖加载 (即模拟车辆行驶中发动机制动情况下变速器的工况) 测试的情况与正拖加载类似, 此时两个加载电机作为动力源驱动变速器, 驱动电机在变速器输入端加载一定的负载扭矩, 加载电机作为电动机从母线上吸收电能, 驱动电机作为发电机向母线上回馈电能, 电能在系统内部形成闭环。当所有电机制动停机时, 电机回馈到直流母线上的电能通过整流/回馈单元回馈到电网中, 且对电网几乎没有的影响。因此, 直流母线电封闭式的变速器试验台具有很高的电能利用率, 符合节能环保、绿色生产的理念。
3 变速器试验台工艺过程分析
变速器试验台为在线检测试验台, 可对同系列的多种不同型号变速器进行产品下线前的性能检测, 变速器的上线、型号识别、装夹、加载试验、信息记录、卸夹、下线等过程动作都是全自动完成。变速器的总装完成后由装配线搬运到试验环线上, 变速器型号等相关信息会记录在变速器所在托盘的RFID中, 实验前通过读取RFID中的信息可以确定变速器的型号, 进而确定接下来的性能检测试验的试验参数, 如:试验加载扭矩、试验转速、理论速比等。变速器随着线体运送到试验台上后, 试验台对其进行自动装夹, 并完成变速器输入输出轴与试验台的驱动轴和加载轴自动对接, 完成后, 向变速器内注入润滑油后准备进行性能检测试验, 根据变速器型号确定的试验参数进行预设的各项试验, 如:速比检测试验、开关检测试验、噪声检测实验、换挡性能检测试验等, 试验的结果自动记录, 试验完成后, 排除变速器中的润滑油, 试验台对变速器自动脱开连接, 并自动卸夹, 变速器离开试验台之前, 试验台通过RFID将试验结果记录在RFID中, 为后续的处理提供信息依据, 记录结果后, 变速器随托盘离开试验台进入试验环线, 变速器性能检测试验基本流程如图3所示。
4 变速器试验台控制系统设计
4.1 控制系统硬件设计
变速器试验台控制系统的硬件主要包括PLC、上位机、HMI触摸屏、分布式I/O、交流多传动伺服驱动单元和RFID等, 控制系统硬件结构如图4所示。
控制系统主控制器采用西门子SIMATIC S7-1500系列CPU 1513-1 PN型PLC, SIMATIC S7-1500是对SIMATIC S7-300和S7-400进行进一步开发的自动化系统, 通过集成大量的新性能特性, S7-1500自动化系统具有卓越的用户可操作性和极高的性能。CPU 1513-1PN中央处理单元带有小型显示器, 具有一个带有两个端口的PROFINET接口, 支持PROFINET IO和等时同步实时IRT, 可以在接口上组态PROFINET IO通信或实时设置, 变速器试验台系统中的分布式I/O和伺服驱动系统都是通过PROFINET IO与CPU 1513-1 PN进行通信。SIMATIC S7-1500采用模块化的设计, 所需的功能可以通过扩展功能模块获取, CPU 1513-1 PN可以扩展32个模块, 根据系统对数字量I/O的需要, 分别扩展了DI32*24VDC和DO 32*24VDC的数字量输入/输出模块。
分布式I/O系统可以采集和控制变速器试验台系统中远离控制柜的控制信息, 方便现场布线, 减少长距离布线造成的信号干扰。试验台控制系统中采用西门子SIMATIC ET 200pro分布式I/O系统, ET 200pro是具有IP66防护等级的模块化分布式I/O系统, 适合在恶劣的工业环境中使用, 通过扩展模块可以灵活的增加系统的功能, 最多可扩展16个模块, ET 200pro通过PROFINET IO与CPU 1513-1 PN通信, 通信传输速率为100Mbps。试验台系统中的液压控制信号、气动控制信号、扭矩传感器模拟量信号等都需要连接到ET 200pro中, 根据系统特点, 扩展的模块有:1个IM 154-4 PROFINET IO接口模块, 2个DI 16*24VDC数字量输入模块, 3个DO8*24VDC数字量输出模块和1个4 AI I模拟量输入模块。
传动控制系统采用的是西门子SINAMICS S120DC-AC多轴驱动系统, 中心控制单元为CU320模块, 带扩展性能卡的CU320可以驱动6个伺服轴或4个适量轴, 8个V/F轴。整流/回馈单元采用ALM电源模块, 整流和回馈均为IGBT, 母线电压可控, 电网电压在允许范围内的波动不会影响到电机侧, 在电网和ALM电源模块之间必须安装与其功率对应的AIM模块, AIM模块包含一个电抗器、电源净化滤波器和基本的干扰抑制器。两个加载电机共用一个双轴电机模块, 驱动电机单独使用一个单轴电机模块, 电机选用1PH7交流异步伺服系列电机。CU320控制单元与ALM电源模块、电机模块之间使用DRIVE-CLIQ连接, 电机编码器使用DRIVE-CLIQ连接到电机模块, CU320控制单元通过PROFINET接口连接到CPU 1513-1 PN的PROFINET网络。
上位机采用研华工控机, 与CPU 1513-1 PN通过PROFINET网络通信, 上位机上运行Win CC过程监控系统, 用于监控变速器试验台系统状态, 设置相关试验参数, 记录并保存试验数据等。HMI触摸屏采用西门子SIMATIC MULTIPANEL系列触摸屏, CPU 1513-1 PN通过PROFINET网络将变速器试验台系统状态和控制信息传送到触摸屏中, 通过触摸屏可以直观的查看试验台的相关工作状态, 并可以在触摸屏中设置相关的试验台的操作命令按钮, 操作人员通过操作触摸屏就可以将操作命令传送到CPU 1513-1 PN中, 从而控制试验台的动作。HMI为用户和系统提供了良好的交互, 使操作人员能直观的操作和监测内部系统。
