PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 45

检验与技术

Inspection and Technology

时把握矿井运行状态和环境改变，在运行过程中电机车

碰到障碍物的情况下，操作人员能够实时开展安全避让

以及预警减速等一系列操作。

1.2 改造矿车技术

改造矿车旨在监测脱轨掉道情况。运行过程中电

机车会因为轨道变形或震动等存在脱轨情况，为了避

免事故影响扩大，应实时监测脱轨问题。将监测掉轨

的有关传感器有效安装至矿车底，以实现监测矿车掉

道功能。当矿车脱轨现象发生时，矿车轮毂会脱离轨道，

这种情况下，传感器会将脱轨信号发送至控制中心的

人员，从而有助于采取制动措施。并且，机车的相应

控制系统会有效检测机车电流，确保电机车的脱轨报

警和迅速制动。传感器都实施磁性接近开关形式，以

航插方式接到矿车两端，连接开关状态，而挂车 ABS

线串接了电机车和矿车，从而可以传输机车控制器数

据 [2]，确保实时将报警信号发送至中心。

1.3 改造装卸矿技术

在装矿阶段将电机车停稳之后，控制系统可以自

动将挡板打开，从而执行放矿操作。与此同时，两侧

激光扫描仪系统可以检测矿车是否真正装满，在任意

一侧扫描仪监测状态为装满时都将停止操作的指令信

号发给矿机，当矿机暂停操作之后，给矿机闸门挡板

会延时关闭，并将机车运行信号发出，机车可以到达

下节车厢的状况循环中，在装完最后一节车厢之后，

装矿结束的信号被系统发出 [3]，然后进行运输。

1.4 改造转辙机（道岔）技术

转辙机设计为一键启动，即通过一个控制按钮操

作所有设备。在岔道进入电机车时，操作者将道岔边

控制按钮按下，司控道岔装置以控制器接收指令信号

实施运行处理，且将动作指示发给其他设备，然后电

磁阀导通气缸，以推动道岔至相应的部位。

2 改造软件系统技术

2.1 改造控制设备技术

以 PLC（可编程逻辑控制器）控制系统操作所有

设备，硬件组成部分主要是车载控制设备、通信设备、

主控制器，通信设备实施无线通信方式，在中心控制

室主要安装有主控制器，这样，相关工作人员可以结

合 PLC 控制系统对机车的编组进行有效调度，并且设

计相应的运行路线。由于矿井通信状况较差，电池信

号存在较大干扰性，因此实施无线网格网形式 [4]，即

结合 Wi-Fi 技术传输操作指令，传输距离为 20 km，

其在电机车指令的传输上非常便捷。并且设计选用

FPGA（以数字电路为主的集成芯片），该芯片在 I/O

接口电压保持为 3 V，因此设计硬件系统电源电压为

双电压供电的 3.5 V 电源模式，以 FLASH（闪客）格

式的形式对系统存储器进行设计，而存储芯片结合相

应的预设标准跟主控芯片发生对接，以优化中央控制

器。PLC 主控制器硬件设计架构如图 1 所示。

图 1 PLC 主控制器硬件设计架构

ዐᄕ੦዆ഗ

FLASH੦዆ഗ

NAND

႑ߌدࡽഗ

SDRAM

ᅜ໿ྪ

FPGA

SDRAM- 动态随机存取内存；NAND- 门非门存储器

2.2 改造主控系统技术

主控系统和电机车指挥系统以及 PMS（设备管理

体系标准）2.0 系统交互。其中，跟电机车指挥系统的

交互重点是将班组应用现状、计划完成情况、装卸矿

完成情况、生产方案落实情况等信息推送给此系统；

而和 PMS 2.0 系统交互重点涵盖设备数据、缺陷、装

卸矿、基础人员组成、修饰记录等信息。

2.3 改造料位检测技术

一台激光料位计安装在溜井卸矿仓，且设计信号

接收远程 IO 站，以远程控制溜井料位计、助力驱动、

安全门等设备。在卸载矿石时的溜井料位计、助力驱动、

安全门等设备都实施全自动联锁动作，并且设计手动

启停设施，便于手动启停存在故障的设备。由于主溜

井深度较深以及卸矿站环境复杂，加之受到卸矿口宽

度因素的影响，通常的雷达料位计难以实现矿仓料位

检测的实际需求，会在检测料位问题上出错。为了使

检测的精确程度进一步提升，可以发挥毫米波雷达料

位计的功能，毫米波雷达料位计结合软件设计能够甄

别信号，且屏蔽不需要的回波和矿仓壁，防范检测结

论受到相关因素的不利影响，确保精准检测料位。

46 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

3 设备的运营以及维护

3.1 信息安全防护

电机车设备应用了 APN+VPN（接入点名称 + 虚

拟专用网络）通道 [5]，这样可以很好地交互主站端以

及移动终端间的信息，确保全程加密传输信息，即使

信息在传输过程中被盗，也难以被应用，提高了信息

传输的安全系数。结合线上线下相统一的管理措施以

及需要贯彻实施登记应用制，同时需要对移动终端主

机号跟用户进行有效的绑定。其中，移动终端的信息

安全保护主要包括加密应用数据库、应用登录以及操

作系统。当错误输入密码 3 次以上，信息会自动被摧

毁。与此同时，主机系统的安全防护重点涵盖操作系

统、桌面终端、服务器的防护。将系统防火墙开启且

设计相应的访问权限，目录访问控制；以及关闭不必

要的系统服务，如服务器 Sendmail（发送邮件）、nfs

（网络文件系统）、ftp（文件传输协议）等；禁用 halt

（暂停）、reboot（重启）等危险命令，实施至少 2 种组合

的鉴别技术鉴别用户身份，以有效认证用户身份，如任意

组合身份鉴别技术中的数字证书、生物识别、物理设备、

动态口令、用户名 /口令与挑战应答等。执行安全对策，

组织账号和权限的申请、撤销、变更等流程对用户口令

管理问题做出有效定义，并且限定相应的规则（生存周

期、复杂度、长度等）；需要结合管理用户的不同角色划

分相应的权限范围，将最小的权限范围赋予相应的管理

用户，需要明确的是，系统特权操作用户不可充当数据库

管理人员；对默认账户的访问权限进行有效限制，重新

命令系统的默认账号，对初始的账号口令进行相应的修

改，以及实时性地停用或删除过期账号；执行用户访问

对策；进一步界定用户登录超时限制等相关问题；制定

用户访问审核文件、敏感操作、登录和事件等对策。

3.2 校准设备

在矿井作业中进行校准旨在有效确定示值的误差

问题，以综合优化测量器具，且实时调整示值，确保

矿井作业校准有源可溯。并且，结合矿井作业的应用

标准，需要确保校准取代检定的适用性水平较高。综

合评价校准周期之内的电机车适用性频率以及稳定性，

当操作人员可以综合把握电机车的应用状态后才能加

以明确，倘若存在不正确之处，那么应向计量机构退

回证书做出进一步改进和完善。应知悉检定结果合格

与否，以及深入明确实施的检测手段是否真正达标。

通常来讲，被检定“合格”的矿井作业未必跟相应的

检测技术应用标准相契合。如在检定板预设提前量时，

由于通常根据矿车空载运行模拟设计检测板提前量，

因此在机车配挂矿车的情况下显著增大了矿车的运行

惯性，重载状况之下的运行经由检测板至对轨停车位置，

并且往前移动相应的距离。操作矿车人员务必点矿车反

车，在重复多次之后才可以有效对接轨道。报告证书中

需要包括 2 个方面的问题，即确认检定形式以及内容。

通常而言，检定形式涉及检定机构出具证书以及在证书

中需要具备管理部门认定的校准室的相应标识和是否

结合校准规划的有关规范或要求组织校准工作。

3.3 完善系统安全功能以及加强维护

将校准时生成的修正值或修正因子带入校准结果

中加以修正。通常而言，修正值 = 标准值 ( 真值 )- 测

量示值。综合检查自动化系统中的电机车在进行计量

确定之后才可以正式投入应用。并且将相应的标识（“停

用”“准用”“合格”）张贴在提供的确认结果上。此外，

需要安排自动化系统检测者参与计量知识教育，以使其

可以精准把握校准证书中的一系列信息内容，把控计量

确认的手段，对校准证书中的一系列信息进行综合核查。

4 结束语

综上所述，井下有轨运输自动化无人驾驶是实现

高效和安全作业的关键，井下有轨运输自动化无人驾

驶技术主要从改造硬件设备技术和改造软件系统技术

2 个方面优化，以及完善固有的矿井运输系统，相关设

计方案需要集成远程自动控制以及视频监控系统，从而

可以远程进行装矿、运输、卸矿等操作。为了确保技术应

用的稳定性，还应做好相关设备的运营、维护等工作。

参考文献

[1] 王建明 .井下有轨运输机车自动化控制系统设计应

用 [J].机械研究与应用 ,2020,33(04):148-150.

[2] 王迷军 ,姜世矫 . 矿井无人电机车无线通信系统设

计 [J].中国新通信 ,2018,20(24):2-3.

[3] 陈海军 ,甘敏浩,吴大川,等.某铁矿井下电机车自

动控制系统设计 [J]. 现代矿业 ,2018(04):134-136.

[4] 梁琼 ,李少川 .金属矿山井下有轨运输控制方案设

计 [J]. 矿业工程 ,2015,13(06):54-56.

[5] 徐娥 .井下有轨运输机车自动化控制系统设计应用

[J].电子技术与软件工程 ,2021(18):118-119.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 47

检验与技术

Inspection and Technology

基于物联网云计算服务的

智能雷电防御系统设计

胡 旻

（陕西省突发事件预警信息发布中心 西安 712000）

摘 要：为解决现有电力系统中雷电数据安全存储、快速计算等方面的技术瓶颈，创建了基于云计算和

互联网的智能雷电防御系统，从 3 个层次具体介绍了系统的平台架构，详细阐述了系统的硬件设计和软件设

计，最后总结了系统的应用价值。此平台重点为防雷安全各行业的数据应用和共享，应用到特殊高建筑物中，

能够为研究雷电科学提供雷电流特征等数据，提高社会性防雷减灾工作的效率。

关键词：物联网 云计算 雷电防御 系统设计

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

中图分类号：TB497 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0047-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.013

作者简介：胡旻（1986 ～ )，男，本科，工程师，从事雷电

防御方面的研究工作。

通讯作者：胡旻，E-mail: felstrike@163.com。

（收稿日期：2022-09-20）

雷电监测技术为雷电科学研究中的重点，雷电监

测系统在雷电防护和检测中具有重要作用。在雷电监

测系统研究中存在大型雷电检测场，但成本比较高。

闪电定位网定位方法是以实际经验估计或者探测资料

实现统计分析，主观性比较大。一般监测系统只能够

对雷电次数单一记录，无法对强度进行测量，影响了

雷电科学研究。相关研究设计了大型罗氏线圈对建筑

物监测的雷电流监测系统，但是罗氏线圈体积比较大，

无法实际操作 [1]。

1 系统的平台架构

本文所设计的智能雷电防御系统是以现有定位系

统为基础，合理使用雷电探测站设计。雷电云平台能

够在计算分析中心发送实时监测数据，对雷电数据进

行计算。创建的雷电云平台是以互联网为基础，以软

件方式将事故诊断、预警预报、实况监测等信息提供

给用户。图 1 为雷电云平台架构，包括基础设施层、

应用软件层和平台支撑层 [2]。

1.1 基础设施层

通过虚拟化技术转变物力资源，对资源管理进行

优化，使硬件资源使用率得到提高。主要包括：1) 物

48 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

理设备，包括服务器、存储设备、网络资源等；2）虚

拟化部署，利用开源软件转变物理设备为虚拟资源池；

3）集成设备，对存储、硬件等资源池进行管理，还能

够提供资源监控、负载均衡和虚拟管理等服务 [3]。

图 1 雷电云平台架构

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1.2 平台支撑层

支撑层能够对数据进行存储、收集、计算等，将

软件资源为中心创建易用平台，为系统提供支撑服务。

为了提高平台安全性、易用性和通用性，所创建的平

台支撑层主要包括资源层、采集层、应用层、存储层等。

利用互联网实现雷电云平台的创建，整合核心通用技

术资源为服务平台，从而促进软件的开发 [4]。

1.3 应用软件层

应用软件层是将平台支撑层为基础的软件，能够

实现实况监测、事故诊断、预警预报等功能，使用面

向服务的体系结构进行访问。另外，在运营模式方面，

能够使用户通过租用方式根据实际需求得到防雷应用

服务，使防雷应用成本得到降低 [5]。

2 系统的详细设计

2.1 硬件设计

1）主控芯片设计。主控芯片使用 STM32F103 微

控制器，主要特点为实时性、低功耗和高性能，主要

包括 80 个 I/O 接口，还具备 3 种低功耗模式。使用

此微控制器能够使外围模块降低，使系统稳定性得到

提高，还能够将微控制器进入低功耗模式中，使系统

功能降低。

2）雷电信号采集。通过罗氏线圈和分流器采集雷

电信号，罗氏线圈的主要优势为：测量线圈自身和被

测电流回路并没有电联系，利用电磁场耦合和主回路

实现电气绝缘。另外，测量范围比较宽，频率为 0.1 ～

100 MHz，方便数字量输出。输出雷电电流为 0 ～

3.5 A，假如采样电阻为 1 Ω 的精密电流，那么采样电

压为 0 ～ 3.5 V，使雷电测量需求得到满足。图 2 为雷

电信号采集模块的电路，前端利用合理设计罗氏线圈

采样收集雷电流，利用防电流过大的保护电阻和滤波

电路、整流电路，使电流转变为主流，之后通过精密

电阻得出雷电电压量。滤波电路使用一个铁芯电感和

2 个电容构成滤波电路，此种类型电路具有较强的电

路适应性，对于整流管具有比较小的冲击电流，输出

电流平滑 [6]。

图 2 雷电信号采集模块的电路

R1

R2

R3

DVcc

DVcc

GND

INT

A/D

R4

HCNR201

C1

L1

C2

ஆ๧၍ං

DVcc- 电压差动电流传输器；INT- 输入电路；GND- 电线

接地端

因为此采集信号装置在雷电环境中设置，为了对

电路进行保护，要隔离光耦。使用高性能 HCNR201

线性光耦，实现光电隔离转换电路。收集的电压信号

分为两路利用光耦在微控制器中传输，一路在有雷电

电压的时候使输出一个下降沿，使微控制器中断触发，

微控制器工作，其他时间都是在低功耗状态中，使系

统功耗得到降低。

3）存储模块。本文系统中的微控制器集成安全数

字输入输出（SDIO）通信接口，使用方便。所以，本

文设计中的底层驱动存储（SD）卡方式为 SDIO 模式。

在对 SD 卡驱动时，首先要初始化 SDIO，之后实现 SD

卡初始化和上电识别，随意利用读写函数读写 SD 卡。

4）上位机通信。因为系统在设计后是在雷电环境

中应用，所以要使用可靠的通信方式。RS485 通信技

术使用差分方式和平衡式方式得到数据接收和发送，

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 49

检验与技术

Inspection and Technology

实现 2 条电缆传输。所以，此总线为工业运用中数据

传输的重点。在通信电路中使用防雷手段，图 3 为上

位机通信电路。使用字节生态（TUB）技术，在大电

压通过 AB 处进入的时候，TUB 在 1ub 内将电路断开，

TUB 之后的残余电压利用瞬态二极管（TVS）引入大

地中，TUB 前端残余电压利用气体放电管引入大地，

避免影响通信电路，对通信电路进行保护。RS485 通

过防雷保护输出信号在个人计算机（PC）上位机接入

前转变为 TS232 通信方式，利用串口接入 PC 上位机，

实现 PC 上位机和微控制器的通信 [7]。

RXD- 接收端；VCC- 模拟电源；RO- 外电路电阻；DI- 数字

开关量输入；FDG- 放电管；COMA-互补金属氧化物半导体；

COMB- 组合逻辑回路

图 3 上位机通信电路

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 软件设计

1）雷电临近预警模块。系统在接收雷电预警信息

后实现预警信息的发送，和自动升降杆结合实现主动

防御，在宽带接入服务器（BAS）系统中实现预警信

息的上传，根据运营部门启动雷电防护预案。在对一

级预警信息接收之后，计算机终端能够在 BAS 系统中

实现预警信息的传输，通知运营部门进入预警，重视

雷电预警状态。在对二级预警信息接收后，计算机终

端能够在 BAS 系统中实现预警信息的上传，输出控制

信号，控制自动升降杆，利用独立地网和引下线实现

雷电的主动预防，使雷电流定向外放，避免雷电流出

现入侵和反击。另外，计算机终端能够上传预警信息，

通知运营部门设置雷电预警预案，通知户外作业人员

并撤离，避免出现威胁。运营人员要重视雷电预警状

态，使预警解除后输出控制信号，对自动升降接闪器

装置进行控制，进一步降低接闪器，使动作得到实现。

在对三级预警信号接收后，计算机终端能够输出控制

信号，使重要负荷切换自备电源，切断外电网和负荷

的联系，避免雷电入侵。在接触预警后对信号输出进

行控制，利用重要负荷对控制装置切换，在外网中接

入重要负荷后，使系统能够正常运行。

2）自动升降接闪器模块。此模块接收二级和三级

防雷预警时，将接闪器自动升起，利用独立、专用的

引下线连接电流，实现雷电的主动防护。在接触防雷

指令之后，使接闪器降低。自动升降接闪器装置设置

到系统中，根据实际需求进行设置，常在建筑物边缘

设置，从而实现良好防雷效果，还能够重视建筑物整

体外观，避免使建筑物美观程度受到影响。

3）后备保护模块。系统回路前端串联电流保护装

置，避免因为回路异常造成地漏流增加导致人员伤亡。

设置专用后备保护装置能够保证雷电通过时没有出现

误动作，从而使防雷持续有效。如果线路出现暂态过

电压或者工频电流的时候要速断，避免起火。装备实

现遥信开关的设置，系统能够对每路装置工作位置进

行查询，出现变位之后输出告警信号，系统在监控界

面中自动切换，还能够记录报警事件，及时上传系统

并且告知运营部门。

4）重要负荷切换模块。利用控制程序与可编程逻

辑控制器（PLC）设计重要负荷切换模块，利用计算

机终端与 RS485 总线连接。在计算机终端根据雷电预

警级别实现重要负荷切换指令的发送，通过 PLC 输出

节点切换电源。双电源切换装置能够切换自备电源，

自备电源能够对不间断电源（UPS）和快速发电机进

行保护，使重要负荷与外网断开，对负荷设备与系统

安全性进行保证。在雷电预警解除后，重要负荷切换

控制装置操作相反，在电网系统中接入重要负荷，使

正常运行恢复。

3 系统的应用价值

3.1 防雷业务综合化

对比现有雷电定位系统，此平台功能转变为事前

预警、事中监控和事后评估等全方位业务，能够实现

一平台多应用的防雷服务模式。系统从已有防雷业务

实现普适性应用开发，从而以更加完整、全面的方式

实现雷电全过程风险管控。

3.2 计算处理高效率

全国雷电监测网在雷暴期间每小时所产生的数据

有上万条，传统雷电定位系统的计算能力有限，会导

致数据出现丢失的问题，所以，要通过后续数据的补

齐得出精准雷电定位数据。对于已经创建好的编程计

算模型与虚拟化设备，满足雷电数据的实时计算需求。

50 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

其次，通过单一容量架构设计雷电定位系统，无法实

现大规模数据的高并发访问，雷电云平台是将 Nginx

代理服务器集群进行软件均衡负载，促进大规模的用

户集中访问。

3.3 数据服务开放化

系统除了能够向传统电力信息内网用户提供防雷

服务，还能够基于信息安全的内外网隔离装置使用安

全、共享、开放的模式对多行业用户提供防雷综合应

用服务和雷电数据。雷电数据在信息外网中部署，针

对被防护设备的数据实现脱敏、偏移等处理，使全社

会各行业防雷应用需求得到满足。

4 结束语

在人工智能技术和通信技术不断发展的过程中，

5G 移动通信技术已经在各行业中应用，北斗导航系统

的设计使物联网技术引领防雷技术转变为智能化防雷

模式。流程工业现场出现泄漏、闪爆和火灾爆炸的危险，

为了保证人们生命财产安全和社会安定，要基于智能

技术的发展，使传统防雷防静电模式的问题得到解

决，而智能化预警控制系统已经逐渐成为防雷的主要

选择。

参考文献

[1] 王斌 ,李鸿飞 ,许少蔚.人工智能技术在通信安全防

御系统中的应用与研究 [J].电子测试 , 2022(01):125-127.

