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摘 要：航空电子设备的工作环境复杂而特殊，如果某些性能不能达到既定的指标，电磁、辐射等诸多的干扰因素就会给飞机的安全飞行和控制造成及其恶劣的影响，其中绝缘介电强度就是一项重要的性能指标。为了提高航空电子系统的稳定性，可靠性，加强其抗干扰的能力，在产品的试验过程中，就必须对其绝缘介电强度做严苛的要求，并保证其通过试验大纲的要求。因此，本文对某航空电子设备在绝缘介电强度例行试验中出现的故障进行分析并提出解决方案。
关键词：航空电子设备;绝缘介电强度;故障分析
1 绝缘介电强度
本文中的航空电子设备是典型的低压电气产品，而在低压电气产品的技术性能中绝缘介电强度是很重要的性能指标，该指标直接反映航电设备的绝缘性能及其安全性能[1]。绝缘介电强度是电介质所能承受的最大电场强度， 是衡量绝缘材料和电气设备的一项重要性能和质量指标。在正常工作电压下， 规定产品应不失去其良好的绝缘性能，如能通过标准要求的绝缘介电强度试验，则认为低压电气产品满足绝缘介电性能要求。绝缘介电强度测量是在相互绝缘的部件之间或绝缘部件与地之间， 在规定的时间内施加规定的电压，以此来确定电气产品在额定电压下是否能安全工作，能否耐受由于开关、浪涌及其它类似现象所导致的过电压的能力，从而评定低压电气产品绝缘材料或绝缘间隙是否合适。如果产品有缺陷， 则在施加试验电压后， 会产生击穿放电或损坏。
2 航电产品绝缘介电强度的要求及试验方法
HB6516-91中关于绝缘介电强度的测试要求如下：
定型样机处于不通电状态（必要时按规定断开有关电路）用频率为50Hz、功率不小于5kw的绝缘介质击穿装置的两个输出接线端依次分别连接到规定的测量点上，逐渐增加电压，在规定的试验电压下至少保持1min，然后再逐渐降低电压，在试验期间，应无飞弧火花、闪烁、电晕、击穿等现象。为了避免在绝缘破坏的情况下所造成的过分损伤，试验设备或试验线路中应加入一个自动保护器件。该项试验一般不應重复进行，必须重复进行时，试验电压应降到前次试验值的75%。
另外，GJB 360A-96《电子及电气元件试验方法要求》中涉及到300类基本电性能试验方法，根据其中的方法301“介质耐电压试验”确定了试验条件应该满足如下要求：
①施加电压的持续时间为60s;
②施加电压速率500V/s（应尽量均匀地从零增加到规定值）。
3 故障现象及定位
3.1 故障现象
根据上述内容的航标和国军标要求，进行绝缘介电强度试验前，要将相关电路断开，因某航电设备电子组件A的航空插头与机箱壳体之间有复杂的相关电路，在测试时需要寻找一个容易断开的点进行断开。
试验中，该航电设备201401#电子组件A在进行例行试验的绝缘介电强度测试时，测试设备报警，绝缘介电强度测试不合格。
3.2 故障定位
3.2.1 电子组件机箱组成
电子组件A机箱组成如下：机箱壳体，母板，航空插头（28V电源入口含滤波器），计时器、继电器、机箱焊线。
3.2.2 故障分析
如图1所示，绝缘介电强度试验时，测试设备正端连接机箱航空插头A针（+28V），负端连接机箱壳体。绝缘介电强度考核的对象是航空插头与机箱壳体之间的耐压，而不是中间的相关电路，但是该组件的航空插头与机箱壳体地之间有很多相关电路（在测试时，电路不容易断开，只有X2与机箱壳体之间的焊线方便断开）。
绝缘介电强度试验时，引起测试设备报警的因素有：产品绝缘介电强度不合格和产品有线路没有完全断开。线路没有完全断开的因素有：航空插头、滤波器、计时器、继电器、机箱焊线（试验时，保险丝是拔下的，所以不在故障树中）。
建立故障树如图2所示。
<E：＼书＼排版＼中小企业管理与科技·上旬刊201601＼文件＼13-2.jpg>
图2 故障树
①航空插头
航空插头的各个插针与壳体是断开状态，但是航空插头与滤波器焊装灌封在一起，在试验时无法断开。