R F I D射频识别技术在工厂自动化系统中应用广泛, 用于追踪产品数据信息和生产过程, 试验台系统中利用RFID识别变速器型号, 记录试验结果。RFID采用倍加福产品, 通过CC-Link接口可以连接到各类现场总线系统网络中, 试验台系统中将RFID连接到控制系统的PROFINET网络上, 与主控制系统CPU 1513-1 PN进行通信。
4.2 控制系统软件设计
变速器试验台控制系统软件设计包括四大部分:PLC程序设计、伺服控制系统参数设定、上位机Win CC程序设计和HMI程序设计。
4.2.1 PLC程序设计
PLC程序按控制方式又可分为两类:手动控制程序和自动控制程序。手动控制程序主要用于安装调试以及后期的维护工作, 其操作指令主要来自HMI触摸屏上的按钮和操作按钮, 试验台的各种动作在有安全互锁保护的情况下可以单步独立执行。自动控制程序可以控制试验台自动完成变速器试验的各项任务, 程序根据外部采集的各种信息, 按一定的顺序执行任务, 并在系统发生一定的异常情况时, 发出报警信号和执行相应的安全保护措施, 试验台的运行状态信息会实时的上传到上位机和HMI触摸屏上显示并记录相关系统状态数据, 变速器试验台自动控制程序流程图如图5所示。
4.2.2 SINAMICS S120控制系统设置
SINAMICS S120驱动控制系统必须根据项目实际配置在驱动控制系统中进行硬件组态和驱动参数的设置, 可以使用西门子Starter调试软件完成。安装Starter调试软件的电脑使用网线连接到CU320的PROFINET端口上, 设置好电脑的PG/PC接口, 调试电脑就可以与CU320通信了, 试验台的伺服驱动系统采用的都是西门子的产品, 且各驱动部件都是使用DRIVE-CLIQ实现通信连接, 因此可以使用自动读取驱动装置的方式完成硬件组态, 硬件组态完成后还需要对各驱动轴优化配置, 具体方法和过程可参阅SINAMICS S120调试手册。
4.2.3 上位机Win CC程序设计
SIMATIC Win CC是一套过程监控系统, 具有良好的开放性和灵活性, 用来处理生产和过程自动化, 它提供了适用于工业的图形显示、信息归档以及报表的功能模块。上位机Win CC监控系统主要实现了用户管理、变速器型号管理、工艺参数管理、数据采集与显示、试验台状态信息管理、测试数据管理等功能。试验台Win CC监控系统程序功能结构如图6所示, 试验台Win CC程序画面如图7所示。
4.2.4 HMI程序设计
HMI程序由多个画面组成, 可分为主画面、设备状态、驱动控制、手动模式、参数设置和报警记录画面, HMI程序画面如图8所示。
5 结束语
公共直流母线电封闭式变速器试验台相比其他形式的试验台具有系统结构简单、试验加载灵活、能量利用率高等优点, 试验台控制系统采用以西门子S7-1500型PLC作为主控制器, 以西门子ET 200pro作为分布式I/O控制器, 以西门子SINAMICS S120系列伺服控制器作为电机控制器, 构建基于PROFINET工业以太网的控制系统。
目前该变速器试验台已在生产现场安全运行一年多, 成功检测变速器数十万台, 提高了变速器装配生产线的自动化程度和生产效率, 保证了变速器的出厂质量, 提升了产品的市场竞争力, 为企业创造了很好的经济效益。
参考文献
[1]林巨广, 魏义, 丁苏赤, 杨洪彬.汽车变速器在线加载试验台控制系统设计[J].组合机床与自动化加工技术, 2008, (1) :68-70, 75.
[2]周晓军, 刘洪亮, 胡康.Win CC及S7-300在电封闭交流传动测试台中的应用[J].控制工程, 2010, 17 (5) :655-657.
[3]郁林聪, 吴达.基于SINAMICS S120的变速器试验台加载控制系统设计[J].制造业自动化, 2010, 32 (10) :219-220.
[4]谷曼.汽车变速器试验台加载技术的研究[J].机械设计与制造, 2009, (11) :162-163.
[5]谢峰, 盛军, 刘波, 林巨广.汽车变速器在线加载试验台可变加载装置的研究[J].组合机床与自动化加工技术, 2007, (7) :46-49.
[6]曹振新, 朱云龙, 赵明扬, 尹朝万, 李富明.混流装配线负荷平衡与投产排序的优化研究[J].信息与控制, 2004, 33 (6) :660-664.
[7]孟彦京.公共直流母线技术在纸机交流变频传动中的应用[J].中国造纸, 2005, 24 (7) :45-47.
[8]西门子 (中国) 有限公司.运动控制系统产品目录[Z].
[9]西门子 (中国) 有限公司.SINAMICS S120调试手册[Z].
[10]西门子 (中国) 有限公司.SIMATIC S7-1500自动化系统[Z].
[11]西门子 (中国) 有限公司.S120公共直流母线传动系统智能进线整流系统的配置指导[Z].
[12]西门子 (中国) 有限公司.SIMATIC ET 200pro分布式I/O系统操作说明[Z].