[2] 刘云香 . 基于大数据及 人工智能技术的计算

机网络 安全防御系统设计 [J].数 码设计（ 下）,

2020,9(06):10-11.

[3] 钟国梁 , 蔡思婕 ,李帅杰，等.基于云计算的智能

交通信息采集系统设计与实现 [J].电脑知识与技术 ,

2022,18(04):1-6.

[4] 张文聪 , 姚奕 , 郑潇 ,等. 基于云计算的智能

装备远程运维管控系统设计 [J]. 科技创新与应用 ,

2021,11(28):54-56.

[5] 钟建栩 ,余少锋 , 廖崇阳，等.基于云计算的电力

设备智能监测系统 [J].云南师范大学学报 (自然科学

版 ), 2 022,42(03):37-41.

[6] 李宁,蒋宁宁.基于云计算的大数据智能运维系统

设计 [J].数字技术与应用 , 2 020,38(10):134-135.

[7] 李远 .基于大数据的云计算中心智能运维系统的应

用 [J].电力设备管理 , 2021(08):37-38+41.

4 筒体分段组对

1）安装填料及塔内件完成的分段筒体进行组对、

封闭，监造人员确认各组对及封闭前端面清洁度、焊接、

螺栓紧固点焊、相关尺寸等情况，可在滚轮架上 360°旋

转，同时观察有无异常响声等；组对过程中按图纸、制造

工艺要求控制直线度；单体设备做好切割线标记。

2）单体设备接管、贴板、吊耳、支耳等的方位、

标高、尺寸按图纸要求监造。

5 设备试压

压力试验和气密性试验按图纸技术规定要求进行，

试验所用气体应为干燥洁净的空气、氮气或其他惰性

气体；试压时，按试压工艺进行，控制试压进气流量，

做好现场安全防护措施；气密性试验时，对于结构特

殊、关键的部位需重点、反复检查；试压合格后，应

用干燥氮气置换并按图纸技术要求进行氮封。

6 结束语

空分铝制塔器填料及塔内件安装质量控制是空分

设备监造的主要环节，对其质量和安全性要求更加严格，

监造人员应在监造开展之初，加强质量体系管理，规范

生产质量过程文件记录，避免质量问题的发生；遇到质

量问题，应抓住问题的核心，积极同制造和设计沟通，按

照解决流程，依次编制整改方案，审核批准，严格执行。

本文参考现行相关标准规范 [1-4]，结合设备内件厂家指

导安装要求与设备整个制造、监造过程，对空分铝制塔

器填料及塔内件安装与监造进行了简述，以期为制造厂

在设备制造安装、监造过程中提供参考、建议或指导。

参考文献

[1] JB/T 4734—2002 铝制焊接容器 [S].

[2] JB/T 6896—2007 空气分离设备表面清洁度 [S].

[3] JB/T 2549—2018 铝制空气分离设备制造技术规

范 [S].

[4] GB/T 36227—2018 特大型空气分离设备 [S].

（上接第 26 页）

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 51

检验与技术

Inspection and Technology

电厂设备状态可视化预警诊断

系统的设计与研发

李 磊

（国电电力双维内蒙古上海庙能源有限公司 鄂尔多斯 016200）

摘 要：随着我国电网规模的不断扩大，电厂设备日趋复杂，对于电厂设备运行状态的监控管理成为行

业关注的焦点。基于此，本文采用文献调研法、实践法进行技术信息收集，并对电厂设备状态可视化预警诊

断系统的设计进行分析。通过研究得出结论，该系统的应用可改善传统人工巡检的弊端，借助数据处理、图

像处理等功能，可协助工作人员实时监控电厂设备的运行临界状态，从而提升电厂设备运行的安全性和可靠性。

关键词：电厂设备 智能系统 状态预警 诊断

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

中图分类号：TB497 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0051-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.014

作者简介：李磊（1983 ～ )，男，本科，工程师，从事智慧

电厂、热工自动化及信息化与智能化的研究工作。

通讯作者：李磊，E-mail: cocokeji@163.com。

（收稿日期：2022-11-24）

电能是国家经济发展和人们日常生活中不可或缺

的一项重要能源，电力系统的稳定性直接决定社会的

和谐稳定。随着我国社会经济的不断发展，电能需求

量不断增加，电网规模日趋庞大，因此，电厂设备的

复杂程度越来越高，对于设备管理和控制难度也随之

增加。传统人工巡检难以应对庞大复杂的电厂设备，

安全性无法得到有效保障。此外，部分电厂虽然设计

安装了预警系统或监控装置，但是在管控过程中缺少

标准化监理，导致系统设计与实际场景产生偏差，无

法满足实际预警需求。现阶段，电厂设备运行处于长

期负荷状态，此时，设备产生的各项参数信息都需要

进行准确的分析和处理，对出现的问题进行快速反应。

可视化技术（Visualization）利用计算机数据处理技术

和图像处理技术，将抽象的数据信息转换成更加直观

的图像，并加以直观显示。可以更好地帮助工作人员

正确理解电厂设备产生的各项数据信息，准确地掌握

设备运行状态，采取有效的控制措施，针对性地进行

维护管理，提升电厂设备运行的稳定性和安全性 [1]。

1 电厂设备状态可视化技术评价

电厂发电设备系统在国家社会经济发展中发挥着

52 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

重要作用，各个国家对电力系统十分重视，极大地推

动了电网智能化发展进程。尤其是在电厂设备运行状

态监测方面，智能化管理可以延长设备的运行寿命，

为电力企业带来可观的经济效益和社会效益。随着电

力系统的不断发展，电网规模越来越大，电力设备复

杂程度越来越高，电网运行的安全性显得尤为重要。

传统的人工巡检不仅劳动强度大，且效率低，无法有

效保障电力系统运行状态。因此，迫切需要进行电力

系统运行状态可视化研究。

现阶段，我国可视化技术在电力系统中的应用处于

起步阶段，利用图形表达电力系统信息，提高对电力系

统运行状态的理解。在电厂设备运行状态分析中，可视

化技术可用于物理现象的仿真观察和研究，可以自行考

察动态过程，管理人员可以方便观察电厂设备参数之间

的相关性和灵敏度，可以仔细考察动态过程，了解电厂设

备动态过程，了解电子元件的动态行为，也可以调整元件

的数学模型，验证建模准确性或者观察模型准确度对

计算的影响。此外，可视化技术可以辅助电厂设备的规

划设计。在规划中，需要产生若干可行方案，对每一方案

都进行经济和安全分析，给出许多数据供设计者比较，

这样就要求处理大量的信息 [2]。

2 电厂设备状态可视化预警诊断系统设计

2.1 功能设计

电厂设备状态可视化诊断预警系统包括智能平台、

智能诊断算法引擎等。依据大数据接入现有监测数据；

具备必要的数据分析和回放功能，辅助专家进行故障

分析和标注；对在线监测数据进行故障诊断和健康评

估；根据智能诊断算法引擎的诊断结果发布预警信息，

建立设备故障台账等。该系统可以实现在线监控、健

康评估、健康预测、故障预警、故障数据库管理等功能。

可视化预警诊断系统 UI 界面如图 1 所示。

图 1 可视化预警诊断系统 UI 界面

1）在线监控。电厂设备状态可视化诊断预警系统

可以对设备运行现场进行不间断实时监控，系统在线

监控模块具有数据显示和回放功能，可进行实时显示、

回放及智能分析，并按照要求在移动设备上实现重要

告警信息的获取和浏览。

2）健康评估。系统借助多维度信息融合识别技术

的异常检测算法，可以实现对电厂运行状态检测。该

方案融合传统振动分析和声音、温度、电压、电流等

运行信息，以全正常运行状态的多维度信息数据为训

练样本，建立正常状态的多维度信息融合识别模型。

将声音、振动、温度等多维信息数据输入上述多维度

信息融合识别模型并进行打分（分值越高表示测试样

本属于打分模型对应状态的概率越高），根据分值判

断当前状态和正常状态的偏离程度 [3]。

3）健康预测。利用长期的众多同类设备的状态检

测数据，建立设备的寿命退化模型。利用多维度信息

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 53

检验与技术

Inspection and Technology

融合技术建立易损组件的退化模型，实时在线定量估

计磨损及故障程度，据此辅助运维人员做出最优的停

机检修方案。

4）故障预警。基于多维度信息融合的设备运行状

态异常监测系统（健康评估系统）上线后，可根据监

测数据做出异常报警，如真实发生故障，由专家进行

数据分析或拆解维修并标注故障类型。或者利用人机

耦合的专家标注系统，由专家对设备的历史数据进行

故障分析和标注。当标注的故障数据积累到一定程度，

进行基于多维度信息融合和深度神经网络的故障诊断

模型训练，诊断出故障后发布故障诊断结果，并由运

维人员进行分析确认并标注，持续更新诊断模型。由

此可以将专家的知识和经验以计算机软件的形式保存

下来，可以复制并在线部署，进行故障的自动诊断。

知识库具备自主学习、自主建模等能力。

5）数据管理。电厂设备在线监测平台通过与系统

接口，可发送故障报警信息给运行维护人员。当故障

发生时，如果是故障模型库中已经出现过的故障，系

统会给出故障位置、建议的故障处理方式和可能的故

障原因分析；如果是新类型的故障，系统会给出故障

发生的具体位置，生成故障报警信息后提交给运维人

员确认，再进一步由检修人员进行后续处理。相关流

程（系统内部流程）处理信息可通过平台的自动标注

系统予以标记，用于后续对该类型故障的联合建模和

机器学习。此外，系统可以将经过专家标注或现场运

维人员复核确认的故障数据，建立故障数据特征库，

将专家知识和经验以计算机软件的形式保存下来，作

为电厂可复制、易传承的数字资产，为电厂后续的运

维提供科学依据和技术支撑。

2.2 系统设计

电厂设备状态可视化预警诊断系统采用分层设计

原理，整体分为用户层、业务应用层和数据层。用户

层面向普通用户和管理员；业务应用层负责数据计算、

分析和应用；数据层包括数据库、工程资料库、环境

信息库等。系统采集电厂设备运行状态信息存放在数

据库中，通过计算和分析，使用可视化图形进行展示。

1）数据库设计。电厂设备状态可视化预警诊断系

统数据库用于存储电厂设备运行状态信息，并进行数

据维护，提供数据查询、数据调度、数据检查等功能。

数据库设计采用由Microsoft研发的SQL Server2018（一

种关系型数据库），具有可伸缩性好与相关软件集成

程度高等优点，通过 Microsoft JET 数据库引擎实现数

据库访问，另外，数据库设计采用集成方案，内存数

据库和关系数据库相结合，保留关系数据库的开放性

和较强的处理能力，并且具备二次开发功能，有良好

的交互性。

2）模块设计。该系统主要实现图形化编辑、灵敏

度分析、节点等高线可视化、实时状态下电网运行指

标及虚拟表达。结合数据模型建立基于电厂设备运行

标准化的管理流程，实现管理流程标准化，建立了标

准化工作内容模式，实现工作内容的图形化、表单化；

形成设备运行专家知识库，为实现设备综合管理提供

信息和决策支持。系统模块逻辑交互架构如图 2 所示。

图 2 系统模块逻辑交互图

CIM- 数据模型文件；SVG- 一种数据文件格式；DMIS- 调度管

理信息平台

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3 电厂设备状态可视化预警诊断系统的

应用

系统在结构设计方面更加迎合了用户的实际需求，

拥有更加丰富的应用功能。按照系统功能划分为不同

的子系统，每一个子系统包含众多独立的模块，可以

独立完成业务处理、数据存储、流媒体服务、文件存

储等。当前，电厂设备状态可视化诊断预警系统主要

包括在线监视、健康评估、健康预测、故障评判、健

康列表、缺陷推荐管理、缺陷推荐跟踪以及专家知识

库等模块。范围最低包含锅炉、汽机、抽气、发电机、

10 kV 高压系统，具体设备包括但不限于磨煤机、一

次风机、引风机、送风机、给煤机、循环水泵、凝结

水泵、给水泵、小汽轮机、汽轮机本体等。

设备智能诊断功能需满足大数据平台 (Hadoop) 的

数据结构，基于电厂设备管理的实际需求，对系统大

数据平台、应用软件开发平台、机器学习算法平台、

报表平台四大支撑平台进行开发部署，可实现电厂技

术协议要求的功能和性能要求 [4]。该系统的部署和应

用可有效解决电厂设备运行状态信息分散、复杂，无

法实时监控多场景和运行进度等问题，及时发现设备

54 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

运行的安全隐患。此外，该系统可以与 IMS 系统（内

部管理系统）集成，智能专家诊断系统支持以接口的

形式与 IMS 系统中管理模块功能进行集成、联动。设

备智能专家诊断系统支持以接口的形式，将系统中产

生的报警信息供其他系统调用或者集成，从而实现电

厂设备运行状态的高效管理。另外，该系统作为电厂

设备稳定运行的重要保障，后期还可以融合设备监理

流程，采用“系统 + 过程”双层保护模式，有效保障

电厂设备的正常运行。设备监理的介入，可及时发现

设备系统是否满足业务需求、安装质量是否合规，通

过严格落实监理标准化工作，从而有效提高电厂设备

状态预警的稳定性和可靠性。

4 结束语

综上所述，电厂设备状态可视化预警诊断系统的

设计与研发，可以有效改善传统人工巡检的弊端，提

升电厂设备运行的安全性和可靠性，借助计算机强大

数据处理能力和图像处理能力，高效分析电厂设备产

生的海量数据信息，帮助管理者准确掌握电厂设备的

运行临界状态，快速发现问题并采取有效措施进行应

对。由此可见，电厂设备状态可视化预警诊断系统是

电网智能化发展过程中的一项重要环节，可解决传统

的检修作业存在的安全风险和隐患，借助软件分析进

行状态评估和故障诊断，制定有效的维护措施，改善

设备运行状况，全面提升电网系统安全管理水平。

参考文献

[1] 郑渭建，郭鼎，雷丽君，等. 燃煤电站高加性

能监测及离线分析平台设计 [J]. 工业控制计算机，

2019,32(04):38-39.

[2] 刘吉臻，胡勇，曾德良，等.智能发电厂的架构

及特征 [J].中国电机工程学报，2017,37(22):6 463-

6 470+6 758.

[3] 李辉，崔彦锋，司风琪，等. 一种基于 SOA 的

eDNA 在火电厂的应用框架 [J]. 工业控制计算机，

2008(01):40-41.

[4] 陈录， 齐 全友， 吴扬扬， 等.智慧电厂建设

与智能发电技术应用探讨 [J]. 科技创新与应用，

2021,11(23):174-176.

（上接第 36 页）

确保问题得到解决，并积累相关经验，为后续此类问

题的处理提供参考作用。

3）监理方应做好采购技术要求的辨识工作，特

别是高于通用标准的技术条件。如本案例中本项目

变压器设备技术协议约定放电量≤ 80 pC，而 GB/T

1094.3—2017 标准规定≤ 250 pC，采购技术协议要求

高于国家标准要求。因此监造工程师应加强对制造厂

落实设备采购合同技术要求的监督力度，保证设备技

术性能同时符合业主及相关标准要求。

参考文献

[1] GB/T 1094.3—2017 电力变压器 第 3 部分 ：绝缘

水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙 [S].

[2] GB/T 7354—2018 高电压试验技术 局部放电测

量 [S].

[3] 费益军.500 kV变压器局部放电试验的分析处理[J].

华东电力,2005(08):65-67.

（上接第 43 页）

参考文献

[1] 朱辉 .压力容器开孔补强计算方法介绍及补强计算

若干注意事项 [J].化工装备技术 ,2022,43(05):41-45.

[2] 谢亚武 .浅析压力容器规则设计中的开孔补强设计

[J].石化技术 ,2022,29(09):194-196.

[3] 邵虎跃 ,孙志刚 .压力容器筒体大开孔厚壁管补强

计算 [J].石油和化工设备 ,2022,25(06):129-131+125.

[4] 罗海荣 .浅析压力容器的开孔补强结构设计与计算

[J].中国化工装备 ,2022,24(03):25-28.

[5] 熊从贵,陈送送 ,宋玲丽 ,等.压力容器特殊开孔

结构的补强计算 [J].化工机械 ,2021,48(06):896-898.

[6] 赵博.压力容器设计中开孔补强设计的应用分析 [J].

石化技术 ,2021,28(01):165-166.

[7] 张持.基于 ASME 规范核级设备开孔补强计算 [J].