同时进行试验的电子组件A的航空插头与同时进行试验的电子组件B航空插头型号相同，均为中航工业158厂生产，电子组件B顺利通过技术鉴定试验和例行试验中的绝缘介电强度检测，且电子组件A也顺利通过了技术鉴定试验中的绝缘介电强度检测。
通过上述试验，说明航空插头没有问题。
②滤波器
滤波器与航空插头是焊装灌封在一起，例行试验的滤波器编号为1714/10（2014年第17周第10只），寻找了一只同一批次滤波器（编号：1714/43）进行单独测试，将耐电压测试仪的正端连接插头A针，负端连接滤波器壳体，电压从0V匀速增加至500V（10s内），从施加电压到测试结束共计60s，确认此滤波器可以满足500V耐压性能。
通过上述试验，说明滤波器没有设计问题。
③计时器
例行试验的绝缘介电强度试验未通过后，对计时器进行检测，系统通电检测，产品功能正常，计时器工作正常，说明计时器没有出现问题。
计时器安装在机箱前面板，需要拆开前面板才能断开相关线路，拆装和恢复不宜操作。
④继电器
例行试验的绝缘介电强度试验未通过后，对继电器进行检测，系统通电检测，产品功能正常，继电器工作正常，说明继电器没有出现问题（继电器：两个触点耐压1000V，线圈对壳体耐压750V）。
继电器安装在机箱前面板，需要拆开前面板才能断开相关线路，拆装和恢复不宜操作。
⑤机箱焊线
核查电子组件A图纸和例行试验机箱焊装的一致性，确认例行试验机箱焊装符合图纸要求，+28V GND（X2）与机箱壳体有连接线，如图3所示。 <E：＼书＼排版＼中小企业管理与科技·上旬刊201601＼文件＼13-3.jpg>
图3 28V地与机箱壳体有连线
对比技术鉴定试验件机箱和例行试验件机箱的+28V GND与机箱壳体接线关系不一致，技术鉴定试验件201202#机箱的+28V GND（X2）与机箱壳体没有连接线（如图4所示），例行试验件201401#机箱的+28V GND（X2）与机箱壳体有连接线（如图3所示）。
通过上述分析确认引起测试设备报警是因为进行绝缘介电强度测试时，机箱焊线没有完全隔离。
X2与机箱壳体的连接线是单独焊装的，断开和焊装相对容易操作。
<E：＼书＼排版＼中小企业管理与科技·上旬刊201601＼文件＼13-4.jpg>
图4 28V地与机箱壳体无连线
⑥产品耐压
技术鉴定的绝缘介电强度试验通过测试，以及例行试验机箱在断开28V GND与机箱壳体接线后进行绝缘介电强度试验，通过测试，说明产品耐压合格。
4 机理分析
机箱的绝缘介电强度主要考核的是28V电源输入端航空插头与机箱壳体之间的耐压性能。
航空插头与滤波器焊装灌封在一起，再连接计时器和继电器，如图3和图4所示，两种连接线设计的差异是X2与机箱壳体之间的连线，在组件连接系统电缆前，电子组件A有差异，当系统电缆连接各个组件后，状态是一样的。
图4的设计理念是各个部分通过系统电缆连接成系统后，电子组件A通过电缆将28V GND与机箱壳体连接，与图3达到一致效果，此时有无X2与机箱壳体的连接线都可以。因此考慮将X2与机箱壳体的连接线断开。
5 故障复现
5.1 例行试验机箱故障复现
对201401#电子组件A（滤波器编号：1714/10）进行绝缘介电强度故障现象复现测试，电压从0V匀速增加至500V（10s内），当电压增加至约400V时，测试设备报警，故障复现，并且滤波器出现击穿现象（加上之前的耐压试验，累计耐高压时间已经超过100秒，超出正常耐压要求）。
5.2 工艺机箱故障复现
使用工艺电子组件A（滤波器编号：3312/09）进行验证试验，电压从0V匀速增加至500V（10秒内），当电压增加至约400V时，测试设备报警，故障复现，并且滤波器出现击穿现象。
6 措施及验证情况
6.1 措施