汽车传动带电封闭性能试验台设计 篇2
关键词：汽车同步带,传动性能试验,结构设计
0 引言
汽车传动带具有结构简单安装方便、无需润滑、噪声小、价格低等优点,汽车同步带应用于汽车发动机的正时传动,保证凸轮轴和曲轴的相位关系,控制气门的开启,如图1所示。汽车V带或汽车多楔带应用于发动机辅助传动系统,主要为水泵、空压机、转向泵和发电机等传递运动和动力,如图2所示。汽车同步带传动要求保证稳定的传动比、使用寿命和低噪声,同样汽车V带和汽车多楔带传动也要求满足使用寿命和低噪声。因此德国、美国等发达国家的汽车传动带制造企业通过最大限度地延长凸轮轴传动同步带的使用寿命来保证汽车发动机的工作性能,通过采用HNBR材料来提高汽车传动带的产品质量,目前在一般行驶条件下HNBR同步带的工作寿命可达10万~15万km。现代汽车对同步带的要求是:使用寿命达25万~30万km;使用温度-35℃~150℃,瞬时高温可达175℃;耐油性≥CR;150℃下台架寿命可达3000h。
为评价汽车传动带的使用寿命ISO1995年制定了“ISO10917同步带传动-汽车同步带与带轮疲劳试验方法”,1995年ISO制定了“ISO11749带传动汽车工业用多楔带疲劳试验”2003年ISO制定了“ISO5287带传动汽车工业用窄V带疲劳试验”,2000年我国制定了“GB/T 18183汽车同步带疲劳试验方法”,规定了汽车同步带两轮和三轮疲劳寿命试验方法和试验参数,2008年我国制定了“GB/T11545带传动汽车工业用V带疲劳试验方法”和“GB13552汽车工业用多楔带疲劳试验”。目前ISO标准和GB标准的汽车同步带疲劳试验方法中给出的轮系布置如图3(a)所示,汽车V带和汽车多楔带疲劳试验方法中给出的轮系布置如图1(b)所示[1~3]。
国内外汽车传动带疲劳寿命试验台的工作方式分为开式和封闭式,开式试验方式一般采用风扇、水轮机、电力测功机等耗能装置来模拟传动带的负载,由于疲劳寿命试验时间都大于80h,试验台耗电量大,试验成本高,目前基本不采用开式试验方式进行试验。封闭式试验方式因有能量回馈环节使耗电量小,分为机械封闭式和电封闭式两种封闭方式,机械封闭式通常采用滑差离合器或V带传动给被试验带施加负载,由于施加负载过程中的传动比不稳定导致被试带的负载在一定范围内变化,试验结果与汽车带的实际工况下使用寿命存在较大差异[4,5]。
1 试验台整体结构设计
根据国家标准,国内相关企业分别研制了机械封闭式汽车同步带疲劳寿命试验台和汽车V带疲劳寿命试验台,按标准要求可以输入负载扭矩、转速、张紧力进行试验,由于不实时记录传动比、滑差、传动功率和扭矩等试验参数,对试验后的被试带达不到规定运行时间的分析缺乏依据。本文基于降低汽车传动带疲劳寿命试验机的制造成本,并兼顾被试带进行疲劳试验过程中带传动性能的分析功能,提出了如图4所示的可实现汽车同步带和汽车V带、多楔带疲劳试验和传动性能测量要求的组合式电封闭综合性能试验台结构。实现了在进行被试带疲劳试验的过程中通过实时记录传动比、滑差、传动功率和扭矩参数,为被试带的疲劳损伤和传动性能分析提供了依据。
试验台主、从动轴系分别安装在主动滑板和从动滑板上,主、从动滑板通过丝杠调节相对位置适应不同的被试带的中心距,在试验台上通过调节各张紧轴系的位置可以进行不同类型带的试验。进行汽车同步带三轮试验时,将汽车同步带三轮张紧轮系沿导轨移动到试验台前端,V带三轮张紧轮系沿滑移导轨移动到试验台后端,并锁紧固定张紧轮系位置。由于张紧力大小影响带的传动性能和使用寿命,为保证张紧力施加准确,该试验台采用步进电机驱动丝杠带动张紧轮系沿导轨方向运动对被试带施加张紧力,张紧力大小由力传感器进行监控,当达到要求的张紧力后通过锁紧装置固定张紧轮系位置。根据标准传动带性能试验要求最高转速为6000rpm,需要连续运行80h,为保证高速轴系轴承的使用寿命,设计了的循环油润滑装置对各高速轴系进行润滑和冷却,并设计了径向迷宫密封与环形沟槽密封组合的密封结构,防止高速轴系润滑油液泄露。
2 控制系统
试验台的转速、负载的准确性直接影响带传动性能的评价,需要对主动轴系的回转速度和从动轴系的负载进行闭环控制,本文采用三肯变频器控制主动轴转速,并与工业计算机和自制数据采集卡(四路16位A/D,四路16位D/A,8路I/O)、转速传感器共同组成主动轴系转速闭环控制系统,转速控制精度为±0.1%FS;从动轴负载控制系统采用ABB四象限变频控制器控制负载轴输出扭矩,并与工控机和数据采集卡、扭矩传感器共同组成扭矩闭环控制系统,负载扭矩控制精度为±0.5%FS,转速和扭矩通过数据采集卡实时传送给工控机,控制原理图如图5所示。采用VB设计虚拟面板VC编写动态链接库的方法设计了传动性能试验台控制界面,试验过程中能实时采集主从动轴的转速、扭矩和环境箱温度等试验数据,并通过RS485串联通讯口将电气控制回路的输入电流、电压、功率和负载回路消耗的电流、电压、功率进行实时监控,试验台控制系统操作界面如图6所示。
1.从动滑板丝杠;2.从动滑板;3.负载电机;4.从动轴系;5.扭矩传感器;6.转速传感器; 7.V带张紧轴系;8.张紧力传感器;9.步进电机;10.配油座;11.滑移导轨;12.主动轴系;13.扭矩传感器;14.转速传感器;15.主动滑板;16.主动电机;17.主动滑板丝杠;18.步进电机;19.滑移导轨;20.锁紧机构;21.张紧力传感器;22.同步带张紧轴系;23.底座