广州化工 ,2020,48(11):149-151.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 55

检验与技术

Inspection and Technology

电梯门回路检测功能原理分析

与检验方法研究

林超锋

（福建省劳安设备技术开发有限公司莆田分公司 莆田 351100）

摘 要：本文针对电梯门回路的检测原理和检验方法进行了介绍，并在此基础上讨论了多种检验方法以

及特殊工况下的检验注意事项、故障的排查和复位，最终提出了一种高效的检验方法和门回路设计的改进方向。

关键词：电梯门回路检测 电路图原理分析 检规要求

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

中图分类号：TB497 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0055-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.015

作者简介：林超锋（1994 ～ )，男，本科，从事机电类特种

设备检验工作。

通讯作者：林超锋，E-mail: 838856749@qq.com。

（收稿日期：2022-11-17）

随着城镇化不断加速，高楼建筑不断增加，电梯

（本文所述电梯均指垂直电梯）成为人们日常生活必

不可少的交通工具，其安全性能备受关注。门回路检

测功能就是为了防止人为或意外短接门锁回路，造成

开门走梯，进而引发人员剪切或坠落的安全事故发生。

鉴于各制造厂以及检验人员对该项目的理解不一，特

针对该功能进行分析讨论。

1 门回路检测功能的检规要求

对电梯进行检测，首先要对回路开展有效检测工

作。当电梯轿厢处于开锁区内时，电梯门开启，层门

锁紧位置其轿门监控信号是否正确以及电气安装是否

正确。如果遇到上述故障，可以防止其运行（上述要

求源于 TSG T7001—2009《电梯监督检验和定期检验

规则——曳引与强制驱动电梯》（以下简称检规））[1]。

1）开锁区怎样判断？根据 GB 7588—2003《电梯

制造与安装安全规范》（以下简称规范）中的要求，

该区域有明确要求，简单来说，即开锁区域不能超出

层站地面上下 0.2 m；轿门和层门以机械方式驱动时，

开锁区域可提升至 0.35 m[2]。

2）对于轿门开启，应当以轿门开到位信号或者开

关动作为准。

3）对于层门门锁释放，在轿厢开始运动时，需要

确保层门锁紧在相应位置上，但在此之前可进行预前

操作。在层门锁紧时，一定要和相关要求相符，根据

具体装置进行处理 [2]。

以上 3 个条件需同时满足方可进行门回路检测。

检测对象包括当轿门处在关闭位置时，其电气的安全

装置以及层门在锁紧状态下的监控信号。还包括轿门

56 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

关闭时，电气的安装装置情况，其应包括轿门关闭到

位验证开关以及验证轿门机械锁啮合深度的电气开关

（如有时）；层门门锁锁紧位置的电气安全装置应包

括层门关闭到位验证开关以及验证层门机械锁啮合深

度的电气开关；轿门监控信号为 TSG T7001—2009 第

2 号修改单中第 2.8（6）④项提到的证实轿门处于关

闭位置的独立监控信号。

2 门回路检测功能原理分析

图 1 是门回路检测电路图。轿厢处于开锁区内，

或是开启且层门的门锁释放时，检测区域会接受控制

系统的指令，因此轿门会有短暂闭合同时验证回路

的情况。短接时如果检测出电气安装装置有短接的

状态，那么 132 到 131 通路，X26 会收到电压信号，

此时门锁的短接状态就被系统检测出来，系统会对

故障进行报警处理，同时停止运作。而轿门的电气

安全装置如果被短接，无须经过检测模块，X26 会直

接有电压信号，系统报故障，停止电梯再次运行。

若轿门和厅门回路被全部短接，即从图 1 中 130 短

接至 132，则 X27 会一直收到电压信号，系统报故

障，防止电梯再次运行。轿门独立监控信号是监控

轿门是否处于关闭位置的电气安全装置，独立于门

回路，其检测点也是单独开设的一个引脚 X28。如果

信号被短接了，X28 会收到一个电压信号，系统会

对故障进行报警处理，同时停止运作。因此，采用

图 1 原理的电梯，在日常检验中发现轿门回路或轿

门监控信号短接，故障会直接显示出来，并不需要

在 TSG T7001—2009 提出的检测时间节点才显示出

来。从图 1 中还可以看出，在某一具体层站短接测试

厅门回路时，厅门所有门扇的关闭到位开关以及验证

厅门机械锁啮合深度的电气开关需同时被短接，否

则 1 至 n 层的层门回路依然处于断开状态，只有将该

层门的所有验证门扇的关闭到位开关以及验证厅门

机械锁啮合深度的电气开关全部短接，X26 才会检测

到信号，系统才报故障停止电梯再次运行。然而，这种

“大封线”模式是否符合 GB 7588—2003 要求呢？由

GB 7588—2003 中前言 0.3.8 中的规定可知：维修阶段，

电梯运行时，如果电气安全装置被设置为无效状态，那

行动是没有保障的。所以需要根据维修规定补充一些方

案，以确保作业人员在此过程中的安全。因此，当某一具

体层站中验证门扇的关闭到位开关以及验证厅门机械锁

啮合深度的电气开关被部分短接，该层门回路仍处于断

路状态，电梯的安全运行依然有保障。说明这种“大封线”

模式符合规范要求。当然，如果可以实现对门回路中每

个电气安全触点进行检测则是最佳。

图 1 门回路检测电气原理图

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3 门回路检测功能的检验方法

按照 TSG T7001—2009 第 2 号修改单中第 2.8（7）

项的检验方法：通过模拟操作检查门回路检测功能。

通常有以下 3 种方式进行验证：

1）通过服务器模拟操作，当轿厢在开锁区域内，

轿门开启并且层门门锁释放时，分别给图 1 中 X26 或

X27 一个信号，验证系统是否报故障并防止电梯的正

常运行。

2）在控制柜中，分别对 3 个检测对象进行短接，

当轿厢在开锁区域内，轿门开启并且层门门锁释放时，

验证系统是否报故障并防止电梯的正常运行。

3）在具体某个层站，分别对 3 个检测对象进行短

接，当轿厢在开锁区域内，轿门开启并且层门门锁释

放时，验证系统是否报故障并防止电梯的正常运行。

若要提高检验效率，则应先审查电气原理图与现

场接线，确认无误后，采用第 1 种方法。

4 带轿门机械锁或多轿门工况下的检验注

意事项

1）对于轿门带机械锁的，只短接轿门关闭到位验

证开关，若系统无法报故障，则应考虑厂家电路设计

采用“大封线”模式的可能性。此时，应同时短接验

证轿门机械锁啮合深度的电气开关，若系统报故障，

则判定为合格。

2）对于多轿门的轿厢，应注意前后轿门、前后层

门部分被短接，尤其是在控制柜中跨接是否检测得到？

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 57

检验与技术

Inspection and Technology

如图 2 所示，若 A-C 跨接、B-D 跨接、C-E 跨接，

按该原理图则对于双轿门的轿厢但并非同时开门的层

站才检测得到。对于双轿门但同时开门的层站，若A-C

跨接、B-D 跨接、C-E 跨接，由于双轿层门电气安全

装置均断开，导致以上 3 种短接，门回路依然处于断

开状态，门回路检测无法判断。门回路检测模块对于

以上 3 种跨接，在双轿层门电气安全装置均断开的情

况下，门锁短接检测与双通门门锁短接检测均无法收

到信号，误检测为正常。显然，图 2 这种电气原理图

存在缺陷，仅限于双轿门但并非到站同时开门的类型，

方可达到检规中第 2.8（7）的要求。若将前后门锁回

路进行并联（如图 3 所示），实现对各个门锁回路的

电气安全装置进行独立监控，是否满足 TSG T7001—

2009 第 2 号修改单中第 2.8（7）项的要求？图 3 可以

实现双轿门到站同时开门时对各个门锁回路的电气安

全装置进行独立监控。但是，当双轿门的轿厢到站只

开单侧轿层门时，由于另一侧的轿层门处关闭状态，

相当于间接短接了开门侧的门回路，门回路检测会直

接收到信号报故障，对于图 3 来说更不可取。但是如

果仅限于使用在双轿门的轿厢但到站同时开门的类型，

可达到检规中第 2.8（7）的要求。

图 2 简化双轿门门回路检测电气原理图

（仅限于使用在双轿门的轿厢，但到站只开单侧门的类型）

图 3 简化双轿门门回路检测电气原理图

（仅限于使用在双轿门的轿厢，但到站同时开门的类型）

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综上所述，若要应用在双轿门的轿厢，并且既有

单侧开门的情况，也有双侧同时开门的情况，需使前

后轿层门的门回路检测引脚相互独立，并且各自配备

门回路检测模块，可共用一个门锁短接检测引脚，具

体如图 4 所示。

图 4 简化双轿门门回路检测电气原理图（通用类型）

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5 门回路检测功能的故障复位

当检测到电梯门回路故障后，需要人为排查门回

路被短接的原因，并将故障清除，电梯才能重新恢复

正常运行。电梯门回路检测出故障后复位方式有 2 种：

手动复位和自动复位。

手动复位是人为排查门回路被短接的原因，并将

故障清除后，要手动按一次复位按钮。自动复位是指

人为排查门回路被短接的原因，并将故障清除后，进

入设定好的程序，控制系统按照设定好的程序进行自

我排查，当所有排查结果都正常时，电梯重新投入正

常运行。

门回路检测到故障后，自动复位检查程序通常有

以下 3 种：1) 短接层站被检测出来后，还要进一步开

展关于开门、关门的实验，如果结果是正常的则表示

故障已恢复，可让电梯正常运作。2) 被检测出有短接

的层站二次检测该门回路无短接后，对最底层和最顶

层的门回路也进行检测，当 3 次检测后均未有短接现

象，方可清除故障恢复运行。3) 对每层的门回路都进

行检测，当每个层站的门回路验证结果均为正常后，

电梯恢复正常运行。

6 改进的空间

以上所述的门回路检测功能均为市面上常见的做

法，虽然都可以满足 TSG T7001—2009 第 2 号修改单

中第 2.8（7）项的要求，但是均无法对单一触点的短接

进行验证，比如短接层门锁紧触点，此时层门的锁紧

（下转第 84 页）

58 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

人工智能技术在机械电子工程中的实践运用

冉 斌

（山东森峰激光装备有限公司 德州 251100）

摘 要：本文通过文献资料分析法和调查分析法，并结合实践分析了人工智能技术在机械电子工程领域

中的应用价值及其应用方向，同时以烟草生产设备故障诊断为例分析了人工智能技术的具体应用。通过实践

证明，基于人工智能技术的机械设备故障诊断系统可实现自动报警，提高企业安全生产能力，推动我国经济

社会发展。

关键词：人工智能技术 机械电子工程 实践运用

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

中图分类号：TB497 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0058-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.016

作者简介：冉斌（1985～），男，硕士，工程师，从事机

械电子工程方面的研究工作。

通讯作者：冉斌，E-mail：125833820@qq.com。

（收稿日期：2022-11-21）

1 人工智能技术概述

人工智能技术简称 AI，目前被广泛应用在各个领

域，利用此技术，不仅可以实现直接在计算机系统中

完成复杂计算的任务，在某些领域还能够代替传统人

工操作，极大地避免了因操作失误所带来的安全事故

等问题。近年来，人工智能在各行各业中的发展促进

了产品科技水平的提升，利用此技术，可以快速处理

相关数据信息，其处理速度和结果的准确性相比于电

脑操作效率更高，更具有优势。因此，相关工作人员

应积极学习人工智能技术方面的知识，从而在遇到问

题时可以运用此技术结合以往的工作经验去解决问题。

除此之外，人工智能技术包括人工智能技术器和外部

环境共同组织，需要加强对此技术的适用研究，以便

于促进科学技术的全面提升 [1]。

2 人工智能技术在机械电子工程中的运用

价值

2.1 满足对机械电子系统高精度控制要求

随着社会科技的迅猛发展，人工智能技术得到了

广泛应用。在机械电子工程中应用人工智能可以满足

对机械电子系统高精度控制需求。通常情况下，在机

械电子系统正常运行过程中，工作人员可以利用人工

智能技术，对电子系统运行情况进行初步判断 [2]。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 59