在技术鉴定试验过程中，电子组件B机箱的绝缘介电强度试验首次没有通过，将其+28V GND线与机箱壳体的连线去除后通过绝缘介电强度试验。电子组件A也去除了+28V GND线与机箱壳体的连线，并通过了绝缘介电强度试验。
核查图纸和例行试验机箱焊装的一致性，确认例行试验机箱和工艺机箱的焊装符合图纸要求，+28V GND（X2）与机箱壳体有连接线，如图3所示。
综上所述，根据技术鉴定的机箱状态去除+28V GND（X2）与机箱壳体的连接线（如图4所示），进行后续试验。
6.2 验证情况
随后，使用与例行试验同一批次的滤波器（1714/43）进行故障定位和对比分析试验。使用1714/43#滤波器进行了3次试验。
6.2.1 单独测试滤波器。为了确认滤波器的耐压性能，将耐电压测试仪的正端连接插头A针，负端连接滤波器壳体，电压从0V匀速增加至500V（10s内），从施加电压到测试结束共计60s，确认此滤波器可以满足500V耐压性能。
6.2.2 滤波器焊装到工艺机箱。为了确认滤波器可靠性、机箱焊线正确性，以及耐压性能，去除电子组件A+28V GND （X2）与机箱壳体连接线，将1714/43#滤波器焊装到工艺机箱，进行电子组件A耐压性能测试，将耐电压测试仪的正端连接插头A针，负端连接机箱搭铁线，电压从0V匀速增加至500V（10s内），从施加电压到测试结束共计60s，确认此滤波器可以满足500V耐压性能。
6.2.3 滤波器焊装到例行试验机箱。为了确认滤波器和例行试验机箱的焊线正确性，以及耐压性能，去除例行试验显示控制电子组件+28V GND （X2）与机箱壳体连接线，将1714/43#滤波器焊装到工艺机箱，进行电子组件A耐压性能测试，将耐电压测试仪的正端连接插头A针，负端连接机箱搭铁线，电压从0V匀速增加至500V（10s内），从施加电压到测试结束共计60s，确认此滤波器可以满足500V耐压性能。
7 结束语
通过对电子组件A的各组成部分进行逐一排查，最终确定去除+28V GND与机箱壳体之间的连接线，并进行了后续的验证试验。根据验证结果，判定该航电设备绝缘介电强度试验故障现象定位准确，机理分析清楚，故障得以复现，更改措施经试验验证有效。
参考文献：
[1]高福生.低压电气产品的介电强度和绝缘电阻技术性能分析与测量[J].企业标准化，2008.
关键词：航空电子设备;绝缘介电强度;故障分析
1 绝缘介电强度
本文中的航空电子设备是典型的低压电气产品，而在低压电气产品的技术性能中绝缘介电强度是很重要的性能指标，该指标直接反映航电设备的绝缘性能及其安全性能[1]。绝缘介电强度是电介质所能承受的最大电场强度， 是衡量绝缘材料和电气设备的一项重要性能和质量指标。在正常工作电压下， 规定产品应不失去其良好的绝缘性能，如能通过标准要求的绝缘介电强度试验，则认为低压电气产品满足绝缘介电性能要求。绝缘介电强度测量是在相互绝缘的部件之间或绝缘部件与地之间， 在规定的时间内施加规定的电压，以此来确定电气产品在额定电压下是否能安全工作，能否耐受由于开关、浪涌及其它类似现象所导致的过电压的能力，从而评定低压电气产品绝缘材料或绝缘间隙是否合适。如果产品有缺陷， 则在施加试验电压后， 会产生击穿放电或损坏。
2 航电产品绝缘介电强度的要求及试验方法
HB6516-91中关于绝缘介电强度的测试要求如下：
定型样机处于不通电状态（必要时按规定断开有关电路）用频率为50Hz、功率不小于5kw的绝缘介质击穿装置的两个输出接线端依次分别连接到规定的测量点上，逐渐增加电压，在规定的试验电压下至少保持1min，然后再逐渐降低电压，在试验期间，应无飞弧火花、闪烁、电晕、击穿等现象。为了避免在绝缘破坏的情况下所造成的过分损伤，试验设备或试验线路中应加入一个自动保护器件。该项试验一般不應重复进行，必须重复进行时，试验电压应降到前次试验值的75%。
另外，GJB 360A-96《电子及电气元件试验方法要求》中涉及到300类基本电性能试验方法，根据其中的方法301“介质耐电压试验”确定了试验条件应该满足如下要求：