3 汽车同步带传动性能试验
在研制的多功能传动性能试验台上进行了ZA型汽车同步带传动性能试验,如图7所示,设置主动轴转速为6000r/min;从动轴负载扭矩为16Nm;高温箱试验温度为150℃,经过80小时的疲劳寿命试验,试验台节电量大于70%,被试验的汽车同步带仍能正常使用,满足设计使用寿命,试验过程中主从动轮转速曲线如图8所示,实验负载扭矩变化曲线如图9所示,主动轮最高转速为6017rpm,最低转速为5995rpm,从动轮最高转速为6014rpm,最低转速为5992rpm。主动轮最高试验扭矩为16.5Nm,最低试验扭矩为16.2Nm,从动轮最高试验扭矩为16Nm,最低试验扭矩为16.2Nm。转速变化范围在0.5%以内,负载扭矩变化在5%以内,满足了汽车带传动性能要求。由于在高温试验时高温箱内的温度通过轴传导到轴承座内,使轴系的温度升高,降低轴承润滑油的黏度,增加轴承的磨损,影响轴系的正常工作。本文采用非接触式红外测温仪实时测量了轴系轴端温度变化曲线如图10所示,其中同步带张紧轴系温度为73.4℃~79.5℃,主动轴系温度为40℃~50.8℃,负载轴系最高温度为41.4℃~51.9℃,表明设计的轴系循环油润滑装置可以保障高速轴稳定工作。
4 结论
1 ) 本文按照G B标准规定 的汽车传 动带疲劳试 验方法要 求 , 研制了多 功能电封 闭带传动 综合性能试 验台 , 其主要性 能参数 : 主动轮转 速为 :300rpm~6200rpm±2%,负载功率18.5KW;高温箱温度:0~150℃±5℃,电封闭节电量率大于70%,被试带传动中心距:400m~1300m。
2)在研制带传动性能试验台上进行了80小时的ZA汽车同步带传动性能试验,通过试验台主、从动轴系上转速和扭矩的实时监测了汽车同步带的主从动轮转速、传动负载和张紧轴系温度,转速变化范围在0.5%以内,负载变化范围在5%以内,满足了汽车带传动性能检测的试验要求。
参考文献
[1]Masanori Kagotani,Hiroyuki Ueda,Factors Affecting Transmission Error in Helical Synchronous Belt With Error on Belt Side Face Under Bidirectional Operation[J].Transactions of the ASME,2010(08):071005.
[2]Masanori Kagotani,Hiroyuki Ueda,Transmission Error in Synchronous Belt With Resonance Under Installation Tension[J].Journal of Mechanical Design,2012.09(134)061003:1-12.
[3]闫传新,浅谈V带疲劳寿命试验机[J].特种橡胶制品,2001(22):28-31.
[4]李国栋.汽车同步带三轮疲劳寿命试验机的研制[J].橡胶工业,2003(50)109-112.
电封闭试验台 篇3
关键词：花生,杂草,药剂防除,防效
随着亭湖区花生种植面积的扩大, 花生田杂草的化学防除研究和应用推广日益必要。为此, 笔者根据亭湖区的生产特点对花生田杂草的化学防除进行了土壤封闭试验, 现总结如下。
1 材料与方法
1.1 供试药剂
36%恶草酮乙草胺乳油、50%乙草胺乳油、25%恶草酮乳油、40%扑乙乳油和50%扑草净可湿性粉剂, 均为市售。
1.2 试验设计
试验设12个处理, 处理1、2、3、4分别为36%恶草酮乙草胺乳油1 500mL/hm2、2 250mL/hm2、3 000mL/hm2、4 500mL/hm2;处理5为50%乙草胺乳油2 250mL/hm2;处理6为25%恶草酮乳油1 500mL/hm2;处理7、8、9、10分别为40%扑乙乳油2 250 mL/hm2、3 000mL/hm2、3 750mL/hm2、6 000mL/hm2;处理11为50%扑草净可湿性粉剂1.5kg/hm2;空白对照 (CK) 。小区面积20m2 (4m×5m) , 4次重复, 随机区组排列。
1.3 实施概况
试验安排在步凤镇一农户花生地, 土质为砂壤土, 肥力中等, 前茬小麦 (6月7日收割) 。试验地主要禾本科杂草有马唐、旱稗、牛筋草、千金子;阔叶类杂草有鲤肠、铁苋菜、苘麻、马齿苋, 尚有少量莎科草的香附子等。其中禾本科杂草高达1 550株/m2、阔叶类杂草100株/m2。6月9日撒施磷酸一铵 (市售) 150kg/hm2耕地, 6月10日耙地, 6月12日整地, 6月13日播种。供试花生品种为海花6号 (市售) , 每区10行 (行距40cm) , 株距19.8cm, 每穴2粒, 每区共250穴。6月17日用药, 对水量600kg/hm2, 均匀喷雾。
1.4 药效及安全性调查
1.4.1 药效调查。
各小区取3点, 每点0.25m2, 于药后20d、45d分类调查小区内主要单双子叶杂草的数量, 而后一次性加测杂草的鲜重, 计算各类杂草的株防效和鲜重防效。
1.4.2 安全性调查。