检验与技术

Inspection and Technology

2.2 提高机械电子设备稳定性

在以往工作模式中，技术人员往往通过传统方法

控制系统，会因工作模式滞后，而难以提高机械电子

设备的稳定性。所以要想在科学信息技术飞速发展的

时代背景下更好的发展，技术人员应灵活利用人工智

能技术以确保电子设备的稳定，并达到数据高效处理

的目的。另外，机械电子设备能否稳定关乎其质量，

相关人员可以利用人工智能技术对数据快速分析处理，

进一步提高工作质量和效率，也充分证实人工智能技

术具有较高的推广价值。

3 人工智能技术在机械电子工程中的应用

方向

3.1 应用于精准化方面

近年来，人工智能技术得到广泛应用，如在机械

电子工程领域中，能够有效改进传统机械电力工程中

的弊端。例如：确保机械电子设备的稳定性。人工智

能技术是指研究和开发用于模型延伸和拓展人的智慧

的技术科学。对于机械电子工程来讲，为了最大限度

地减少人工操作失误，避免安全事故问题发生，可以

灵活使用人工智能技术，使整个生产作业处于规范化

运行状态。由于机械电子工程所涉及的领域比较广泛，

且该行业的发展综合性较强，需要不断革新行业发展

技术，才能持续推进机械电子工程行业发展。人工智

能技术的应用全面优化整个生产操作流程，保障各项

生产作业顺利展开 [3]。另外，相比机械电子工程领域，

在人工智能技术的应用下工作效率不断提高。例如：

利用人工智能技术，能够及时优化和调整工作中出现

的问题，从而实现优化社会生产要素的目的。除此之外，

管理人员可以利用人工智能技术代替人工操作，利用

神经网络系统的模糊推理优化生产流程，从而满足实

际生产需求。

3.2 应用于数据分析方面

如今，人工智能技术被应用于电子工程领域中，

特别是在数据分析方面，它可以代替传统人工操作，

极大地提高数据分析水平和质量。管理人员可以利用

人工智能技术的逻辑性思维模糊推理等系统支持做好

数据分析。利用人工智能技术进行数据分析时，管理

人员主要是通过函数、增强链接高效化进行相关数据

的运算，切实提升我国社会生产力 [4]。在数据分析过

程中，管理人员可以利用人工智能技术进行进一步推

算，无限接近连续函数，此技术未来也有较好的发展

前景。因此，应加大对此技术的深入研究，特别是在

模糊推理与机械工程之间连接的稳定性方面，应加强

深入性分析。当然，人工智能技术并非止步于此，在

科学技术飞速发展下，对此技术也在不断展开深入研

究，技术水平的提高也将推动我国各行业的发展。

3.3 应用于故障诊断方面

利用此技术，可以满足对机械电子系统高精准度

控制要求。如今被应用在故障诊断之中，避免因利用

传统方法而造成大量时间和精力浪费等问题的出现，

真正意义上的保障机械电子产品所有故障能够被有效

诊断出来，随后采取有效的方法对故障进行处理，这

不仅能够提高故障诊断与维修水平，又能够发挥人工

智能技术在机械电子工程中的价值。机械电子工程产

品复杂性较高，因受到外界因素的影响出现故障，将

会影响行业生产，故而，利用人工智能技术对机械设

备进行故障诊断，随后对其原始信息进行处理，从而

节省大部分的人力物力成本。

3.4 应用于电气工程方面

人工智能技术可以有效保障相关设备处于稳定运

转状态。面对日益激烈的市场竞争，电气工程行业要

想获得更好的发展，必须掌握核心技术，通过利用人

工智能技术系统控制，同时在电气产品设计优化过程

中，可以利用人工智能技术确保产品设计方案的科学

性与合理性。只有确保电气产品设计的合理化，才能

为电气工程发展提供保障。另外，通过人工智能技术，

还能够帮助管理人员时刻掌握电气设备的运转状况。

人工智能在电气工程方面会涉及 4 个核心领域：1）系

统规划。作为电子系统物理基础设施项目的关键环节，

系统规划会涉及扩展研究、发电互联、传输服务请求，

一旦错误，就会导致成本超支、时间浪费，系统还会

受到严重损失。人工智能技术包含人类经验的表现能

力，能有效解决此类问题，可以快速提升系统规划质量。

2）系统分析。分析的主要目的是为了预测与监控由于

系统阻力不足而造成的低频机电振荡，人工智能基于

知识工程和认知科学，可以为用户提供优良的计算机

环境，帮助人类在规划过程中提高创造力。3）系统

操作和监控。人工智能可以及时监控动力系统进行预

警，同时可以处理相对复杂的工作内容，对故障进行

60 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

自行诊断，以预防电压崩溃。4) 运营计划。人工智能

使用动态规划技术筛选最经济的机组计划，考虑到电

力系统要求，创建闭环系统，减少操作员与专家系统

的交互，对未来可能发生的情况进行提前预测。电气

工程对设备要求精度极高，会涉及各个专业领域的支

持，操作难度和复杂程度都需要借助人工智能技术来

实现。

3.5 应用于机械电子系统输入中

人工智能技术应用在机械电子工程领域中，还体

现在其他方面，其中之一是被应用于机械电子系统输

入中。在生产过程中，需要运用机械设备，而机械设

备是否处于良好运转状态，直接关乎经济效益，所以

应利用人工技术确保机械电子设备的稳定性。通常情

况下，机械电子系统具有不稳定性的特点，在生产中

会面临很多问题，比如：因工况条件处于不稳定状态，

导致输入信息种类较多。为了解决以上问题，企业可

以利用人工智能技术对各种数据信息进行快速识别，

代替传统人工操作。还可以利用人工神经网络模拟人

脑构造，实现降低生产成本支出及提高数据信息的准

确性的目的。另外，人工智能技术被应用在机械电子

工程领域中，它可以最大限度地减少人工操作，避免

安全事故的发生，而为了实现降本增效的目的，应将

人工智能技术应用在机械电子系统输入领域中，不仅

能够满足对机械电子系统高精度控制的要求，还有助

于提高生产效益。

3.6 应用于工业焊接机器人领域

工业时代的到来，行业之间竞争压力逐渐加大，

而要想在瞬息万变的市场经济环境下立足不败之地，

应利用人工智能技术做好相关工作。近年来，人工智

能技术被应用在工业焊接机器人领域中，同样获得了

令人称赞的成绩和效果，它的应用可以有效提高机械

设备制造的先进性，降低生产成本。我们可以利用人

工智能技术做好焊接工作，提高焊接机器人整体质量。

焊接机器人是利用超声波以及磁粉探伤技术最大限度

地控制工件焊接缺陷。传统生产模式不利于提高机器

人焊接质量，所以相关生产单位可以利用人工智能技

术，最大限度地减少生产成本。另外，利用人工智能

技术，可以判断机器人焊接头是否符合焊接标准，还

可以减少飞溅问题的产生，确保作业人员生命财产

安全。

4 人工智能技术在烟草机械故障诊断中的

实践

4.1 故障诊断技术的应用需求

在烟草生产过程中若发生机械故障往往会造成停

工停产，给企业带来严重的经济损失，通过人工智能

技术的应用对烟草生产设备的运行状态进行实时在线

监控，可以有效提高烟草机械设备的安全运行能力。

近年来，烟草生产设备也向机械化、自动化、智能化、

大型化发展，机械设备在精度控制、工作效率方面都

取得了很大进步，生产力水平得到快速提升，但依然

会受到机械故障的困扰，严重时还会引发安全生产事

故。如果此类机械故障得不到有效解决，后续还会引

发其他类似生产事故，严重影响烟草生产企业的正常

运行。人工智能技术的出现使这一问题得到有效解决，

基于人工智能技术的故障诊断技术对烟草生产机械设

备的运行状态进行实时监测，针对突发故障及时发送

报警信息，并准确判断故障点，帮助工作人员查明故

障原因并及时排除，使生产设备尽快恢复运行。

4.2 基于人工智能技术的故障诊断模式

烟草机械故障诊断主要通过人工智能在线监测技

术来实现，监测设备负责采集设备的运行数据并通过

网络传输到数据库，监控中会对故障信息进行分析，

并建立数字化模型，如果监测到设备故障时会发送报

警信号并给出故障排除建议，其整体架构主要包括数

据采集层、PCL（可编程逻辑控制器）硬件处理层、

数据存储层和智能分析层等部分。

数据采集层是通过安装的传感器和接收模块完成

信息的采集，比如工业上常用的加速度振动传感器

T101A，将接收的模拟信号转换为数字信号后通过网

络传输至 PLC 硬件处理层。PLC 对接收的信号进行处

理，转换为振动的波形数据，并通过 PLC 的 IP（网络

之间互连的协议）地址触发临时采集程序。智能分析

层是对接收的信号进行分析，可以生成趋势图、轨迹

图、瀑布图、拓扑图等，报警的方式可分为颜色报警、

总值报警、频段报警等。

5 结束语

综上所述，随着社会经济的发展，各行各业对

人工智能技术的应用也越来越广泛。比如精准化、

（下转第 80页）

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 61

检验与技术

Inspection and Technology

高压开关柜结构设计分析

易应宽

（贵州省公路工程集团有限公司 贵阳 550001）

摘 要：本文首先分析了高压开关柜的具体涵义，重点对高压开关柜结构的设计内容进行论述，并从母线、

互感器、真空断路器、控制回路以及隔间面板 5 个方面进行分析。同时也针对高压开关柜在进行结构设计时

需要重点关注的内容，从防护等级、安全净距以及爬电距离 3 个方面进行了阐述，从而为高压开关柜进行有

效的设计和规划以及保证高压开关柜的实际应用效果提供了借鉴。

关键词：高压开关柜 结构设计 设计要点

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

中图分类号：TB497 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0061-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.017

作者简介：易应宽（1973～），男，本科，高级工程师，

从事高低压成套结构设计、起重机械行程限位装置设计工作。

通讯作者：易应宽，E-mail：yiyingk@163.com。

（收稿日期：2022-11-24）

高压开关柜是指应用于电力系统发电、输电配电、

电能转换和消耗中起到中断控制或保护等作用的机械设

备。在研究高压开关柜的结构设计情况时，笔者详细研

究了国内外高压开关柜的研究情况，现阶段，国外大部

分高压开关柜生产厂家为提升自身的竞争力，调整和优

化了高压开关柜的结构，提升了开关柜的绝缘体 [1]。国内

的高压开关柜结构设计以及加工生产能力也在大幅度

提升，由以往的焊接式框架转为组装式框架。

1 高压开关柜概述

1.1 高压开关柜涵义

高压开关柜在现实生活中的应用较为广泛。在大

部分用电场所都需要设置高压开关柜这一基础设施。

高压开关柜在日常生活中被广泛地应用于发电厂、变

电站、石油化工厂以及各类建筑物中，以保障各个建

筑设施及厂区的正常用电情况。

1.2 高压开关柜系统内容

在高压开关柜日常选择过程中，技术人员会对当地

以及本工厂所使用的电压等级进行分析，由此选择最符

合使用条件的高压开关柜，保证建筑或工厂的正常运行。

高压开关柜的系统在设计及后期运行过程中其主要运作

预期是为了降低能源的消耗，并且在系统运行过程中，可

以保障高压开关柜的电能输入和输出满足各方面的实际

需求。在对高压开关柜的电力系统进行安装时，其主要

接线方式为双电源、母线、旁路母线和单电源等。

2 高压开关柜结构设计

2.1 高压开关柜一次元件的结构设计

1）母线。高压开关柜中的母线设计极大地影响了

62 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

开关柜各个设备的运行情况以及电能的控制情况。在

进行母线设计时，专业工作人员需要明确高压开关柜

的运行电压以及实际应用要求，从而根据具体规划及

实际内容，明确母线的具体规格以及相应电压值等。

进行母线设计时，大部分设计人员会从以下 2 个方面

进行分析。其一，在进行主母线的设置和具体线路规

划时，会主要明确主母线的限定电压值和电流值，以

根据相应的数据内容设置主母线的线路以及具体型号。

其二，根据要求率先检测高压开关柜中主母线的格式，

以此根据实际情况与用户客户进行有效沟通。在明确

用户的应用格式以及额定值之后，分析后续母线的设

计要求以及具体设计内容。对此，在进行高压开关柜

的母线设计时，相关工作人员必须结合实际情况进行

分析。在了解了主母线的格式以及用户需求后，再制

定整体的母线设计方案以及施工流程，由此保证主母

线在运行过程中能够满足高压开关柜的电压值和电

流值 [2]。

2）互感器。高压开关柜中的互感器也是一项较为

重要的组成设备，在进行电流互感器的二次绕线设计

过程中，专业人员必须考量互感器的实际应用情况和

应用需求。在进行设计时，一定要保证互感器的相关

线路能够接地，从而避免互感器的线路在进行绕线操

作时，其线路上方的绝缘体受到一定的影响。当线路

进行接地处理之后，就可以将互感器线路内部的高压

有效导入地面内部，以此来维持二次绕线操作过程中

的低电流情况。在接地处理后，既能够保证绕线绝缘

体的有效保存，也能够避免工作人员在操作过程中受

到电流影响，保障了工作人员的人身安全。另外，在

进行互感器二次绕线设计过程中，互感器不能开路，

需要保证一次电流在实际流通过程中不会成为励磁电

流。因为在接地处理之后，如果一次电流变成了励磁

电流，那么在互感器的日常运行期间，有相关电流通

过之后，就会引起精密电流互感器铁芯过度饱满，从

而使得互感器整体所承受的电压过高。在高压电流不

断流通下，会导致互感器整体的温度升高，由此影响传

感器的日常运行。随着温度增高，传感器内部的铁芯会

被烧坏，由此导致互感器无法进行正常工作。专业工作人

员进行设计时，保证互感器绕线的接地处理之后，也可

以根据电气元件的设置情况以及母线的具体格式和互

感器的应用强度进行分析，从而选择更加多样的电流互

感器形式。其中主要有贯穿式支柱式和母线式，都可以

让设计人员根据实际情况进行有效的选取 [3]。

3）真空断路器。设计高压开关柜一次元件时，母

线和互感器的设计更多的是为了保证高压开关柜的有

效应用，使开关柜能够发挥出实际作用。而真空断路

器的主要功能是避免高压开关柜在日常运行中发生较

大故障问题。在高压开关柜运行期间一旦发生故障，

那么真空断路器会立即进行处理，切断高压柜中故障

区域的电源，从而避免高压开关柜产生较大的故障。

对此，在真空断路器设计过程中，专业工作人员必须

了解真空断路器的实际作用。在高压开关柜正常运行

过程中，如果各个结构以及相关设备没有发生故障，

那么真空断路器会针对高压开关柜内部的断开回路的

负电荷进行有效接收，从而保证高压开关柜的正常运

行。如果高压开关柜在日常应用阶段部分区域发生了

故障，那么真空断路器就会与继电保护装置立即开启

高压开关柜的断流工作，从而使发生故障的区域没有

任何电流通过，以此降低故障的影响范围。同时，真

空断路器还具备安全的防跳性能，所以在高压开关柜

日常运行期间，真空断路器的有效开展能够极大地保

障该高压开关柜的运行情况，避免相关故障问题的进

一步扩大。

2.2 高压开关柜二次元件的结构设计

1）控制回路。在高压开关柜中，最主要的控制回

路主要有储能、合闸和跳闸 3 种。其他控制回路大部

分是在 3 种主要控制回路基础上进行扩展和操作的。

对此，本文接下来主要针对储能、合闸和跳闸这 3 种

控制回路进行分析。储能回路的主要作用是提供断路

器在合闸时所需要的电源，保证断路器的日常运行情

况；合闸回路的功能为保证开关柜在运行期间的手动

合闸和电动合闸的有效操作；跳闸回路的具体作用更

多的是避免合闸情况的发生。如果在高压开关柜日常

运行过程中出现了不符合运行情况的跳闸形式，那么

跳闸回路就会进行具体的操作，开启几种防跳形式，

从而预防跳闸现象的产生。如果在高压开关柜运行过

程中发生了较为严重的跳闸现象，就会切断高压开关

柜中的所有电源，使各个设备无法正常运行，由此就

会造成建筑内部电源的变化。对此，跳闸回路的开启

能够有效运用综合保护装置以及断路器和防跳继电器

等各类设备，使得高压开关柜在运行期间不会由于特

殊情况产生跳闸现象，由此保证了高压开关柜的有效

应用。

2）隔间面板。高压开关柜中大部分结构的设计，

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 63

检验与技术

Inspection and Technology

更多的是在保证高压开关柜整体运行起到了实际的应

有作用。而隔间面板这一结构更多的是针对高压开关

柜中的各类设备进行有效检测和实时监督，从而保证

设备的正常应用。同时，在仪表隔板隔间的面板设计下，

需要针对面板中的各类设备进行有效分析，保证其设

备的型号和具体功能能够与仪表隔间的面板设计相

吻合 [4]。

3 高压开关柜结构设计的要点

3.1 防护等级

由于高压开关柜在运行过程中，内部设备以及具

体结构都会有相应电流通过，所以在高压开关柜结构

设计过程中必须设计相应的防护等级，以此保证高压

开关柜的安全性。在防护等级设置过程中，可以避免

人体在接触高压开关柜时触碰到电压较高的部件。对

此，在进行设计时，专业工作人员需要明确防护等级

的具体内容和相关操作。在实际设计过程中，并不是

防护等级越高最后的防护效果越好。因为防护等级越

高，高压开关柜的整体结构设计越复杂，相应的生产

成本也会提升，由此使得高压开关柜整体的散热效能

较差，不利于高压开关柜的长期使用和柜内各类设备

的日常运行。对此，在进行防护等级设计时，大部分

专业人员都会将此等级设计在 IP3X、IP4X。例如，在

日常设计过程中，10 kV 固定式开关柜的防护等级一

般规定为 IP3X，而移动式开关柜的防护等级则规定为

IP4X。在进行结构设计过程中，专业工作人员必须考

量防护等级这一内容，避免危险事故的发生 [5]。

3.2 安全净距

高压开关柜在日常运行过程中，因为应用时间的

增加以及电流的长期通过，会使得柜内温度有所升

高。在进行高压安全柜结构设计时，专业工作人员如

果忽视了柜内的安全净距设计，就会导致柜内的设备

结构以及电气元件之间没有安全空隙。由此在长时间

应用下，就会造成电器元件短路现象，从而导致电力

系统崩溃。因此，在进行结构设计过程中，安全净距的

规划也是非常重要的。在安全净距的设计过程中，其

主要电力标准会以海拔 1 km 的高度为主要分界点。

如果高压安全柜在实际应用过程中，其具体位置在

1 km 以下，那么柜内的电器元件之间的安全间隙就需要

大于 125 mm；如果在 1 km 以上位置，那么电气元件安

全间隙就需要结合实际情况和应用强度进行分析。同时，

为了保证电气元件在日常运行中不受其他设备影响，就

需要有效控制高压开关柜中的温度。在实际结构设计过

程中，专业工作人员会安装相应的保温隔板，以保证柜内

的温度处于恒温状态，避免温度大幅度上升。但是在长

期应用下，保温隔板的保温性能也会有所下降。对此，在

高压开关柜的结构设计过程中，工作人员需要明确高压

开关柜在日常运行阶段的实际温度，制定定期检查方案，

以保证高压开关柜的安全运行。

3.3 爬电距离

随着社会经济的发展，人们对于电能的使用量逐

步提高，使用时间也有所延长。用户对于电力系统的

运行情况和可靠性提出了更高的要求。因此，在高压

开关柜的结构设计过程中，相关工作人员必须重视爬

电距离这一内容。工作人员可以结合高压开关柜的实

际应用情况和应用环境进行分析。首先，高压开关柜

中的部分设备以及电气元件在进行设计时都会进行绝

缘处理，由此保证组件的日常运行情况。而绝缘件在

设计过程中也需要满足相应的绝缘水平，并且在明确

具体污染情况下，保有较强的绝缘爬电距离。专业工

作人员在设计高压开关柜结构的爬电距离时，主要会

根据开关柜的应用情况和污染等级进行分析。如果在

现实生活中污染等级为 2 级，那么 10 kV 高压开关柜

中，瓷绝缘组件的爬电距离可以控制在 18 mm/kV 以

上，而有机绝缘组件的爬电距离可以控制在 20 mV 以

上。另外，在设计高压开关柜爬电距离的过程中，专

业工作人员需要在明确开关柜中各组件的材料以及整

体绝缘性能之后进行分析。并且在明确绝缘件的污染

等级之后，根据高压开关柜的结构设计要求进行有

效规划，以保证高压开关柜结构设计的有效性以及

合理性 [6]。

4 结束语

综上所述，高压开关柜已经成为电力系统在日常

运行期间必须用到的一项电力设备。对此，为了保证

人们日常的用电需求，提高高压开关柜的使用效果和

使用寿命，就需要针对相应结构内容进行有效设计，

从而保证母线、互感器、真空断路器、控制回路以

及隔间面板的应用价值。因此，我国高压开关柜结构

（下转第 70 页）

64 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

炉顶红外热成像系统在高炉中的应用

张 翔

（湖南湘潭市湘钢工程技术有限公司 湘潭 411101）

摘 要：高炉炉顶红外成像监测系统是有效监控高炉内部运转情况的设备，对高炉上部环境进行监控，

能全面地了解高炉内部空间的物料环境、气流情况和布料情况等，对于整个工业生产过程有着较大意义。本

文以实际案例分析了高炉炉顶热成像存在的问题，并在此基础上对其进行热成像的系统改造，有效地解决了

炉顶红外热成像系统技术性问题，并提出一系列的安全防护措施，以期为我国高炉炉顶红外热成像系统使用

能力的快速提升带来更多经验参考。

关键词：高炉炉顶 红外热成像系统 实践应用

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

中图分类号：TB497 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0064-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.018