①施加电压的持续时间为60s;
②施加电压速率500V/s（应尽量均匀地从零增加到规定值）。
3 故障现象及定位
3.1 故障现象
根据上述内容的航标和国军标要求，进行绝缘介电强度试验前，要将相关电路断开，因某航电设备电子组件A的航空插头与机箱壳体之间有复杂的相关电路，在测试时需要寻找一个容易断开的点进行断开。
试验中，该航电设备201401#电子组件A在进行例行试验的绝缘介电强度测试时，测试设备报警，绝缘介电强度测试不合格。
3.2 故障定位
3.2.1 电子组件机箱组成
电子组件A机箱组成如下：机箱壳体，母板，航空插头（28V电源入口含滤波器），计时器、继电器、机箱焊线。
3.2.2 故障分析
如图1所示，绝缘介电强度试验时，测试设备正端连接机箱航空插头A针（+28V），负端连接机箱壳体。绝缘介电强度考核的对象是航空插头与机箱壳体之间的耐压，而不是中间的相关电路，但是该组件的航空插头与机箱壳体地之间有很多相关电路（在测试时，电路不容易断开，只有X2与机箱壳体之间的焊线方便断开）。
绝缘介电强度试验时，引起测试设备报警的因素有：产品绝缘介电强度不合格和产品有线路没有完全断开。线路没有完全断开的因素有：航空插头、滤波器、计时器、继电器、机箱焊线（试验时，保险丝是拔下的，所以不在故障树中）。
建立故障树如图2所示。
<E：＼书＼排版＼中小企业管理与科技·上旬刊201601＼文件＼13-2.jpg>
图2 故障树
①航空插头
航空插头的各个插针与壳体是断开状态，但是航空插头与滤波器焊装灌封在一起，在试验时无法断开。
同时进行试验的电子组件A的航空插头与同时进行试验的电子组件B航空插头型号相同，均为中航工业158厂生产，电子组件B顺利通过技术鉴定试验和例行试验中的绝缘介电强度检测，且电子组件A也顺利通过了技术鉴定试验中的绝缘介电强度检测。
通过上述试验，说明航空插头没有问题。
②滤波器
滤波器与航空插头是焊装灌封在一起，例行试验的滤波器编号为1714/10（2014年第17周第10只），寻找了一只同一批次滤波器（编号：1714/43）进行单独测试，将耐电压测试仪的正端连接插头A针，负端连接滤波器壳体，电压从0V匀速增加至500V（10s内），从施加电压到测试结束共计60s，确认此滤波器可以满足500V耐压性能。
通过上述试验，说明滤波器没有设计问题。
③计时器
例行试验的绝缘介电强度试验未通过后，对计时器进行检测，系统通电检测，产品功能正常，计时器工作正常，说明计时器没有出现问题。
计时器安装在机箱前面板，需要拆开前面板才能断开相关线路，拆装和恢复不宜操作。
④继电器
例行试验的绝缘介电强度试验未通过后，对继电器进行检测，系统通电检测，产品功能正常，继电器工作正常，说明继电器没有出现问题（继电器：两个触点耐压1000V，线圈对壳体耐压750V）。
继电器安装在机箱前面板，需要拆开前面板才能断开相关线路，拆装和恢复不宜操作。
⑤机箱焊线
核查电子组件A图纸和例行试验机箱焊装的一致性，确认例行试验机箱焊装符合图纸要求，+28V GND（X2）与机箱壳体有连接线，如图3所示。 <E：＼书＼排版＼中小企业管理与科技·上旬刊201601＼文件＼13-3.jpg>
图3 28V地与机箱壳体有连线
对比技术鉴定试验件机箱和例行试验件机箱的+28V GND与机箱壳体接线关系不一致，技术鉴定试验件201202#机箱的+28V GND（X2）与机箱壳体没有连接线（如图4所示），例行试验件201401#机箱的+28V GND（X2）与机箱壳体有连接线（如图3所示）。
通过上述分析确认引起测试设备报警是因为进行绝缘介电强度测试时，机箱焊线没有完全隔离。
X2与机箱壳体的连接线是单独焊装的，断开和焊装相对容易操作。