用药后观察花生的出苗情况, 是否有推迟出苗现象和明显的药害症状, 记录药害症状的发展和缓解过程。于6月29日每区3行调查各处理出苗率。通过对花生前期出苗、中期生长的观察记录药剂对花生的安全性。
2 结果与分析
2.1 药后20d株防效
由表1可知, 施药后20d各药剂处理对禾本科杂草的株防效均较高, 除50%扑草净处理株防效为84.6%, 其余各处理株防效均达97.6%以上, 剔除空白对照, 其余处理进行方差分析表明, 处理间差异达显著水平 (F=2.45>F0.05=2.13) ;进行新复极差测验显示, 扑草净处理株防效与其余各处理株防效达显著差异。施药后20d药剂处理对阔叶杂草的株防效在56.4%~88.0%, 进行方差分析表明, 处理间差异达显著水平 (F=2.83>F0.05=2.13) ;进行新复极差测验显示, 各处理在α=0.01水平上株防效差异均未达显著水平, 在α=0.05水平上, 50%乙草胺、50%扑草净两处理与40%扑乙乳油6 000mL/hm2、36%恶草酮乙草胺乳油4 500mL/hm2处理株防效差异达显著水平。
2.2 药后45d株防效
由表2可知, 施药后45d各药剂处理对禾本科杂草的株防效仍较高, 除50%扑草净处理株防效为67.1%, 其余各处理株防效均达94.3%以上, 剔除空白对照, 其余处理进行方差分析表明, 处理间差异达极显著水平 (F=6.99>F0.01=2.92) ;进行新复极差测验显示, 扑草净处理株防效与其余各处理株防效差异在α=0.05和α=0.01水平上均达显著水平。
施药后45d药剂处理对阔叶杂草的株防效在51.8%~88.4%, 进行方差分析表明, 处理间差异达极显著水平 (F=3.36>F0.01=2.92) ;进行新复极差测验显示, 在α=0.01水平上50%乙草胺株防效与36%恶草酮乙草胺乳油3 000mL/hm2、36%亚草酮乙草胺乳油4 500mL/hm2、40%扑乙乳油3 750mL/hm2、40%扑乙乳油6 000mL/hm2处理达显著水平, 40%扑乙乳油6 000mL/hm2与40%扑乙乳油2 250mL/hm2、50%乙草胺株防效达显著水平。在α=0.05水平上50%乙草胺株防效与36%恶草酮乙草胺2 250mL/hm2、36%恶草酮乙草胺乳油3 000mL/hm2、36%恶草酮乙草胺乳油4 500mL/hm2、40%扑乙乳油3 750mL/hm2、40%扑乙乳油6 000mL/hm2、25%恶草酮乳油1 500mL/hm2等6个处理株防效差异达显著水平, 40%扑乙乳油6 000 mL/hm2与36%恶草酮乙草胺乳油1 500mL/hm2、40%扑乙乳油2 250 mL/hm2、50%乙草胺乳油2 250mL/hm2、50%扑草净可湿性粉剂1.5kg/hm2等4个处理株防效达显著水平。36%恶草酮乙草胺乳油4 500m L/hm2、40%扑乙乳油6 000mL/hm2两处理防效较高。
2.3 药后45d鲜重防效
由表3可知, 各药剂处理对禾本科杂草的鲜重防效均较高, 除50%扑草净处理鲜重防效为81.4%, 其余各处理鲜重防效均达94.8%以上, 剔除空白对照, 其余处理进行方差分析表明, 处理间差异达极显著水平 (F=41.41>F0.01=2.92) ;进行新复极差测验显示, 扑草净处理鲜重防效与其余各处理鲜重防效差异在α=0.05和α=0.01水平上均达显著水平。40%扑乙乳油表现出较高防效。
各药剂处理对阔叶杂草的鲜重防效在45.2%~84.9%, 进行方差分析表明, 处理间差异达显著水平 (F=2.42>F0.05=2.13) ;进行新复极差测验显示, 在α=0.01水平上50%乙草胺乳油防效与40%扑乙乳油3 750mL/hm2、40%扑乙乳油6 000m L/hm2两处理达显著水平。在α=0.05水平上50%乙草胺乳油防效与36%恶草酮乙草胺乳油2 250mL/hm2、36%恶草酮乙草胺乳油3 000mL/hm2、36%恶草酮乙草胺乳油4 500mL/hm2、40%扑乙乳油3 750mL/hm2、40%扑乙乳油6 000mL/hm2等5个处理防效差异达显著水平。40%扑乙乳油3 750mL/hm2、40%扑乙乳油6 000mL/hm2两处理防效较高。
2.4 花生出苗率
花生播后15d (用药后12d) 调查花生出苗率, 结果表明, 出苗率在54%~93%, 出苗率平均值在69%~83%, 平均出苗率达75% (见表4) 。进行方差分析表明, 各处理间出苗率差异均未达显著水平 (F=0.79
(%)
注:数据为6月29日调查结果。
2.5 测产结果
9月16日测产结果表明:由于杂草基数高, 各药剂处理区花生产量均比空白对照有显著增加, 增幅达20%以上。
2.6 目测观察安全性
自花生播种用药后连续观察花生的出苗情况, 直至齐苗, 未发现有推迟出苗现象和明显的药害症状。对花生中期生长的连续观察, 各小区未发现有明显的药害症状。
3 结论与讨论
由于用药后田间土壤持水量大, 田间出草高峰集中而提前, 出草量大, 有利于前期药效的发挥, 因而参试药剂药效均较高。
参考文献
[1]钱月霞, 熊水平.花生地杂草种类调查及防除方法[J].现代农业科技, 2008 (20) :136, 139.