作者简介：张翔（1981 ～ )，男，本科，工程师，从事工业

监控方面的工作。

通讯作者：张翔，E-mail: 15759073@qq.com。

（收稿日期：2022-11-04）

高炉炉顶热成像仪是安装在高炉炉顶的设备，其安

装位置同炉顶摄像仪相似，并可以和炉顶摄像仪同时使

用，起到互补的作用。在高炉生产的过程中，高炉内部空

间物料的布设温度和气流等的分布状况对于整个工业

生产过程有着较大意义，观察内部空间的气流分布状况，

可以更加高效、科学地判断高炉内的生产状况，促进其

内部生产效率的提升 [1-2]。传统高炉炉顶成像系统图像

清晰度低、故障率高，有必要对该系统进行升级改造，以

满足现代高炉设备操控、监控的要求。

1 原高炉炉顶成像存在的问题

摄像仪目前已普遍应用，但高炉炉顶摄像仪仅能

反映出内部料面的燃烧情况，模拟出温度场，而十字

测温的温度测量仅为多点测温而且较不均匀，且随着

高炉操作水平不断提高以及高炉环保节能等因素，炉

顶温度处于相对较低的水平，为了取得更为清晰的炉

内温度图像，有必要开发以热成像为基础的高炉炉顶

红外热成像系统 [3]。该系统有助于更好地操控高炉设

备，使高炉工长能在线观察炉内状况和设备运行情况，

对出现的异常现象做到早发现、早处理，杜绝事故发生。

同时，为高炉操作者制定合理的操作制度提供了科学

依据，特别是其显示的煤气流分布状况，为操作人员

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 65

检验与技术

Inspection and Technology

及时调整装料制度，寻求合理的煤气流分布，稳定炉

况奠定了坚实可靠的基础。

湖南湘潭市湘钢工程技术有限公司（简称湘钢）

的高炉炉顶成像系统原采用传统摄像头，包括电气控

制系统、成像系统、监控系统、冷却系统等，其中监

控系统设在主控室，利用炉顶摄像头将炉内景物传输

到主控室监控屏幕上。在实际运行中，该系统存在以

下 5 个方面问题：

1）图像清晰度低，只能看到溜槽及其运动状态，

不能看清溜槽衬板的磨损情况以及溜槽有无变形等；

2）不能监测料面温度，无法判断炉内煤气流分布；

3）出现异常情况（如断水断电、煤气温度升高等）

时，摄像机易被烧坏，故障率高；

4）炉内摄像头损坏后更换困难，更换时有煤气泄

漏风险；

5）受设备性能限制，难以对炉喉布料设备、煤气

流分布等进行监控，难以满足精准操作的要求。

综上所述，原高炉炉顶成像系统存在较多不足，

需要进行升级改造。

2 高炉炉顶热成像系统改造措施

2.1 改造后的系统组成

根据高炉现场实际要求，改造后的高炉炉顶热成

像系统由广角红外镜头、高分辨率红外热像仪、炉体

安装组件、水电气控制柜、自动退出装置、镜头清扫

装置、电气控制柜、工控机等组成。高炉炉顶热成像

仪通过特殊的热成像技术将炉内料面状况、温度与气

流分布图像传输给主控室，应用计算机技术、多媒体

技术、摄像技术、光学技术、图像处理技术等，实现

主控室的监视器上实时在线观测，指导布料等操作，

还能及时发现高炉炉顶热成像协调运行过程中的诸多

问题，妥善处理以减少经济损失 [4]。

以湘钢的高炉炉顶热成像系统为例，其由广角红

外镜头、高分辨率红外热像仪、炉体安装组件、水电

气控制柜、自动退出装置、镜头清扫装置、电气控制

柜、工控机等组成，高炉炉顶热成像系统的热像仪探

测器类型为非制冷焦平面，感应波长为 8 ～ 14 μm，

像素为 384×288，最大帧频是 50 Hz，在高炉生产的

过程中测温范围为 50 ～ 1 000 ℃，最终的监测精度

在 ±3% 之内，监测过程中的视场角为 97°，水平视

角为 79.6°，垂直视角为 63.4°，数据接口采取 100M

以太网。在选择热成像系统冷却气体的过程中，为最

大限度地保护高炉炉顶热成像系统的各项检测设备，

其冷却系统应尽可能采取干燥、无油、无水、无尘、

连续的工业氮气，现实流量约为 20 m3

/h，压力为

0.5 MPa ≤ p ≤ 0.8 MPa，温度一般应不大于 40 ℃，

以免高炉炉顶热成像系统内部零部件受到损伤。

2.2 改造后的系统功能

1）在炉喉上方有、无可见光的情况下，均能在主

控室实时看到高炉料面和溜槽部分的清晰图像。

2）探头采用双层水冷气封设计，全不锈钢材质，

从探头内部向外吹气形成气幕，防止结灰并保护镜头

及热像仪等设备；通过冷却水套对热像仪的外套进行

连续冷却，保证热像仪的温度控制在 40 ℃以内。

3）系统由 PLC（可编程逻辑控制器）控制，具备

断水、断气、断电、高温自动退出保护功能，异常情

况下摄像枪自动退出到炉外并关闭高温阀门；可在主

控室遥控（鼠标点击）退出或进入，也可现场手动控

制退出或进入。

4）镜头自动刮扫装置定期刮扫镜头前灰尘，可根

据炉顶的灰尘含量调整刮扫周期，也可在主控室遥控

（鼠标点击）刮扫。

5）当检修或更换设备时，检修人员只需按下现

场控制柜内的“摄像枪退出”按钮，PLC 系统就会自

动控制摄像枪退出炉外；在摄像枪退出炉外的同时，

PLC 系统会自动关闭高温球阀，并在摄像枪全部退出

炉外后，将摄像枪与炉内隔离，避免炉内煤气外漏；

因此，检修或更换时高炉无须休风。

6）实时监控并显示相关设备的运行状态。

7）设备状态、设备温度、冷却水（气）压力等历

史记录及查询功能。

2.3 热成像本体设备及操作

高炉炉顶红外成像监测系统主要包括热成像本体

设备和设备控制柜，而热成像本体设备主要包括高炉

炉壳定位安装管、石棉垫、水套装配、电动推杆装配、

球阀装置、停位管、滑台背板装配、枪体整体装配、L

型连接板、原点接近开关、上限接近开关和工位接近

开关等。其中，工位接近开关也就是常说的高炉炉顶

红外热成像系统构成中的下限接近开关，上述所有装

备构成了完整的高炉炉顶红外热成像系统。在操作高

炉炉顶红外热成像系统控制柜操作面板按钮时，手动、

66 2023.02 设备监理

检验与技术

Inspection and Technology

停止、自动旋钮为三档旋钮，在自动状态下上电设备

自动复位（刮灰到工作、滑台返回零位、球阀关闭）；

停止状态下上电设备无反应；手动状态下上电设备无

反应，其他按钮不能操作，首先要按系统复位按钮使

设备进入手动操作状态。报警复位按钮为特殊操作按

钮，系统复位按钮在“手动停止自动旋钮”旋转到手

动位置时，首先要按系统复位按钮，设备复位（刮灰

到工作、滑台返回零位、球阀关闭），此时激活手动

操作。此外，手动刮灰按钮可以作为控制刮灰的设备

按钮，热像体进退按钮在球阀打开状态下，此按钮控

制热像枪插入和退出。在热像枪退出状态下，球阀开

关按钮控制电动球阀的开关。

3 炉顶红外热成像系统技术性问题及解决

措施

在炉顶红外热成像系统实践应用过程中，其技术

性问题包括供电电源故障、PLC 通信故障、摄像体位

置故障、刮灰状态故障、球阀状态故障等诸多类型。

在炉顶红外料面成像系统中存在一系列的技术性问题：

1）当红外热成像系统在高压 700 kPa 以上的气压

情况下，会迅速压坏摄像机里面的真空管，造成图像

无法成像。此时，会采取 2 种方式解决这一问题，可

以在使用高压氮气情况下，安装自动泄压阀，控制在

500 kPa 内就自动泄压，或者使用中压氮气，气压波动

不大于 400 kPa 也可以长时间正常工作。

2）当红外热成像系统在退出情况下，镜头的窗口

结构件由于与球阀相接触，球阀会导热，造成窗口结

构件被烤花。通常会进行超过 3 h 的高炉休风，需要

拔枪，避免因高炉停氮气，又没有开人孔，炉体温度

较高，烤坏窗口结构件。

3）红外热成像系统的滑台在进出的时候容易显示

卡住。通常会采用 2 种方法解决，第 1 种是直观检查

滑台上下限位控制器的灯位是否点亮，调整控制器与

滑台的间距，清理铁灰。第 2 种是可以直接更换滑台

电机。

4）当红外热成像系统刮灰，但是在视角前仍旧积

灰，图像孔被堵住。通常会采用 2 种方法解决。第 1

种是设备的高炉内壁积灰，刮灰系统作用不到。缩小

枪体伸进距离，使前端的出气孔变大，吹扫风量增加。

第 2 种是把整个系统从炉壳起出，用 7 字型铲，把炉

壁的积灰除掉。

对高炉炉顶的供电电源异常温度解决时，首先要

确保炉顶红外热成像系统无其他异常或已完成系统复

位，然后在设备外部供电 220 V 条件下断电并联系现

场解决。就刮灰状态异常而言，该故障对应接近开关

线路原因或损坏或者是推杆卡在中间无法动作抑或者

是推杆损坏等原因，可采取排除法一一排除。就伺服

状态异常而言，主要根据炉顶红外热成像系统伺服报

警内容操作，其故障表现、内在原因及解决措施见表 1。

报警内容 原因 解决方法

[14.0]

[14.1]

1）红色六芯线（电机电源线）

u v w 短路、接地、接触不良；

2）驱动器损坏；

3）电机损坏

1）检测红色六芯线（由柜内线

到航插逐一排查）；

2）断掉电源线，仍报警 14.0 则

驱动器损坏；

3）更换电机

[16.0]

1）过载，机械抱死，刹车损坏，

滑台卡死；

2）电机电源线问题

1）检查电机、滑台；

2）检查电源线

[21.0] 编码线断开 检查编码线连接

表 1 伺服报警操作示意

4 结束语

高炉炉顶红外热成像系统是根据高炉现场实际需

求，利用高清热像仪高温红外镜头和夜视热成像技术，

在有、无可见光的情况下均能将料面、溜槽及上部区

域的红外热视频图像实时传送到主控室的屏幕上，在

线监测料面温度，并根据高炉炉顶的工况环境采取冷

却、吹扫、刮扫、异常情况自动退出等安全防护措施，

以保证整套系统的使用寿命，整个系统的精妙设计，

能借助多项安全措施不断提升高炉内部参数信息的提

取效率，进而为炉顶红外热成像系统应用价值的最大

化奠定基础。

参考文献

[1] 蔡斯伟，彭丽煌，陈克武 .炉顶红外热成像系统在

高炉的应用 [J].南方金属， 2019(02) ：26-28.

[2] 张丽丽，安钢，张志刚，等.宣钢高炉炉顶红外摄

像技术的应用 [J].河北冶金，2007(06) ：33-35+39.

[3] 霍朝阳，郭拂娟 .红外热成像技术在石化行业中的

应用实例 [J].中国设备工程，2 008（0 5）：52-53.

[4] 张寿荣，王筱留，毕学工，等.高炉高效冶炼技术

[M].北京: 冶金工业出版社，2015.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 67

安全分析

Safety Analysis

风机专用轴承内圈滚道壁厚差对轴承

噪声影响的研究

胡仁喜

（六安滚动轴承有限公司 六安 237000）

摘 要：风机专用轴承感官噪声是客户评价轴承综合质量的重要判定依据之一，成品轴承噪声大小受众

多因素影响，在实际磨削加工过程中难以分辨其主要影响因素。本文通过了解客户反馈噪声过大的样品，分

析测量内圈滚道壁厚差，找出影响噪声大的主要因素是滚道壁厚差，并加以控制在 0.005 mm以内。经试验证明，

可批量稳定达到客户感官标准，并给出了结论即“有 82.4% 的风机专用轴承感官噪声受内圈滚道壁厚差影响，

且壁厚差≤ 0.005 mm，可显著降低风机专用轴承噪声”，对控制风机专用轴承的噪声具有一定的指导意义。

关键词：风机专用轴承 噪声 内圈滚道壁厚差 回归分析

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

中图分类号：TB496 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0067-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.019

作者简介：胡仁喜（1979 ～ )，男，大专，助理工程师，从

事轴承设计、制造工艺方面工作。

通讯作者：胡仁喜，E-mail: 452243717@qq.com。

（收稿日期：2022-12-07）

1 问题提出

1.1 定义

轴承内圈壁厚差 Ki 是指以轴承内径圆柱面为基

准，内圈滚道表面对内径圆柱面的跳动，通常是指

滚动轴承的内圈的滚动面到内圈的内表面的距离变

动量。

轴承感官噪声因人而异，按照轴承噪声标准分类，

一般轴承噪声分贝值≥75 dB，可视为感官噪声不合格。

1.2 概述

调心滚子轴承内部结构是由内外圈二条滚道、中

档边、小档边、一定数量的滚动体组成，主要承受径

向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷，有较高

68 2023.02 设备监理

安全分析

Safety Analysis

的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，

但不能承受纯轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形，

故其调心性能良好，能补偿同轴度误差。因为有 2 列

对称型球面滚子，外圈有 1 条共用的球面滚道，内圈

有 2 条与轴承轴线倾斜一定角度的滚道。由于调心滚

子轴承的外圈滚道是球面的一部分，其曲率中心在轴

承轴线上，在与滚动方向垂直的截面内，滚子母线是

曲线，与内外滚道能够很好地吻合，滚子与滚道是线

接触，调心滚子轴承的滚子与滚道的吻合度高，一般

达到 95% 以上，并且都是曲线母线，能承受径向负荷

及轴向负荷，具有较好的抗冲击能力、良好的调心性能，

当轴受力弯曲或安装不同心时，轴承仍可正常使用。

因滚道工作面、滚动体为球面，在实际工作中，具有

自动调心优势，允许轴有一定角度倾斜，一般在不超

过 3°的情况下，轴承可以正常工作。该类型轴承的

负荷能力较大，除能承受径向负荷外轴承还能承受双

向作用的轴向负荷，具有较好的抗冲击能力。一般来

说调心滚子轴承所允许的工作转速较低。因此，广泛

应用于工程机械、矿山机械、石油机械等工况条件较

恶劣的场合。

笔者公司生产的风机专用轴承，属于调心滚子轴

承的一个特殊系列，除按照 GB/T 307.3—2017《滚

动轴承 通用技术规则》生产外，用户对感官噪声提

出了特别要求。风机专用轴承主要使用在矿山、塑料

生产等粉尘比较多的地方，通过风机把颗粒粉尘排出

工作空间外，由于风机工作场所有操作人员在现场，

因此对噪声提出了一定要求。一般正常工作时，感官

噪声应≤ 75 dB。公司配套于广东佛山某高端风机客户

（风机型号为 FBG-12，400 kW，14 500 r/min，风量为

33 000 ～ 65 000 m3

/h，风压为 8 500 ～15 500 Pa）反映

其中一批（计 50 套）22324W33C9 风机专用轴承感官噪

声过大将其退回。工作人员随机抽样 30 套轴承，按照

GB/T 32333—2015《滚动轴承 振动 ( 加速度 ) 测量方

法及技术条件》进行了测量分析，得到了相关测量数据，

通过分析测量数据，找出影响感官噪声大的主要因素，

为产品质量改进提供了科学依据 [1]。

2 检测试验

首先将该 30 套轴承置于 S9912 振动仪（轴研科技

产）上检测振动值，参照 GB/T 32333—2015 用校准

准确的分贝仪检查，结果见表 1。

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

分贝值 85 89 60 89 86 82 88 89 92 84 86 87 82 85 88

序号 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

分贝值 84 86 87 82 84 82 80 79 81 72 84 82 89 88 87

表 1 噪声值 dB

从表 1 中可看出，30 套轴承中有 28 套轴承噪声

值超出 75 dB 要求，2 套轴承分贝值合格（编号分别

为 3 和 25），28 套振动值不合格的轴承中，分贝值平

均值高于 75 dB 的占 14% 左右。剔除 2 套噪声分贝值

小于 75 dB 的轴承，将 28 套噪声值大于 75 dB 的轴承

一一编号，按照编号将轴承拆套，内圈一一对应检测

（H903 轴承专用检测仪）内圈滚道壁厚差，见表 2。

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

壁厚差 Ki 9 10 4 11 8 6 9 10 11 8

序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

壁厚差 Ki 7 9 7 6 9 7 8 9 7 6

序号 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 内圈滚道壁厚差 μm

将 30 套轴承检测的分贝值、内圈壁厚差、粗糙度

按照编号一一对应，统计见表 3。

序号 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

分贝值 /dB 85 89 60 89 86 82 88 89 92 84

序号 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

分贝值 /dB 86 87 82 85 88 84 86 87 82 84

序号 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

分贝值 /dB 82 80 79 81 72 84 82 89 88 87

表 3 内圈滚道噪声分贝值和滚道壁厚差、粗糙度对应值

从表 3 中可看出，28 套分贝值不合格轴承对应的

滚道壁厚差均大于 0.005 mm；因检测滚道粗糙度均符

合工艺标准要求（工艺标准 Ra ≤ 0.16 μm），该因素

可不作为研究对象。

3 统计学分析

3.1 统计学回归分析

用回归分析法对检测试验数据进行以下分析：即

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 69

安全分析

Safety Analysis

内圈滚道壁厚差与噪声分贝值变化规律的分析，设 x

为轴承内圈滚道壁厚差，y 为成品轴承感官噪声分贝

值，则有 y=f(x)。根据表 3 检测测量滚道壁厚差和成

品轴承分贝值，可求出 ∑xi

=221，∑yi

=2 387， =x 7.89，

y =85.25，则样本的标准偏差见式 (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

.

样本的协方差见式 (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

.

样本相关系数见式（4)：

γ (4) 1 大 = S

S S

xy

x y ⋅ = 5 11

1 75 3 216

.

. . ×

= 0.908

有用率见式（5)：

γ1

2

=0.824 (5)

即有 82.4% 的成品轴承的分贝值受内圈滚道壁厚

差影响，故该批噪声不合格的成品轴承分贝值与内圈

滚道壁厚差之间的关系用式 (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 统计学显著性水平分析

根据概率原理中 t 分布，判断成品轴承分贝值

与内圈滚道壁厚差是否有显著关系。在 99% 置信度

（α=0.01）且样本为 26（n-2）的条件下，用插值法

查相关系数检验表得 γ=0.479，显而易见 γ1 大＞ γ，故

成品轴承分贝值与内圈滚道壁厚差具体数值大小有显

著的正相关关系。对轴承噪声分贝值和内圈滚道壁厚

差建立回归图，如图 1 所示。

图 1 轴承噪声分贝值和内圈滚道壁厚差回归图

78

80

82

84

86

88

90

92

94

1 3 5 7 9 21 23

ాංڢࡐՄࢩֶ0μm

ዡ׶ሯำݴԞኵ0dB

4 分析讨论

通过对表 1、表 2 和表 3 中的数据进行观察以及

统计学分析可知，滚道壁厚差是导致本批风机专用轴

承感官噪声过大的主要原因，且正相关性较强，为了

更加直观，对滚道壁厚差数据排序，得出滚道壁厚差

和轴承噪声分贝值关系图，如图 2 所示。

图 2 内圈滚道壁厚差和轴承噪声分贝值关系图

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

ࢩՄڢࡐංా

ֶ

K0i μm

ዡ׶ሯำݴԞ

ኵ/dB

ֶࢩՄڢࡐංా

ࡽႾ

ዡ׶ሯำݴԞኵ

从图 2 中可看出：1）风机轴承感官噪声过大的关

键因素是内圈滚道壁厚差过大；2）内圈滚道壁厚差

主要影响风机专用轴承噪声分贝值；3）内圈滚道壁

厚差≤ 0.005 mm，风机轴承的感官噪声用户可接受；

4）在现有的工艺条件下，应将内圈滚道圆度误差工艺

标准修订为≤ 0.005 mm，确保风机专用轴承感官噪声

在用户可接受范围内 [2]。

5 工程验证

根据上述分析讨论结果，修订风机专用轴承内圈

滚道壁厚差标准，并重新生产 200 套，按照设备调整

规范要求，做好平衡砂轮磨削加工，从完工的内圈半

成品零件中随机抽取 30 套内圈，检测滚道壁厚差，仍

然采用编号方法，经检测内圈滚道壁厚差结果见表 4。

70 2023.02 设备监理

安全分析

Safety Analysis

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

壁厚差 Ki 3 2 4 4 3 4 4 2 3 4

序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

壁厚差 Ki 2 3 4 4 3 1 4 3 3 2

序号 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 内圈滚道壁厚差 μm

从测量结果看，内圈滚道壁厚差显著改善，都在

0.005 mm 范围以内，滚道粗糙度符合工艺标准要求。

依照上述方法，按照编号对内圈装配成成品轴承，

一一对应在速度型 S9912 振动仪（轴研科技产）上检

测振动值，参照 GB/T 32333—2015 用校准准确的分

贝仪检查，结果见表 5。

序号 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

分贝值 /dB 62 71 65 55 71 65 67 59 63 71

序号 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

分贝值 /dB 55 59 69 67 62 55 71 70 68 62

序号 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

分贝值 /dB 66 72 68 64 67 65 71 62 68 70

表 5 噪声值

从表 4 和表 5 中看出，重新安排投产的内圈滚道

壁厚差均控制在 0.005 mm 之内，同时成品轴承的噪声

分贝值显著降低，符合用户对感官噪声提出的特别要

求即“感官噪声≤ 75 dB”。后期将剩余的 170 套轴

承装配成成品，又从中随机抽取了 10 套检测噪声分贝

值均小于 75 dB，在此不再叙述。该批重新加工的风

机专用轴承发用户后，通过一段时间质量跟踪，使用

状况良好，用户没有再次反映噪声过大问题 [3]。

6 结束语

通过实验分析该批轴承噪声大问题，得出如下

结论：

1）内圈滚道壁厚差是影响风机专用轴承噪声大的

主要因素。

2）内圈滚道壁厚差≤ 0.005 mm，风机专用轴承噪

声在用户可接受范围内；内圈滚道壁厚差＞ 0.005 mm，

风机专用轴承噪声用户不接受的比例高达 82.4%。

3）将内圈滚道壁厚差控制在 0.005 mm 以内，风

机专用轴承噪声可满足用户特殊要求。

4）在轴承内圈磨削加工过程中，将壁厚差作为重

点监控项目，调整电磁无心夹具角度，使之确保壁厚

差满足≤ 0.005 mm 要求。

以上结论较为准确地反映了专用轴承噪声和内圈

滚道壁厚差的关系规律，因为是具体工程实例的总结

分析，具有较高的可信度，对设计高端风机专用轴承

制造的关键工艺参数具有一定的指导意义。

参考文献

[1] GB/T 24610.1—2019 滚动轴承 振动测量方法 第

1部分 ：基础 [S].