<E：＼书＼排版＼中小企业管理与科技·上旬刊201601＼文件＼13-4.jpg>
图4 28V地与机箱壳体无连线
⑥产品耐压
技术鉴定的绝缘介电强度试验通过测试，以及例行试验机箱在断开28V GND与机箱壳体接线后进行绝缘介电强度试验，通过测试，说明产品耐压合格。
4 机理分析
机箱的绝缘介电强度主要考核的是28V电源输入端航空插头与机箱壳体之间的耐压性能。
航空插头与滤波器焊装灌封在一起，再连接计时器和继电器，如图3和图4所示，两种连接线设计的差异是X2与机箱壳体之间的连线，在组件连接系统电缆前，电子组件A有差异，当系统电缆连接各个组件后，状态是一样的。
图4的设计理念是各个部分通过系统电缆连接成系统后，电子组件A通过电缆将28V GND与机箱壳体连接，与图3达到一致效果，此时有无X2与机箱壳体的连接线都可以。因此考慮将X2与机箱壳体的连接线断开。
5 故障复现
5.1 例行试验机箱故障复现
对201401#电子组件A（滤波器编号：1714/10）进行绝缘介电强度故障现象复现测试，电压从0V匀速增加至500V（10s内），当电压增加至约400V时，测试设备报警，故障复现，并且滤波器出现击穿现象（加上之前的耐压试验，累计耐高压时间已经超过100秒，超出正常耐压要求）。
5.2 工艺机箱故障复现
使用工艺电子组件A（滤波器编号：3312/09）进行验证试验，电压从0V匀速增加至500V（10秒内），当电压增加至约400V时，测试设备报警，故障复现，并且滤波器出现击穿现象。
6 措施及验证情况
6.1 措施
在技术鉴定试验过程中，电子组件B机箱的绝缘介电强度试验首次没有通过，将其+28V GND线与机箱壳体的连线去除后通过绝缘介电强度试验。电子组件A也去除了+28V GND线与机箱壳体的连线，并通过了绝缘介电强度试验。
核查图纸和例行试验机箱焊装的一致性，确认例行试验机箱和工艺机箱的焊装符合图纸要求，+28V GND（X2）与机箱壳体有连接线，如图3所示。
综上所述，根据技术鉴定的机箱状态去除+28V GND（X2）与机箱壳体的连接线（如图4所示），进行后续试验。
6.2 验证情况
随后，使用与例行试验同一批次的滤波器（1714/43）进行故障定位和对比分析试验。使用1714/43#滤波器进行了3次试验。
6.2.1 单独测试滤波器。为了确认滤波器的耐压性能，将耐电压测试仪的正端连接插头A针，负端连接滤波器壳体，电压从0V匀速增加至500V（10s内），从施加电压到测试结束共计60s，确认此滤波器可以满足500V耐压性能。
6.2.2 滤波器焊装到工艺机箱。为了确认滤波器可靠性、机箱焊线正确性，以及耐压性能，去除电子组件A+28V GND （X2）与机箱壳体连接线，将1714/43#滤波器焊装到工艺机箱，进行电子组件A耐压性能测试，将耐电压测试仪的正端连接插头A针，负端连接机箱搭铁线，电压从0V匀速增加至500V（10s内），从施加电压到测试结束共计60s，确认此滤波器可以满足500V耐压性能。
6.2.3 滤波器焊装到例行试验机箱。为了确认滤波器和例行试验机箱的焊线正确性，以及耐压性能，去除例行试验显示控制电子组件+28V GND （X2）与机箱壳体连接线，将1714/43#滤波器焊装到工艺机箱，进行电子组件A耐压性能测试，将耐电压测试仪的正端连接插头A针，负端连接机箱搭铁线，电压从0V匀速增加至500V（10s内），从施加电压到测试结束共计60s，确认此滤波器可以满足500V耐压性能。
7 结束语
通过对电子组件A的各组成部分进行逐一排查，最终确定去除+28V GND与机箱壳体之间的连接线，并进行了后续的验证试验。根据验证结果，判定该航电设备绝缘介电强度试验故障现象定位准确，机理分析清楚，故障得以复现，更改措施经试验验证有效。
参考文献：
[1]高福生.低压电气产品的介电强度和绝缘电阻技术性能分析与测量[J].企业标准化，2008.