[2]肖红琳.花生地化学防除杂草技术[J].致富天地, 2008 (3) :30.
电封闭试验台 篇4
为了保证GIS制造质量,需对其制造过程实行有效监造,以保证设备到达现场后能够顺利安装、调试和投产,实现变电站的一次成功投运和可靠运行。通过开展GIS出厂试验见证工作,实现关口前移,把潜在的产品质量问题消除在制造厂内,提高产品入网质量,保障电网安全可靠运行,防止不合格产品进入电网。文中介绍了1000 k V特高压GIS关键的出厂实验方法。
1 气体密封试验
SF6气体密封试验通常采用局部包扎法,如图1所示。包扎范围有:壳体法兰密封面及对应的角焊缝、直动密封和转动密封处、压力表接头、管接头及阀门处、瓷套密封面、法兰胶装及粘接处、壳体的环焊缝处等,如图1所示。
进行包扎法测量SF6气体泄漏率时,要求试验场地通风良好,周围环境SF6气体浓度测量值在5×10-7(体积比)以下才允许包扎。如果环境中浓度大于1×10-6(体积比)时,停止包扎,应采取措施降低环境中SF6气体浓度。包扎一定时间后(不少于24 h),测定包扎腔内SF6气体的浓度,并通过计算来确定SF6气体年泄漏率,年泄漏率不超过0.5%[1],计算公式如下:
其中:ρ为SF6气体密度6.15 kg/m3(1.013×105 Pa,20℃);T为1年时间;V为估算出的检漏罩和试品之间的净容积;K为包扎检漏前后SF6气体浓度变化值;M为SF6质量;t为包扎时间。
值得注意的是不同生产商为提高产品质量,会不同程度提高气密性内控标准。因此厂内监造试验时气密性试验经常会出现满足国标,却达不到内控标准的要求。
2 主回路电阻试验
主回路电阻测量是验证设备装配状况的有效方法,根据产品图纸或技术条件的要求进行主回路电阻的测量,且总的测量方案考虑现场安装后、设施维护或维修期间的测量能够进行对比。产品主回路电阻测量一般在装配完成后立即进行,以确认装配无异常。测量结果一般不大于出厂试验标准的120%,相同测量段三相之间的测量结果一般相差不超过±10%。1000 k V工程一般按照每个运输形态进行主回路电阻测量,且每个测量单元都有一个作为参考的电阻计算值。
主回路电阻测量一般采用电压降法,回路电阻仪引出的电流线在外侧、电压线在内测。测量线与主回路接触应牢固,接触面应处理干净保证电接触良好,接触部分应使用单线或平面接线端子,避免使用尖锐的金属夹子夹住导体(易破坏导体表面光滑,影响局放试验值),避免使用铜绞线直接接触导体(防止铜屑进入导体内部,耐压试验时可能引起闪络)。利用接地开关的绝缘座接地端子进行测量时,要注意将接地端子表面的污物、锈等清除,以免接触电阻大造成误差。
3 机械特性试验
断路器出厂时的机械特性试验是通过开关综合测试仪绘制机械行程特性曲线实现的。试验主要包括控制电源(电压)和动力源(油压或气压)在允许的变动范围内的组合条件下(现场试验一般只做额定电压与额定油压)断路器的分闸、合闸、合分以及重合闸特性测试,具体包括分合闸时间、速度、同期性以及合闸电阻的预投入时间等内容,1000 k V GIS试验项目见表1,Ua为额定电压。
各机械特性参数的定义如下;
(1)合闸时间:从断路器操动机构合闸线圈接通到弧触头接触这段时间。
(2)分闸时间:分为固有分闸时间和熄弧时间两部分。固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到弧触头分离这段时间。熄弧时间是指从触头分离到电弧熄灭为止这段时间。所以分闸时间也称为全分闸时间(实际测量一般指固有分闸时间)[2]。
(3)刚分(合)速度:开关在分(合)闸过程中,动静触头分离(接触)瞬间的运动平均速度。通常以辅助接点变位后10 ms以内的平均速度来反映。
(4)平均速度:分合闸过程中中间80%行程的平均速度,在已知行程长度的情况下可以有计数器捕获功能得到10%和90%行程位置,进而计算出该段的平均速度。
(5)最大速度:分合闸整个过程中的最大速度。分合闸时间与速度都是衡量分合闸快慢的指标。分闸过慢,则电弧燃烧时间增加,从而加速断路器触头的磨损,降低断路器的寿命;分闸过快,一方面会使运动机构承受过大的机械应力和冲击,从而造成个别部件的损坏缩短断路器寿命,另一方面在电流自然过零点前就“截流”,强迫电弧熄灭,则将产生较大的过电压,对线路以及设备将产生不利影响。合闸过慢,同样会导致燃弧时间增加,加快触头磨损;合闸过快,机构、触头都会承受较大的冲击力,还容易造成合闸弹跳超标。
(6)合分时间:合闸操作中主触头刚接触到紧接着的分闸操作中主触头分离时刻之间的时间。若断路器合分时间过短,则断路器在重合闸方式时,特别是切断永久短路故障情况下,会因为断路器灭弧室的绝缘强度和灭弧能力恢复不够,出现断路器不能够切断故障电流,或出现重燃或重击穿,导致严重的电网事故;若合分时间过长,由于断路器不能及时快速切断故障电流,而导致电网稳定破坏事故。