[2] GB/T 32333—2015 滚动轴承 振动 ( 加速度 ) 测

量方法及技术条件 [S].

[3] 严圣武 . 质量控制（第一版）[M].北京：北京工业

学院出版社 ,1986:12.

（上接第 63 页）

设计人员需要不断积累经验，提高设计能力，根据实

际应用情况进行分析，以保证高压开关柜结构设计的

有效性，从而避免相关故障问题的发生，由此促进供

电行业的持续健康发展。

参考文献

[1] 张碧辉 ,黄巍巍 ,辛业春 ,等.基于物联网信息集

成的高压开关柜运行状态在线综合监测系统研究 [J].

电子设计工程 ,2020,28(13):101-107.

[2] 陈凯彬 , 耿新 ,郭营生 ,等.基于 ZigBee 和 CAN 总

线的高压开关柜温度在线监测预警系统设计 [J]. 科技

风 ,2020(10):3.

[3] 张露 , 徐曼.电力企业同期线损管理研究 [J].决策

探索 (中 ),2020(01):66-67.

[4] 张瑶 .6 ～10 kV 配电系统高压开关柜的结构设计及

优化 [J].决策探索 (中 ),2020(01):68.

[5] 谢建鹏 .浅谈配电工程中有关高压开关柜的若干问

题 [J].科技与创新 ,2017(23):55-56.

[6] 翟丽丽 , 茌旭 ,李华兵 ,等.10 kV 高压开关柜无线

测温技术 [J].农村电气化 ,2017(06):42.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 71

安全分析

Safety Analysis

电梯过度装修检验案例分析

陈林灶

（福建省特种设备检验研究院龙岩分院 龙岩 364000）

摘 要：本文对一则电梯轿厢过度装修的检验案例进行分析，通过对平衡系数的定义，利用电流 - 载荷

坐标法得出该台电梯平衡系数不符合相关标准要求，并据此分析了当电梯轿厢处于过度装修的状态下会发生

的后果以及安全隐患，之后提出解决过度装修的方案和处理办法，期望可以对轿厢的装修提供合理性的建议。

关键词：电梯 过度装修 平衡系数 检验

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

中图分类号：TB496 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0071-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.020

作者简介：陈林灶（1995 ～ )，男，本科，助理工程师，从

事特种设备检验检测方面的工作。

通讯作者：陈林灶，E-mail: 809754295@qq.com。

（收稿日期：2022-11-18）

随着社会经济的飞速发展，电梯已经成为日常生

活中不可或缺的一部分，不管是在日常出行，还是在

搬运运输过程中，电梯都扮演着非常重要的角色。随

着经济的快速发展，简单的电梯已经无法满足用户的

日常需求，越来越多的用户为了保证乘梯时的舒适感，

陆续在轿厢装上了空调以及对轿厢内部重新装修。

1 检验案例概述

某使用单位的电梯，额定载重量为 630 kg，额

定速度为 2.0 m/s，在进行定期检验时发现该电梯轿

厢内新增空调出风口，轿顶上装有空调外机，并且

轿顶有开孔至轿厢出风口，轿厢底部铺有大理石石

材并加上木板保护，轿壁内镶嵌装饰板，见图 1 和

图 2。乘坐该电梯时在轿厢内能感觉到明显晃动，乘

坐舒适感差。检验人员在其对重框上发现，该台设

备标明该电梯未装修，对重块数为 28 块，翻阅维保

记录以及查阅定期检验报告时，上述情况均符合，

由此可知该电梯是于本次检验周期内进行装修。检

验人员从使用单位了解到，因为某用户对其物业公

司建议，在乘坐电梯时轿厢内温度过高，乘坐时感

到极其不适，要求新增空调，在参观别的小区后发

现，近些年来相继提高了高端商品房的电梯美观性，

并且考虑到增加轿厢空调能够提高用户的舒适感以

及业主对物业的认同感，故使用单位在后期对轿厢

加装空调，确认方案后一并对其进行“装修”。因

为轿厢重新装修并且加装空调的行为，整个轿厢的

重量相比其监督检验时增加，改变了电梯出厂时设

置的重量。在轿厢内分别放置 30％（240 kg）、40%

(320 kg)、50%（400 kg）、60%(480 kg) 的载荷，并且

在钢丝绳上标明中间位置，让其轿厢各自上行、下行，

测得电流数据，见表 1。利用电流 - 载荷坐标法得出

该电梯的平衡系数为 37%，如图 3 所示，不符合 TSG

72 2023.02 设备监理

安全分析

Safety Analysis

T7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引

与强制驱动电梯》及 1 号、2 号、3 号修改单（以下简

称检规）中 8.1 项规定：曳引电梯的平衡系数应当在

0.40 ～ 0.50 之间，或者符合制造（改造单位）的设计

值 [1]。翻阅其监督检验报告及其出厂资料，该电梯原

始平衡系数为 42%，且制造单位并未额外设计平衡系

数。由此可判断，因为轿厢装修增加轿厢重量，导致

该台电梯的平衡系数也随之减少；根据维保记录表中

显示，电梯经常出现“启动倒溜”、运行晃动的情况，

导致该台电梯乘坐舒适感差，不符合检规相关规定。

图 1 该台电梯装设空调外机实际图

图 2 该台电梯轿厢装修后实际图

1- 轿厢壁侧面镶嵌装饰板；2- 轿厢底部铺有大理石和木

板；3- 轿顶上装有空调外机

载重量与额定载重量的百分比 /% 30 40 50 60

载重量 /kg 240 320 400 480

电流 /A上行 0.0 2.8 4.0 5.0

下行 5.1 1.1 1.0 0.0

表 1 该台电梯的电流数据

图 3 该台电梯的平衡系数

ฉႜ

0 30 40 50 60

1

2

3

4

5

6

ူႜ

&Բ0ݴሜዘଉӥۨܮ

0Aୁۉ

2 原因分析

通过查阅其电梯的原始记录以及对比出厂资料，

基本可判定该台设备为轿厢过度装修，而关于平衡系

数的定义见式 (1)：

K (1) W P

q fi ff

h

式中：

K ——平衡系数；

P ——轿厢的自重，kg；

W ——对重的重量，kg；

qh ——轿厢的额定载荷，kg。

对于该设备而言，W、qh 不变的情况下，因装修

的缘故改变了轿厢的自重，所以该电梯的平衡系数也

会随之改变，因为轿厢进行了装修，所以其轿厢的重

量肯定是增加的，故该电梯的平衡系数会降低。因为

轿厢自重的改变，轿顶的控制系统中的称重装置变化

量也会随之改变，轿厢进行装修后控制系统程序默认

的载荷会比之前未装修的载荷大。此时电梯默认轿厢

内乘客或者载荷较多，会导致该台电梯启动时实际所

需要的启动力矩与控制系统提供的启动力矩不一致，

也就是启动补偿不准确或不稳定引起的 [2]，故该电梯

在运行时发生明显的“启动倒溜”、运行晃动的现象，

并且在运行过程中舒适感也较差。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 73

安全分析

Safety Analysis

3 处理意见及解决方法

对于该台电梯关于装修跟加装空调所产生的后果

不只是平衡系数不符合检规要求，因为电梯长期处于

低平衡系数的运行情况，损害电动机的驱动功率，导

致在同等载荷情况下电动机的输出电流会偏大，这样

会使电动机的能耗增加；对于曳引驱动电梯而言，轿

厢与对重通过钢丝绳悬挂在曳引轮的两端，其中钢丝

绳与曳引轮之间的摩擦力称为曳引力。该台电梯因为

增加了轿厢自身的重量，同时也会使电梯的曳引力变

小，这样电梯继续运行，就很容易出现钢丝绳在曳引

轮打滑的现象，一旦钢丝绳和曳引轮长期处于打滑状

态，伴随而来的是钢丝绳和曳引轮均会出现磨损现象，

而且如果处于满载或重载的情况下，很容易出现轿厢

蹲底或者溜车现象；电梯其他主要零部件如安全钳、

底坑的缓冲器等保护开关，因为在其出厂时自身型号

有相对应的载荷范围，一开始选型并未考虑会出现改

变轿厢自重的情况，满载情况下蹲底，缓冲器等安全

保护开关的作用将不能可靠地发挥出来甚至可能出现

完全失效的情况，所以这并不可以简单进行装修，这

就意味着必须经过行政告知。因为依据电梯施工类别

划分表内容规定：改变轿厢自重定义为“改造”，使

用单位应委托有资质的电梯公司进行该设备的改造，

同时做好电梯启动时实际所需要的启动力矩与控制系

统提供的启动力矩，即做好该台电梯的启动补偿准确

以及稳定情况，并且必须经过当地检验机构验收后方

可继续使用 [3]。

当然，如果使用单位对于电梯的改造担忧其改造

后是否会因为改变该台电梯的出厂设置而影响其安全

性，使用单位也可拆除现有的过度装修，使电梯平衡

系数恢复至 40% ～ 50% 的标准范围，也可允许其继

续使用；再者也可由本身电梯的制造单位重新进行重

量设计，出具关于平衡系数的计算设计证明及说明，

只要其曳引能力及其主要的零部件均能够符合使用要

求，可采取增加相应的对重重量，将平衡系数重新恢

复调整至 40% ～ 50% 的标准范围，且经检规规定的

曳引能力实验，满足要求的，也可允许其电梯继续

使用。

对电梯过度维修很有可能产生风险，还会对电梯

使用者构成风险。装潢经常使用的垂直交通，一方面，

增强电梯的美感；另一方面，加强电梯使用保护，延

长电梯的使用寿命。适度合理地对电梯进行维修，在

电梯装修的前期，对于使用单位而言应和维保单位和

生产单位进行沟通交流，向其咨询有关电梯装修方面

的问题，然后再制定维修方案，让专门维修公司来装

修电梯。电梯装修完后，生产单位和维保单位还应采

取有效的方法，检验其安全性能，提高其使用安全性。

4 思考

综上所述，电梯的过度装修影响的不只是运行舒

适感，因为称重控制系统的变化，导致“启动倒溜”、

运行摇晃等现象，同时也会改变电梯的平衡系数，使

其曳引力变小，进而缩短对于电梯的电动机、钢丝绳、

安全钳、缓冲器等主要部件的使用年限等。该使用单

位以及维保单位对相应检规要求以及电梯施工类别划

分不熟悉是造成本检验案例的主要原因。检规中也做

出明确规定，并且在其电梯施工类别划分表中规定，

改变轿厢自重定义为“改造”, 足以见得该类别的重

要程度。

值得一提的是，随着社会经济的发展，很多小区

在设计之初已经设计好电梯整体的美观性，所以在签

订电梯销售合同时，已经明确要求了电梯轿厢需要装

修，也已经确认是否加装空调等，并且提供了电梯装

修所需要预留的重量，另外要求检验人员在监督检

验时要求安装单位在轿厢内留下相对应的载荷，一旦

撤除相对应载荷（所预留装修的重量），轿厢进行装

修完成后，告知需要重新核算平衡系数，并且系数在

40% ～ 50% 的标准范围才可继续使用，要求在其对重

框上标明轿厢是否完成装修、是否装有空调等字样，

以供检验人员及维护保养人员确认，否则不能进行交

接使用。检验人员在检验时要严格按照检规条款要求，

一一对应出厂资料以及存档资料，根据程序要求进行

检验，以确保设备能够安全运行。

参考文献

[1] TSG T7001—2009 电梯监督检验和定期检验规

则——曳引与强制驱动电梯（含 1号、2 号、3 号修改单）

[S].

[2] 易马林 .浅谈影响电梯起动舒适感的因素 [J].科技

与企业 ,2012(13):309.

[3] 彭博 .电梯轿厢过度装修危害及解决方案研究 [J].

数码设计（下）,2018(05):154.

74 2023.02 设备监理

安全分析

Safety Analysis

电梯钢丝绳的检测与维护探讨

杨晓霞

（长治市综合检验检测中心 长治 046000）

摘 要：电梯在运行过程中对钢丝绳的依赖性相对较强，为了提高电梯钢丝绳的安全性，有必要探究钢

丝绳的检测方法与维护措施。本文分析了电梯钢丝绳在使用中存在的问题，并据此提出了电梯钢丝绳的检测

方法，重点明确了钢丝绳的维护措施，并提出科学维护的方法，以期优化其应用环境，保障整个检验与维护

工作的正常开展，创造更好的经济效益和社会效益。

关键词：电梯 钢丝绳 检测维护

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

中图分类号：TB496 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0074-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.021

作者简介：杨晓霞（1992 ～ )，女，本科，助理工程师，从

事机械以及电气相关工作。

通讯作者：杨晓霞，E-mail: txx910916@126.com。

（收稿日期：2022-11-04）

电梯常被应用于商业楼、办公楼以及高层建筑中，

其为人们出行提供了便利，节省了时间。电梯运行对

于钢丝绳的质量要求较高，需要建筑企业选用符合国

家质检标准的钢丝绳，且需要定期对钢丝绳进行检测

与维修，以确保其使用质量。基于此，探讨电梯钢丝

绳检测与维护的有效路径，具有重要的现实意义。

1 电梯钢丝绳在使用过程中存在的问题

1.1 钢丝绳自身绳直径变小

钢丝绳的直径大小关系钢丝绳的刚度和强度，直径

太小会导致疲劳强度低，疲劳破坏发生的概率增大，如

果使用的钢丝绳的直径小于计算出应该使用的直径，就

会发生钢丝绳断裂，最终导致电梯发生故障 [1]。对钢丝

绳直径变小问题进行深入研究能够发现，造成其出现这

类问题的主要原因是电梯运行过程中，钢丝绳承受的承

载力相对较大，从而导致其出现的弹性形变无法有效恢

复，最终出现局部变细或者内部断丝等负面问题。另外，

在钢丝绳出现绳直径变细问题时，局部腐蚀现象的出现

也会导致其出现变细问题。如若钢丝绳出现这类问题，

那么在电梯设备实际运行过程中，钢丝绳则会因结构问

题的存在导致自身承载力降低，进而对电梯设备运行的

安全性以及可靠性造成直接影响 [2]。

1.2 钢丝绳腐蚀问题

在电梯实际运行过程中，钢丝绳一直暴露在空气

中，当钢丝中的铁与空气中的氧气和水分发生化学反

应时，会导致钢丝绳出现腐蚀等问题，这类问题的出

现会对钢丝绳的整体性能造成较为直接的影响，最终

大大降低钢丝绳的实际使用寿命。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 75

安全分析

Safety Analysis

1.3 钢丝绳断丝问题

从钢丝绳的结构角度出发，钢丝绳是由多股钢丝

一同构成的，因此，钢丝的数量也会对钢丝绳的实际

性能造成一定影响 [3]。现阶段，电梯钢丝绳断丝问题

主要可分为磨损、锈蚀以及扭拉等，为此，在针对钢

丝绳开展检修工作时，检修工作人员应重视钢丝绳存

在的断丝问题，从而有效避免因钢丝绳断丝而导致更

为严重的电梯运行事故。

2 电梯钢丝绳检测方法

2.1 目测检测方式

相对于其他检测技术，目测检测技术是一种较为

传统的检测技术，其需借助检测工作人员的感官去检

测钢丝绳是否存在问题。结合实际情况来看，这类技

术在实际应用时过于依靠检测工作人员的工作经验以

及专业能力水平，并且其难以对钢丝绳内部存在的问

题进行有效监测，因此，不但检测效率难以得到有效

保障，检测范围也十分局限。

在目测检测法应用过程中，检测人员通过肉眼对

电梯钢丝绳表面进行观察，检查其是否存在锈蚀、破

损或是断丝等问题，针对细节性的观察，可借助放大

镜进行近距离观察，随后使用游标卡尺测量与计算钢

丝绳的磨损量及磨损程度，有助于为维修方案的制定

提供数据依据。目测检测法仅适用于小故障的检测，

如钢丝绳外表有明显破损或损坏等，可直接应用目测

检测法，如果是钢丝绳内部存在断丝问题，则不适合

使用目测检测法。

2.2 超声波检测方式

超声波是一种先进的科学技术，属于新型检测

方式之一，检测应用效果良好 [4]。如今，超声波

检测法已被广泛应用于电梯钢丝绳的检测工作中。

超声波检测法的检测原理是根据超声波在不同介

质中的传播速度对物体整体情况进行检测，该方

式检测效率较高，检测操作便捷、简单，有助于

加快电梯钢丝绳的检测速度，缩短检测时间。此外，

超声波检测法主要是将超声波与电梯钢丝检测相

融合，随后通过超声波的发射功能以及控制处理

系统对钢丝绳内部进行检测，依据钢丝绳的振动

频率、声音以及速度等判断钢丝绳内部是否出现

断丝问题。

2.3 检修参数分析

针对电梯钢丝绳的检测，主要包括断丝、锈蚀

以及速度变化等，钢丝绳长时间使用会有一定破损，

致使钢丝绳直径变小，如若钢丝绳局部位置出现琐

细现象，则说明其内部可能有断丝问题存在。如若

钢丝绳表面有锈蚀问题，则会造成金属断面变少，

加快钢丝绳的磨损速度，使钢丝绳所能够承受的荷

载力降低，使用风险增加，使用寿命缩短。如若出

现“红油”现象，则可能是钢丝线内部出现锈蚀问题，

工作人员需要将钢丝绳绳头处剖开进行检查。针对

钢丝绳断丝问题，其会影响钢丝绳的强度，降低钢

丝绳的使用性能。

3 电梯钢丝绳的维护措施

3.1 加强机械检测技术要求

因为电梯比较复杂，运行工况也比较特殊，所以

检测工作难度较高。在电梯具体检测环节，要从组成

电梯的各个部件角度出发，每个部件都必须达到质量

标准，从而使电梯运行更具安全性 [5]。例如在属部件

焊接处以及主梁与翼缘板连接处，极易磨损。还有就

是箱式电梯机还有就是厢式电梯机箱与钢丝绳、楼梯

式楼梯传送带等，都会造成较大的磨损，最为常见的

是齿轮、滑轮的损坏等。结合不同结构部件，选择合

适的质量检测方法。对于有焊缝的位置，应该进行焊

缝宽度的检查，超声波探伤方式检测极为重要；如果

配件磨损较为严重，表面最大磨损面不能超出标准规

定的参数值，只要超出标准参数值，应该及时更换。

从局部到整体，了解钢丝绳的工作情况，提高运行安

全性。

3.2 完善具体检测参数的分析

电梯钢丝绳检测中，首先，要关注钢丝绳直径向

变化、腐蚀情况、加速度，还要从组合情况分析，和

规定标准对比分析，加强细节方面的检测。钢丝绳直

径向变化分析时，要了解其工作情况，掌握磨损情况，

还有就是电梯运行中，因为加速度的变化，导致局部

位置易出现突然断裂，造成受力面积减小，轴向力增

大而影响结构性能。其次，钢丝绳裸露结构出现锈蚀，

尤其是磨损严重的位置，极易发生严重的锈蚀问题，

造成结构强度不合格。最后，断丝问题也会导致严重

损坏。钢丝绳断丝问题非常严重，结构强度下降快速，

76 2023.02 设备监理

安全分析

Safety Analysis

必须做好细节方面的检查。对于锈蚀严重的部位，应

该加强检测和管理，一旦超出标准规定，应及时更换。

对于裸露的钢丝绳来说，需要采用必要的防腐蚀措施。

在钢丝绳安装前，进行挂置设置，让其受到自重作用

而产生塑性变形，通常会连续运行 3 周左右，在钢丝

绳伸长达到稳定后才能开始安装施工。因此需要结合

不同的情况，选择合适的维修保养处理措施，消除变形、

断丝、磨损等问题，提高电梯运行安全性。

3.3 科学维护提升钢丝绳的使用寿命

电梯钢丝绳的检测与维护专业度较高，需要维修

人员注重科学技术的应用，有助于延长钢丝绳的使用

年限。在开展维修工作时，工作人员需要认真对待每

一个维修环节，如运送、悬挂、储藏、清洗以及涂油

与平稳操作等，如果钢丝绳上出现油垢，油垢老化会

吸收空气中的水，致使钢丝绳出现锈蚀现象，加之油

垢的渗透会增加钢丝绳直径，使得钢丝绳容易被杂物

挤压出现破损，需要工作人员对其进行维护。为此，

在维护过程中，需要使用润滑油对钢丝绳进行润滑保

养，增加润滑油的渗透度，提升钢丝绳的使用强度。

钢丝绳维护要经过多个过程，选择合适的方法。在电

梯运行中，应该尽量减少不必要的磨损，必须加强钢

丝绳的防锈处理。在安装以及使用中，要定期进行维

护管理，在表面涂抹一层保护层，达到润滑的效果，

还要进行浸润处理，确保钢丝绳的润滑效果合格，提

高钢丝绳的运行质量 [5]。

3.4 加强细节跟踪维修

电梯钢丝绳在长期使用过程中出现破损问题在所

难免，检测人员在对钢丝绳进行检测与维护的同时，

需要注重细节性问题的检测与维护，加强对钢丝绳细

节的跟踪与维修。钢丝绳的维护工作需要维修人员认

真且细心，强化对每一个细节的检测，尤其需要特别

注意对易破损位置的检测。在电梯安装过程中，建筑

企业需要引进专业监理机构，对电梯的安装以及技术

交底进行跟踪监督，确保电梯钢丝绳符合质检要求，

保障电梯安装无任何质量问题。同时，安装过程中应

提高安全防护意识，注重安全管理水平的提升。

结合实际情况来看，电梯钢丝绳维护工作的开展能

够在有效延长其使用寿命的同时，充分确保电梯设备日

常运转的安全性。在钢丝绳维护工作开展过程中，维护

工作人员需针对电梯设备定期开展保洁工作，并在钢丝

绳起步结构处合理涂抹保护油，以此来有效减少其与空

气直接接触的时间，从而在基础上降低钢丝绳腐蚀问题

出现的概率。其次，维护工作人员在对钢丝绳涂抹保护

油时，其首先应加热保护油，从而确保其能够有效渗透

到钢丝绳的内部结构中。再次，当电梯设备运转一定期

限后，维护工作人员还需对钢丝绳开展必要的表面清洁

工作，从而为后续保护油的涂抹提供便利。最后，如果在

钢丝绳维护工作开展过程中发现其表面存在大量覆盖

物时，工作人员必须正确认识开展钢丝绳表面清洁工作

的重要价值，否则在电梯设备日常运行过程中，钢丝绳

极易出现断丝等影响电梯运行安全性的问题。此外，在

电梯钢丝绳维护工作开展过程中，维护工作还需将与钢

丝绳维护相关的标准有效地落实到维护工作中，从而在

有效确保钢丝绳整体质量的同时，有效提升电梯设备运

转的安全性、稳定性以及可靠性。

4 结束语

综上所述，在电梯设备应用日益频繁的今天，电

梯设备的运行质量会对人们的生产生活产生重要的影

响，而钢丝绳检测与维护工作的有效开展能够及时发

现并处理钢丝绳存在的问题，从而为电梯运行安全性

的提升奠定坚实基础。为此，相关部门需要重视电梯

钢丝绳检测与维护工作，并做好检测与维护工作规范

制度的明确工作，从而为提升检测与维护工作质量提

供充分的保障。此外，检测维护工作人员还要不断提

升自身对检测与维护技术的掌握程度，从而在有效缩

短问题处理时间的同时，提升电梯设备的实际运行效

益，并以此为基础为人们日常生产生活的开展提供相

应便利性。

参考文献

[1] 孙兴明 .浅析电梯起重机械钢丝绳的检测以及维

护措施 [J].科学技术创新，2017(20):80-81.

[2] 彭潇 .探讨化工用起重机械钢丝绳检测与维护 [J].

化工管理，2021(12):196.

[3] 王锡征 .电梯起重机械钢丝绳的检测检验与维护方

式 [J]. 城市建设理论研究 (电子版 )，2017(08):202.

[4] 李翔 .电梯起重机械检测故障的排除及优化设计

[J].科技创新与应用，2016(36):124.

[5] 李涵 .电梯起重机械钢丝绳的检测及维护技术 [J].

山东工业技术，2 018（0 4）：25.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 77

安全分析

Safety Analysis

06C r19Ni10 不锈钢水箱漏水

隐患分析与预防

祝春岭

（青岛亚通达铁路设备有限公司 青岛 266000）

摘 要：本文介绍了水箱的使用情况和结构，主要探究了水箱的漏水原因，对造成漏水的原因进行分析，

通过对腐蚀部位进行化学成分分析、拉伸测试、微观形貌表征发现，焊接方法不对、焊接参数选择不当、焊

接完成后未及时去除内部应力是加速腐蚀及导致水箱漏水的重要原因，针对这些原因，制定了改进措施，提

出了预防建议。

关键词：贫铬 电偶腐蚀 氩弧焊 晶间腐蚀

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

中图分类号：TB496 文献标志码：B

文章编号：2095-2465(2023)04-0077-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.04.022

作者简介：祝春岭（1981 ～ )，男，本科，工程师，从事机

械设计方面的工作。

通讯作者：祝春岭，E-mail: 287336825@qq.com。

（收稿日期：2022-12-08）

不锈钢由于具有优良的耐均匀腐蚀性能、力学性

能和工艺性能，成为水箱应用最多的耐蚀金属材料。

其中奥氏体不锈钢又以其良好的综合性能占不锈钢总

产量和使用量的 70% 左右 [1]。某公司的水箱材质为

06Cr19Ni10 奥氏体不锈钢，安装于轨道车辆，采用

熔化极气体保护焊（MAG）焊接而成，保护气体是

98%Ar+2%CO2。这种焊接成形的水箱在使用不足 2 年

时发生了腐蚀漏水现象，漏水部位集中在焊缝周围，

影响了设备的使用寿命 [2]。

1 水箱结构介绍

水箱体板采用对接方式，内部防波板采用交叉组

装、焊接，体板上开缝将防波板伸出 5 mm，在外部双

面焊接。具体如图 1 所示。

2 漏水部位检查分析

通过观察漏水水箱，漏水部位主要集中在防波板

和体板焊缝处，将水箱分割后发现，防波板和箱体之

间的焊缝及热影响区出现裂纹、孔蚀，焊缝及热影响

区内、外布满锈迹，箱体内部焊接热影响区有明显焊

接回火色，焊缝两侧有大量黄色析出物。为了查找水

箱焊缝处漏水的根本原因，对从水箱上截取的样品进

78 2023.02 设备监理

安全分析

Safety Analysis

行了化学成分分析、拉伸测试、断口形貌分析、微区

成分分析、晶粒度检测、金相分析、非金属夹杂物检测、

焊缝宏微观形貌分析 [3]。

图 1 水箱体板对接方式示意

2.1 检测项目

1）为排除母材不合格导致的焊接缺陷，对样

品进行化学成分分析，经过测试，样品完全满足

06Cr19Ni10 不锈钢的要求。

2）对样品进行拉伸测试。对箱体防波板未腐蚀

部分取样，进行拉伸测试，经过测试，样品完全满足

06Cr19Ni10 不锈钢的要求。

3）断口形貌分析、微区成分分析。使用扫描电镜

对样品进行测试。

图2检测结果显示焊缝处共有5处较大腐蚀缺陷，

沿腐蚀处将样品 A 切开取样进行腐蚀处宏微观形貌分

析及微区成分分析。

࿋ዃ6 ࿋ዃ5 ࿋ዃ4 ࿋ዃ3 ࿋ዃ2

图 2 样品 A 焊缝 RT 检测

由图 3 中缺陷截面形态可知，缺陷起始于一侧角

焊缝的根部，焊缝及 2 mm 母材出现腐蚀，并且 2 mm

母材更容易被腐蚀。由于样品孔洞处腐蚀最为严重，

比较 2 道角焊缝的根部形态，一侧焊缝根部间隙较小，

另一侧焊缝根部间隙较大。根据焊接特性，角焊缝的

焊缝根部间隙较大为后焊的，同时先焊的角焊缝根部

存在较大的拉应力。缺陷起始于先焊的角焊缝根部。

图 3 位置 2 缺陷

为了探究其腐蚀的性质及原因，对样品亦进行晶

间腐蚀试验。图 4 为封头补焊周围孔洞处晶间腐蚀照

片，可见缺陷周边组织为沟状组织，有明显的晶间腐

蚀倾向，且越接近缺陷腐蚀越明显，说明该贯穿性孔

洞的形成与晶间腐蚀存在一定的联系。

图 4 微观形貌（沟槽状形貌为腐蚀痕迹）

由图 5 可知，在焊缝及热影响区存在较多铁素体，

由于铁素体 Cr 含量高于基体，必然导致奥氏体靠近铁

素体区 Cr 含量降低。Cr 含量降低区的耐腐蚀能力将

低于 Cr 含量正常区域。

图 6 中 网 状 为 焊 缝 腐 蚀 形 貌 ，球 状 凸 起 及

网 边 为 铬 的 化 合 物 。凸 起 微 区 成 分 ：C 6.60 ％，

Cr 38.64％。在焊缝和靠近焊缝的 2 mm 母材有 Cr 的

化合物形成，Cr 的化合物中 Cr 含量高于铁素体中 Cr

含量，此必然导致周围区域 Cr 含量更低，也更不耐腐

蚀。同时，微区成分分析显示，Cr 的化合物中 C 的含

量较高。C 元素应是 CO2 保护气体在焊接过程中分解

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 79

安全分析

Safety Analysis

出 C 原子渗入所致，C 原子容易与 Cr 结合形成 Cr 的

化合物，从而形成贫铬区。

图 6 焊缝放大形貌

图 5 厚度为 2 mm 的板的热影响区微观形貌

铁素体微区成分：C 1.73％，Cr 22.35％，Ni 5.00％

஢ଉײ14 108 cts ࠼Քǖ0.000 keV 0 1 2 3 4 5 6

谱图1

Si C O

Mn

Mn

Mn

Cr

Cr

Cr

Ni

Fe

Fe

஢ଉײ1 000 cts ࠼Քǖ0.000 keV 0 1 2 3 4 5 6

C Cr Si Cr

Fe

Fe

谱图1

4）晶粒度检测，金相分析。根据 GB/T 6394—

2017《金属平均晶粒度测定方法》、GB/T 13298—2015

《金属显微组织检验方法》、GB/T 13299—1991《钢

的显微组织评定方法》，对样品进行金相分析，判断

样品是否满足标准要求。

腐蚀剂：4% 硝酸酒精溶液。

步骤：从样品上制取金相试样，经镶嵌、清洁、

打磨、抛光、腐蚀，在显微镜下观察。

测试结果显示 2 mm 板 材、2.5 mm 侧板材及

2.5 mm U 型板材晶粒度级别为 8 级，晶粒较细小，金

相组织为奥氏体 + 少量铁素体 + 少量马氏体。因此，

母材组织符合国家标准，排除了因母材成分不合格导

致的腐蚀。

5）焊缝宏微观检测。从样品上取样进行焊缝宏微

观金相分析，检测结果见图 7, 由检测结果可知，焊

缝组织为奥氏体 + 铁素体，铁素体含量约为 40%，热

影响区也出现较多铁素体，离熔合线越近铁素体含量

越高 [4]。

图 7 焊缝金相组织

50 μm

2.2 分析结论

由上述检测项目可知，水箱焊缝及热影响区受到

腐蚀是造成水箱漏水的直接原因。该腐蚀是由于贫铬、

电偶腐蚀、铁素体增加、应力腐蚀、非金属物夹杂及

钝化膏残留等多种因素造成的。

1）该箱体采用熔化极活性气体保护焊（MAG，

其中 Ar 占 98%，CO2 占 2%），并且焊缝背面没有惰

性气体保护。MAG 具有成本低、效率高等优点，应用

范围较广。但 CO2 本身是氧化性气体，高温下分解成

CO 和原子态的 O，原子态的 O 易氧化烧损合金元素，

这样可以解释严重的焊接回火色的出现 [3]。高温作用

下 C 原子与 Cr 原子结合形成 Cr23C6 化合物，由图 4

80 2023.02 设备监理

安全分析

Safety Analysis

已经发现。合金烧损和 Cr 的碳化物的形成共同造成了

焊缝、热影响区内贫铬现象，造成晶间腐蚀 [1]。

2）由于贫铬区有 Cr 的碳化物、非金属夹杂物，

其电极电位高于母材金属，因而形成原电池效应，引

起电偶腐蚀，从而形成蚀孔。腐蚀后的活化态不锈钢

点蚀微孔成为阳极，钝化态不锈钢作为阴极，形成了

大阴极小阳极，腐蚀电流集中到阳极腐蚀点上，因此

保持较高的腐蚀速率，往深处延伸。个别蚀孔形成的

腐蚀产物堵塞孔口，形成了闭塞电池，加上闭塞电池

引发的酸化自催化作用，蚀孔不断扩大加深直到将板

材腐蚀透。这就可以解释焊缝附近表面无明显孔洞，

但焊缝内部出现的多处较大的深坑。

3）焊接参数选择不当使得焊缝金属的化学成分

在凝固过程中发生偏析，而且很不均匀 , 从而导致奥

氏体不锈钢焊缝区铁素体含量较高且很不均匀 [4]。样

品焊缝及热影响区铁素体暴增（多达 40%）母材铁素

体含量为 5%，焊接后焊缝及热影响区铁素体达到 40%

且成网状分布，因此，耐腐蚀能力大大降低。

4）从腐蚀产物中可以推断出箱体内存在钝化膏残

留，由于贫铬区内 Cr 含量较低，不足以形成致密的钝

化膜，就会使该处形成抗蚀能力较低的区域。不锈钢

的耐蚀性依赖于其表面的致密氧化膜，一旦氧化膜被

破坏，在钝化膏中酸的作用下，引起局部腐蚀。

5）箱体焊接完成后未进行去应力处理，结构中保

持较大残余应力，在一定程度上引起了应力腐蚀。这

与在先焊焊缝根部发现腐蚀而在后焊焊缝根部没有发

现腐蚀是一致的。腐蚀点一旦出现，在拉应力作用下

腐蚀处的腐蚀便会加速腐蚀从而出现较大的蚀孔。

3 改进建议

1）改熔化极活性气体保护焊 (MAG) 为钨极氩弧

焊（TIG），且将焊接根部焊缝背面用氩气保护，避

免合金元素烧损，减少形成 Cr 的化合物。

2）该产品焊接工艺应用于生产前须进行焊接工艺

评定，确定焊接工艺符合产品的使用要求。

3）采取相应的措施如焊接工装等减少焊接过程中

的焊接应力及热影响，避免应力集中，造成应力腐蚀，

焊接完成后进行去应力处理。

4）通过调整恰当的焊接参数来严格控制焊缝金属

中的铁素体及马氏体含量。

5）对焊缝及热影响区域进行焊后酸洗钝化处理去

除回火色，使其钝化恢复耐蚀性，并清理干净残余钝

化液或钝化膏。

参考文献

[1] 屈 兴胜，林成，刘志林 .奥氏体不锈钢晶间腐蚀 [J].

辽宁工学院学报 ,2007,27(01):45-46+50.

[2] 葛红花 , 周国定 , 解群 .304、316L 不锈钢耐氯离

子和硫离子性能比较 [J].华东电力，2005(09):13-15.

[3] 杨春丽， 许万剑， 陶新秀， 等.304 不锈 钢薄

壁容器焊缝腐蚀泄漏原因 [J]. 腐蚀与防护，2014，

35(06):623-626.

[4] 何德孚，曹志樑，周志江，等.奥氏体不锈钢焊

管焊缝铁素体含量及其测定 [J].焊管,2007(05):30-

35+105.

（上接第 60 页）

数据分析、故障诊断、电气工程、机械电子系统输入

以及工业焊接机器人领域，都获得了令人称赞的成绩

和效果，所以为了能够更好地提高我国社会生产能力，

应加强在人工智能技术上的研发力度。

参考文献

[1] 徐梦云 . 人工智能技术在机械电子工程中的实践运

用 [J].造纸装备及材料,2022,51(06):112-114.

[2] 王春北 . 人工智能技术在机械电子工程中的应用

[J]. 现代工业经济和信息化 ,2022,12(03):146-147.

[3] 王艳平.人工智能技术在机械电子工程中的应用[J].

企业科技与发展 ,2022(03):74-76.