(7)不同期时间:从首相分(合)到三相分(合)之间的时间,可由首相有合闸电流到三相有合闸电流之间的时间差确定。断路器分合闸严重不同期将会导致线路和变压器的非全相运行,从而可能出现导致绝缘损坏的操作过电压、继电保护误动作等不利现象[2]。
(8)合闸电阻预投入时间:合闸电阻开关闭合到断路器主触头接触时刻之间的时间。合闸电阻的主要作用是抑制断路器合闸过程中的过电压,其预投入时间控制在8~11 ms,若时间过短,则达不到抑制过电压的理想效果;若预投入时间过长,又会容易导致电阻长时间发热,缩短合闸电阻的使用寿命。
4 机械操作试验
4.1 断路器机械操作试验
断路器的机械操作试验(SF6压力为0.58 MPa)主要包括:
(1)额定电压下、额定油压下的分闸、合闸各30次,分合分5次,动作应可靠;
(2)最高电压(分闸线圈120%额定电压,合闸线圈110%额定电压)、额定油压下分闸、合闸各5次,动作应可靠;
(3)最低电压(分闸线圈65%额定电压,合闸线圈85%额定电压)、低油压下分闸、合闸各5次,动作应可靠;
(4)30%额定电压、额定油压下分闸、合闸各3次,机构不应动作;
(5)额定电压下、额定油压下连续200次的机械操作,其中第81~100次与181~200次进行10次重合闸操作;200次连续操作之后要解体检查、清理(进入壳体前先要充如足量空气,保证氧气浓度),保证无肉眼可见异物;同时检查操作机构内部储能电机的尼龙齿轮无明显磨损,如图2所示。
4.2 隔离开关机械操作试验
隔离开关、地刀的机械操作试验(无SF6气体)主要包括:
(1)额定电压下分、合闸操作DS280次,ES200次,机构动作正常,辅助开关切换正常、可靠,无卡滞现象,分合闸位置可靠,隔离开关的分合闸时间≤3 s,下同;
(2)85%额定电压下分合闸DS、ES各10次;
(3)110%额定电压下分合闸DS、ES各10次;
(4)FES进行500次操作(原来为200次),分合闸时间≤5 s,合闸速度在5.7~7 m/s之间(速度定义:刚合点与50%行程点之间的直线斜率);
(5)操作之后要解体检查、清理,保证无肉眼可见异物。
值得注意的是一般机械操作试验在机械特性试验后面做,防止在部分机械性能不合格的情况下反复操作试验,对设备造成损坏。
5 雷电冲击试验
1000 k V GIS出厂试验中雷电冲击试验,需保持最小SF6气体压力(闭锁压力,试验前要对所有试品内的SF6气体压力采用密度计进行检查),冲击电压幅值不小于2400 k V(也不宜超过2472 k V),正负极性各3次,并且记录波前时间与半峰时间。对于开关类设备,要分别在分闸、合闸状态下进行对断口和对地的雷电冲击耐压试验。1000 k V GIS一般要求波前时间波头时间1.2μs,容许偏差30%,波尾时间50μs,容许偏差20%[3](如工程技术协议里另有要求,按技术协议执行)。
雷电冲击耐压的试验回路主要包括冲击电压发生器、测量装置以及保护回路等。冲击电压发生器需满足两个要求:一是能输出几十万到几百万伏的电压,二是电压要具有一定的波形,通常是用MARX回路来达到这些目的,如图3所示。冲击电压发生器“并联充电、串联放电”的原理如下:试验变压器T和高压硅堆D构成整流电源,经过保护电阻r及充电电阻R给电容器C1~C4充电,充电到电压U,球隙g1-g4上的电位差也是U。事先把球间隙距离调大到放电电压稍大于U;当需要使冲击机动作时,可向点火球隙(g1)送去一脉冲电压,针极和球皮之间产生一小火花,引起点火球隙放电,于是电容器C1的上极板(负极性板)经过g1接地,点1的电压由地电位变为+U(在充电结束后,电容器的上极板电压为-U,下极板为0;当g1放电之后,电容器C1的上极板被强迫钳制在地电位,同时由与电容两端电压不能突变,1点电位变为+U);电容器C1与C2之间隔有较大阻值的充电电阻R,且由于电容C'的存在,点2和点3的电位不可能突然改变,点3的电位仍未-U,中间球隙g2的电位差突然上升到2U,立刻放电,于是点3的电位被钳制在U(rd非常小),点2电位变成2U。以此类推,最终输出的电压即为所有电容器电位的总合,即4U。在这个过程中,要求球隙具有较好的“同步性”,即g1不放电则都不放电,一旦g1放电则按顺序逐个放电。除此基本电路之外,还有双边充电以及高效率回路(Rf、Rt分布在各级回路中,没有专门的rd;采用一边充电电阻,另一边由Rf、Rt兼作充电电阻)等形式的冲击电压发生器。
图4中显示的是正常正极性雷电冲击试验波形,图5、图6分别显示的是正、负极性下雷电冲击试验放电波形图,图中红圈处发生击穿,击穿后回路对地导通产生一个快速的放电过程,故而红圈后波形斜率较大。
6 工频耐压试验与局部放电试验