[4] 李巨远 , 骆佳录 ,李晨 ,等. 现代人工智能技

术在机械电子工程中的应用 [J]. 现代制造技术与装

备 ,2022,58(01):179-181.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 81

Features

风采

护航大国重器研制 助力输电技术升级

—— 记 2 0 21 年优秀设备工程监理 人员魏争同志

李 琦 田华荣

（北京网联直流工程技术有限公司 北京 102209）

直流输电输送具有容量大、距离远、损耗低等技

术优势，是新型电力系统构建和实现新能源消纳的重

要技术手段。设备是直流输电工程的核心，我国直流

输电核心设备经历了从早期故障率较高，到可靠性达

到国际同类设备水平，再到逐步向技术无人区探索的

波澜壮阔的发展历程。而直流输电设备技术水平和可

靠性的不断提升发展，与设备监理工作密不可分。

魏争，博士，2015 年毕业于清华大学电机系，现

就职于北京网联直流工程技术有限公司（以下简称网

联公司），高级工程师，长期从事特高压及柔性直流

输电工程设备参数设计和质量管控工作，参与完成 4

个特高压直流输电工程、3 个柔性直流工程以及多个

交流输变电工程的主设备监造和设备质量管控。在高

压直流断路器、可控自恢复消能装置等特高压和柔性

直流输电核心设备的首台套设计、研制、试验过程中，

积极发挥设备监理技术支撑作用，牵头完成多项设备

质量提升专题工作和国家、国家电网有限公司（以下

简称国网公司）科技项目研究，有效降低设备故障率，

为创新设备的研制和工程化应用提供了有力保障，所

参与项目获省部级和地市级科技进步奖 20 余项。

2021 年优秀设备工程监理人员魏争

1 严控国产换流阀质量，提升柔直技术可

靠性

柔性直流（简称柔直）输电是继交流输电、常规

直流输电之后的新一代输电技术，具有高度的可控性

和灵活性，已逐步成为新能源大规模并网送出与交流

电网异步互联的重要手段。目前我国已建成舟山、厦门、

渝鄂、张北、如东等多个柔性直流工程，总投资数百

亿元。高压大容量柔直换流阀负责实现交流电和直流

电的相互转化，是柔性直流工程的“心脏”，结构原

理复杂，研制难度大，其设备质量直接影响柔直工程

的可靠性。

魏争在多个重点柔直工程中承担了柔直换流阀的

设备监造任务，兢兢业业、认真细致地完成各项监造

工作，牵头编制了柔直换流阀质量管控系列化监造作

业卡，并逐项检查落实。我国柔直换流阀产品技术参

数发展迅速，但相关标准的制定相对滞后，已有标准

适用性不足，使得监造工作中很多新问题无经验或标

准可供借鉴。以我国首个海上柔直工程——江苏如东

柔直工程（以下简称如东柔直工程）为例，该工程所

用±400 kV/1100 MW国产化柔直换流阀技术规范中，

对阀端间交直流耐压等绝缘型式试验的参数要求十分

严苛，超出标准规定，若按技术规范要求盲目提高试

验电源输出电压，将导致试验设备铁芯饱和、输出波

形畸变，影响试验结果准确性，甚至导致设备短路损坏。

很多人提出，该工程技术规范裕度较大，适当降低试

验电压对设备影响不大，建议降低标准进行试验。

作为如东柔直工程设备监造项目经理和柔直阀监

造专责，魏争提出：“型式试验是验证换流阀设备性能

至关重要的一环，如东工程换流阀又是我国首个海上

柔直换流阀，是决定工程成功与否的关键，意义重大，

试验参数决不能打折扣。”他牵头设备厂家、试验机

构等相关单位，深入开展试验方案研究，坚守技术规

范底线，经过深入的仿真分析计算、反复比对、迭代

作者简介：李琦（1989～ )，女，硕士，高级工程师，从

事特高压直流输电工程、柔性直流输电工程的主设备质量管控

工作。

82 2023.02 设备监理

Features

风采

优化，最终提出了通过在试验回路中增加辅助支路消

除波形畸变的方法，既保证了设备安全，又满足了试

验要求，实现了对换流阀的严格考核，为设备成功研

制和长期可靠运行奠定了坚实基础。这个难题迎刃而

解，使业主单位认识到设备监造的重要性，在后续工

作中遇到设备生产和试验问题，都会优先咨询监造单

位的意见。

在扎实推进柔直换流阀常规设备监造和质量管控

工作的同时，魏争也积极投身换流阀可靠性提升关键

技术攻关工作。在我国早期柔性直流工程中，国产柔

直换流阀年故障率远高于同期国外同类产品水平，频

繁发生因设备问题导致闭锁停运的问题，严重影响柔

直工程的安全稳定运行和柔直技术的推广应用。作为

相关从业者，魏争心中焦急万分，迫不及待地希望利

用自己所学专业知识和技能，为国产换流阀质量提升

贡献力量。

机会总是留给有准备的人。根据国网公司统一部

署，网联公司依托实际工程设备监造，牵头承担了柔

直换流阀可靠性提升专项技术攻关工作。魏争作为攻

关团队骨干，迅速投入相关工作当中，牵头系统梳理

了换流阀产品设计短板，围绕电力电子器件、快速旁

路开关、阀控系统等核心组部件制定了标准化质量管

控文件，并深入 20 余个厂家、试验站开展可靠性测试

现场监督见证，细化落实试验实施方案。

其中快速旁路开关是柔直换流阀核心组部件之一，

是保证柔直阀子模块安全的最后一道防线，动作速度快，

内部各种机械和电磁力相互耦合，设计制造和质量管控

难度大。针对该组部件，魏争深入相关厂家详细调研，准

确定位可靠性提升突破口，充分发挥设备监造平台优势，

打破了以往各厂家闭门造车的传统模式，通过对不同技

术路线产品的比较分析，提炼出了影响识别质量的关键

因素，准确定位可靠性提升突破口，从原材料一致性、主

回路装配工艺和极限性能试验等方面制定了针对性的可

靠性提升措施，指导设备厂家完成旁路开关设计工艺优

化，使得产品抗震、耐压和通流等核心性能参数和安全

裕度较早期工程大幅提升。

在专项攻关工作中，魏争格外重视技术细节的把

控。辅助节点开关是旁路开关中的一个小部件，以往

不被重视，却在实际工程中故障频发，导致旁路开关

误动或拒动。他通过比较发现，传统旁路开关的位置

节点开关由于选型不合理而导致接触不良、冗余不足

导致容错性低、接线不规范导致易发生短路等问题，

进而提出了触头多点接触、多种原理节点开关冗余配

置、加强接线端子屏蔽隔离等措施和规范，有效避免

了组部件“小缺陷”导致换流阀闭锁停运的“大问题”，

用实际行动诠释了“细节决定成败”。通过魏争和攻

关团队的共同努力，渝鄂等新建工程国产化柔直换流

阀可靠性较早期工程产品显著提升，支撑柔性直流输

电可靠性首次达到常规直流输电水平。

2 构建直流断路器管控体系，支撑首个柔

性直流电网建设

柔性直流电网在继承柔性直流输电技术优势的基

础上，可实现多点汇集、多落点送电，具有更好地控制灵

活性和通路冗余性，是未来直流输电技术的重要发展方

向。国网公司于 2022 年 6月建成投运世界首个柔直电网

工程，创造了 12 项世界第一，是世界柔直技术发展的又

一里程碑。直流断路器是构建直流电网的关键设备，国

外尚无样机研制，国内也仅有低电压等级的样机，尚无

高压大容量直流断路器大规模工程应用经验。在张北工

程建设阶段，魏争作为主要负责人，全程参与了该工程

世界首批 3 种原理 500 kV 直流断路器的参数设计、技

术规范编制、设备监造和运行维护等工作。

张北工程建设初期，魏争承担了世界首批 500 kV

直流断路器的技术规范编制工作。柔直电网和高压直流

断路器都是直流输电领域的新事物，且结构原理和运行

特性复杂，无任何经验可供借鉴。面对新技术，他不畏

挑战、迎难而上、勇于钻研，针对不同稳暂态条件、故障

形态组合成的数千种工况进行逐一分析，详细计算出每

种工况下的设备应力参数要求，从而首次完成 500 kV 直

流断路器技术规范编制，为直流断路器的设计研制提供

了指导和依据。魏争提到：“计算设备参数要求和编制技

术规范，不能依赖于穷举式的盲目仿真，而要深入开展

理论分析，只有充分理解和掌握每项仿真结果背后的原

理，才能保证设计结果真实可信。”

“言必信，行必果。”他也是这样实践的，在参

数计算过程中深入分析柔直电网故障发展机理，并由

此发现了机械式直流断路器的设计隐患。机械式直流

断路器依靠人工制造振荡电流的方法实现直流电流开

断，而不像混合式直流断路器依靠可关断电力电子器

件开断直流电流。因此厂家原有设计方案中采用了可

控开通、不能可控关断的半控型器件晶闸管作为核心

器件。但他通过分析计算发现，机械式直流断路器拓

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.02 83

Features

风采

扑中的储能电容器会与柔直电网中的限流电抗器等感

性元件发生谐振，产生拖尾电流，晶闸管无法将其开断，

会导致直流断路器分闸失败，进而可能引起换流阀闭

锁停运、柔直电网故障扩大等严重后果。由此他向设

备厂家提出了机械式直流断路器必须增加拖尾电流开

断功能的技术要求。虽然设备厂家对整个柔直电网系

统级的运行特性不熟悉，加之对新设备设计研发经验

不足，未能发现此问题，但在了解上述问题和整改要

求后给予了高度重视，提出了基于可控开通和关断的

全控性器件的改进设计方案，并通过了设计评审和工

程验证，从而避免了相关隐患。魏争在直流断路器设

备设计研发质量管控中体现出的严谨作风和专业能力，

得到了业主单位等各方的充分肯定。

在张北工程直流断路器生产制造关键阶段，根据

公司部署，魏争牵头承担了直流断路器可靠性提升专

题研究工作，分析对不同技术路线断路器产品的典型

故障机理，深挖设备质量隐患和风险点，解决了快速

机械开关参数一致性、本体控制保护系统功能架构优

化等重大技术难点问题，形成直流断路器可靠性提升

技术指导文件 10 余项，为直流断路器生产过程的质量

控制提供了核心保障。

魏争还参与了直流断路器试验方案研究。直流断

路器内部集成了快速机械开关、电力电子开关、大容

量避雷器、供能系统、水冷系统、控制保护系统等先

进设备。这些设备技术参数要求高，且在直流断路器

中的运行工况与其在常规输变电工程中的应用不同，

不能直接借鉴已有试验标准。他深入研究每种设备的

现有标准和规范，结合设备在柔直电网和直流断路器

应用场景下的特殊要求，针对各设备逐一开展试验方

案研究。在试验方案制定过程中，他与每种设备的制

造厂家和业内专家充分开展调研交流，由于时间紧、

任务重，为尽快完成方案制定，在多次方案讨论会后，

他依旧留在会场，与相关技术人员交流讨论到深夜。

功夫不负有心人，最终世界首批 500 kV 直流断路器试

验规范编制完成，首次构建了涵盖原材料、组部件、

整机3个层级的直流断路器型式、例行、交接试验体系，

填补了相关领域空白，并为后续其他新型电力电子装

备试验方案的制定提供了模板和范本。在此基础上，

魏争又牵头开展直流断路器运维检修方案优化工作，

围绕直流断路器质量薄弱环节和管控要点，完成直流

断路器例行和专项检修方案制定，现已成为工程实施

必备的技术手段。

魏争表示，自己有幸亲历了我国首批 500 kV 直流

断路器设计、制造、试验、运行全过程，通过牵头制

定设备技术规范、试验规范、可靠性提升技术文件和

运维检修方案，助力构建直流断路器全过程质量管控

体系，为设备成功研制和直流电网建设贡献了自己的

力量，在感到无比光荣的同时，也深感到作为一名设

备监理工作者所担负的重要责任与使命。

3 护航特高压新设备研制，助力输电技术

持续引领

2021 年 ，网 联 公 司 承 担 了 白 鹤 滩 — 江 苏

±800 kV 特高压直流输电工程（以下简称白江工程）

用世界首台 400 kV 直流可控自恢复消能装置监造任

务。白江工程创造性采用特高压混合级联直流输电技

术，兼具了常规直流和柔性直流输电的优势，是我国

在舟山多端柔直、厦门大容量柔直、渝鄂背靠背柔直

联网、张北柔直电网、如东海上柔直等一系列直流输

电技术创新实践基础上的又一次技术升级探索。

可控自恢复消能装置能够在毫秒级快速吸收直流

系统故障后产生的盈余功率，避免换流阀等核心设备

受到冲击而损坏，是混合级联直流输电系统的关键核

心设备，是工程安全可靠性运行的重要保障。魏争作

为该工程设备监造项目经理，牵头国网经研院高水平、

专业化的监造技术团队，与各制造单位高效协作，突

破了数十项可控自恢复消能装置工业化过程中面临的

可靠性难题，实现了该设备生产、试验的全过程精准

管控和全方位技术支撑，保障了设备的成功研制。

白江工程 400 kV 直流可控自恢复消能装置包含

“晶闸管开关”“间隙开关”2 种技术路线，其合闸

时间小于 1 ms、关合电流达 88 kA、单次吸收能量

300 MJ 以上，各项技术指标均为世界之最，结构原理

复杂，制造质量和精度要求严苛，面临较多亟待解决

的可靠性问题。在国网公司统一领导与支持下，魏争

组织攻关团队牵头开展可控自恢复消能装置可靠性提

升技术研究，充分调研同类设备典型故障案例，组织

召开方案研讨、问题分析等会议 10 余次，针对产品设

计和工艺细节开展深入讨论和迭代优化。围绕一次回

路关键组部件、供能系统、高电位板卡、控制保护装置、

型式及例行试验、特殊试验等方面进行可靠性提升专

题研究，提出了设备可靠性提升质量管控要点 111 项，

编制作业卡 33 份并逐项排查落实，有效保证了创新设

84 2023.02 设备监理

Features

风采

备本质安全，为可控自恢复消能装置顺利通过型式试

验奠定了坚实基础。

2021 年 10月，就在大家准备庆祝设备研制成功时，

可控自恢复消能装置的核心组部件——快速机械开关

在测试过程中连续出现误动、拒动和通讯异常等故障，

给所有参与设备研制的技术人员泼了一头冷水。那时正

值国庆假期，兼受疫情影响，相关技术人员和试验设备、

场地的组织调度异常困难，使得问题排查和设备研制几

乎陷入停滞。就在各方一筹莫展之时，魏争牵头相关技

术人员和各级制造商组成临时工作组，充分利用现场有

限的人力、物力资源，结合线上、线下沟通手段，从头开

始，对设计文件、试验过程、故障波形逐一进行排查，

抽丝剥茧，反复进行故障排查。经过工作组不懈努力，通

过反复计算、仿真和分析，终于发现快速机械开关控制

系统的电磁兼容设计存在重大缺陷，立即组织相关人员

技术攻关，连夜加班加点解决电磁兼容问题，一举突破

影响设备研制的关键瓶颈。

在可控自恢复消能装置研制过程中，魏争扎根生

产试验一线，连续数周全程无休地牵头开展各项监造

（上接第 57 页）

状态得不到有效验证。对于一些采用轿门门锁作为开

门限制装置的，轿厢与面对轿厢入口井道壁的距离不

受限制，而仅采用防扒钩作为开门限制的仍需满足不

大于 0.15 m 的要求，若短接轿门锁紧触点，将导致门

的锁紧得不到有效验证，还间接使得轿厢与面对轿厢

入口井道壁的距离受限。还有验证门扇关闭到位的电

气安全触点若被短接，则存在更大的安全隐患。

显然，市面上常见的门回路检测功能还有较大的

提升空间，只有采用可编程电子安全相关系统的门回

路检测功能才是最安全的，可以监控到每一个门锁触

点。这对于电梯生产厂家来说从设计到研发、制造等

各环节肯定会增加成本。尽管如此，有极少数厂家已

经使用先进的可编程电子安全相关系统 PESSRAL 来

实现门回路检测功能，基于可编程电子装置的系统可

以用于 GB 7588—2003（含第 1 号修改单）中附录 A1

表中的电气安全装置的检测，表 A1 包含层门的锁紧、

层门的闭合位置、轿门的闭合位置、轿门的锁紧等电

气安全装置，PESSRAL 技术以计算机为基础，运用强

大的逻辑编程功能代替复杂的接线系统，在满足型式

试验电梯最低安全完整性等级的基础上对上述电气安

全装置进行监控，任意一个门回路中的电气触点的短

接均能被检测发现，更加贴合检规的要求 [3]。

7 结束语

门回路检测功能可以有效防止开门走梯，避免人

员被剪切或坠落事故的发生，该功能的有效性可以消

除人们对“电梯吃人”现象的担忧，极大地提高人们

对电梯这种交通工具的信心。因此，各检验员应当熟

练掌握规范要求、工作原理以及检验方法，尤其是注

意带轿门机械锁或多轿门工况下的门回路检测原理图，

注意类似图 2 和图 3 这种原理图使用工况的局限性。

要始终确保电梯不带“病”运行，减少安全事故的发生，

让特种设备更安全地服务于民、造福于民。

参考文献

[1] TSG T7001—2009 电梯监督检验和定期检验规

则——曳引与强制驱动电梯 [S].

[2] GB 7588—2003 电梯制造与安装安全规范 [S].

[3] 黄奶秋 , 宋萌萌 ,肖顺根 .电梯门回路检测功能

检验 [J].闽南师范大学学报 (自然科学版 )，2022，

35(01) ：63-67.

工作。遇到“卡脖子”问题，深夜组织召开问题分析

会更是家常便饭，在监造过程中发现并解决设备重要

质量问题 19 项，有效保证了设备制造工艺和制造精度。

同时，完成整机和组部件型式试验项目全过程见证，

对试验方法、结果及进度进行严格监督和把关，保证

试验考核的有效性，确保了世界首台套 400 kV 直流可

控自恢复消能装置成功研制，为白江工程建设和新能

源特高压外送体系构建做出了重要贡献。由魏争牵头

的国网经研院设备监造团队也赢得了各方的赞誉，树

立了团队技术过硬、能力超强的良好形象。

为适应能源变革需求，直流输电技术不断发展、

应用场景不断拓展，未来必将涌现出更多的新技术、

新设备、新材料。魏争和他所在的网联公司直流输电

装备监造团队，将继续立足于服务国家和国网公司的

发展战略，坚持新发展理念，充分发挥设备技术咨询

和监造独特技术优势，提前谋划，扎实抓好特高压核

心技术装备的质量提升工作，为新设备研制保驾护航，

全面支撑新型电力系统构建和输电技术升级，为新能

源的消纳贡献力量。

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