工频耐压试验回路包括开关柜(前级、后级)、调压器、补偿电抗器、过电压保护器、试验变压器、弱阻尼电容分压器以及峰值电压表与示波器装置。一般采用自耦式调压器。为减小流经变压器高压绕组中的电流,降低试验变压器的容量,往往采用补偿电抗器对容性试品进行补偿,并根据试品电容大小进行补偿量的调节。与普通变压器相比,试验变压器具有容量大、额定电压较高、允许持续工作时间短、多工作在容性负荷、无附加散热、体积小等特点,且高压绕组一端接地。制造厂一般有1500 k V,1250 k V,750 k V等多种等级变压器,分别用于形态耐压、绝缘盆子耐压与其他绝缘件耐压试验。为提高工作效率,通常一次进行多个试品的耐压试验,通过试验工装来实现。形态耐压试验的试验工装是一条母线筒和多个隔离开关与接地开关组成,既可进行单个试品试验,又可同时进行多个试品试验。同时,工装母线分别通过两个隔离开关与雷电冲击耐压试验回路和工频耐压试验回路相连,前一个试验结束后只需要倒闸操作即可,不需要重新拆装设备。绝缘盆子试验工装一次可以进行多个绝缘盆子的耐压试验;其他绝缘件的耐压试验工装类似与形态耐压试验工装,但由于没有外壳密封,绝缘件放在一个金属筒里,里面再充一定压力的SF6气体。
对于所有工频耐压试验来说,SF6压力为最低工作压力(闭锁压力),工装气体压力稍高(以保护工装,防止长时间施压破坏),每次试验前要用密度计进行校验。同时注意检查隔离开关与接地开关的状态,防止接地加压。
形态与单个绝缘件工频耐压试验的加压大小、持续时间如图7、图8所示,电压大小通过峰值电压表显示,持续时间通过计时器进行计时。其中第一段加压到635 k V(额定相电压)并持续5 min为“老练净化”阶段,其作用是将混入设备的导电微颗粒移动到低电场强度区域和微颗粒陷阱中,同时烧蚀电极表面的毛刺、尖端或杂质。
最后一段在762 k V(1.2倍额定相电压)下进行局部放电测量,以及早发现设备绝缘内气隙、气泡等微弱放电缺陷。整个形态要求背景不超过2.5 p C,放电量不超过5 p C;对于单个绝缘件(包括绝缘盆子)要求背景值不超过1.5 p C,放电量不超过3 p C[3]。
在进行局部放电测量之前,要进行回路校准,其目的一是检查试验回路,验证系统能够正确地测量出规定的局放值;二是确定完整回路中视在电荷量的刻度因素,如图9所示。校准通常是将标准脉冲发生器的一端接到接地开关的动触头外部,这样就与内部高压导体连接到一起(通过绝缘法兰与壳体隔开),另一端接到外壳,通过外壳接地。校准脉冲发生器发出5 p C或50 p C(根据环境干扰情况而定)的信号,观察示波器上的放电量并进行相应调整,便完成了校准。此外,要求在每一次重新接线或者更换试品后要求重新进行校准(因为整个回路的电容量发生变化,会影响校准值)。
在局部放电量测量过程中,有时会出现较大的干扰信号,导致放电量超标。干扰可能来自电源,也可能来自接线回路或者试品外部悬浮金属。图10是监理过成中常见的2种干扰信号。
7 盆子破坏型水压试验
盆式绝缘子水压试验包括例行试验与破坏试验。例行水压试验逐个进行,在凹面承受水压、凸面接触大气压的状态下进行试验;压力上升速度不超过0.4MPa/min,试验压力升至2.31 MPa(3倍设计压力),保持1 min,无裂纹或泄露现象。水压破坏试验目的是验证运行条件下绝缘盆子的承受压力的安全裕度;存在一定的抽样比例,如表2所示[4]。
注:批次划分原则为生产日期跨度不大于3个月。
水压破坏试验同样是凹面承受水压、凸面接触大气压的状态下进行试验;压力上升速度不超过0.4MPa/min,试验压力升至3倍设计压力保持1 min,然后继续升压直至破坏,记录破坏时刻的压力值和影像资料,并在裂纹处取样进行分析,如图11所示。
8 结束语
GIS制造过程中,试验项目众多,除了传统的电气试验,还有涉及原材料、关键组部件以及装配过程中的各项试验。文中仅就其中几项关键试验进行了详细介绍。其中,气体密封试验、主回路电阻试验为现场见证点;机械特性试验、机械操作试验、雷电冲击试验、工频耐压与局部放电试验、盆子破坏型水压试验为停工待检点。监理人员应对以上试验逐项现场见证,停工待检点在监理人员未见证签认前不得转入下一环节。监理过程发现的质量和管理问题应及时汇报、及时处理、及时总结,充分保证了产品的质量和生产进度。
摘要：在变电工程建设中,为保证气体绝缘封闭装置(GIS)制造质量,需对GIS制造过程实行有效监造。从监造角度出发介绍了1000 kV特高压GIS关键出厂试验的试验方法以及试验过程中可能存在问题,对其他各电压等级GIS设备出厂试验监造工作也具有参考意义。
关键词：气体绝缘封闭装置,出厂试验,监造,特高压
参考文献
[1]住房和城乡建设部国家国家质量监督检验检疫总局.GB/T50832—2013 1000 k V系统电气装置工程电气设备试验交接标准[S].北京:计划出版社,2013.
[2]刘军福,赵中标,康宝英.一起SF6断路器分闸时间异常分析[J].宁夏电力,,2011(S):31-32,48.
[3]国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会.GB/T16927.1—2011高电压试验技术第一部分:一般定义及试验要求[S].北京:中国标准出版社,2011.