消磁船外消磁系统设计及试验方法

王世一， 安德红

(1.大连辽南船厂， 辽宁 大连 116041； 2.92118部队， 浙江 舟山 316000)

消磁船外消磁系统设计及试验方法

王世一1， 安德红2

(1.大连辽南船厂， 辽宁 大连 116041； 2.92118部队， 浙江 舟山 316000)

舰船磁场包括感应磁场和固定磁场，而消磁船则是针对各类舰船的固定磁场进行消除勤务的重要执行单位，因此研究消磁船外消磁系统可以更好地消除舰船固定磁场，提高舰船的生存能力。通过对消磁船外消磁系统的组成和作用进行分析，阐述消磁船建造过程中主要工艺流程及试验方法，为了解舰船消磁系统技术特点，有序开展消磁船建造、试验提供参考。

外消磁系统；消磁船；消磁系统

0 引言

众所周知，地球是一个巨大的磁体，在其周围的空间充满了地球磁场，如图1所示。一切顺磁材料(主要是铁磁材料)和由它们所构成的物体在地球磁场内都会受到磁化，常见种类磁场大小如表1所示。舰船由磁性材料构成或由含有大量磁性材料的物体组成，也会受到磁化并具有独特的磁特性，形成舰船磁场，因此舰船消磁技术应用而生。

舰船消磁技术就是为减弱舰船磁场强度并改善其分部特性所采取的技术措施，主要用于提高舰艇的磁性防护能力，防御水中磁性武器(如磁性感应水雷)的攻击或降低被磁探测仪器发现的概率。

1 舰船磁场产生及组成

舰船是由钢铁建造的，两个主要因素导致舰船周围存在磁场：一个因素是舰船船体和设备材料均属铁磁性材料；另一个因素则是地球存在南北指向分布的地磁场。钢铁舰船的磁化和磁滞特性会在钢铁舰船周围形成感应磁场[1]和固定磁场[1]。其中：感应磁场是指钢铁舰船在地球磁场作用下，舰船周围产生的磁场；固定磁场是指钢铁舰船在其承受较大磁场冲击、建造和航行过程中的应力变化等作用后产生的一定剩余磁性，该磁性在舰船周围形成磁场，这类磁场不随舰船航向和航行海区变化。舰船磁场一般指的是铁磁性磁场，由感应磁场和固定磁场两部分组成。此外，舰船还存在运动过程中切割磁力线产生的涡流磁场、内部大量通电电缆和交直流电机等产生的杂散磁场等但这些磁场与铁磁性磁场相比相对较弱，对于钢质舰船一般不予考虑，只对磁性指标要求非常高的舰船才进行防护。

图1 地球磁场

序号种类量级/nT备注1扬声器磁铁表面磁场(2～4)·1070.02～0.04T2电机内部磁场(8～9)·1080.8～0.9T3地球表面磁场50000地磁场平均值4地球磁场日变化30～1005舰船杂散磁场20～300现采取的措施6设备磁场(无屏蔽)100～500

2 消磁船外消磁系统原理及消磁方法

消磁船的主要作用是消除舰船所具有的固定磁性，并对舰船消磁系统进行磁场测量和线圈调整。其原理是无磁滞磁化，即铁磁物体在外磁场中受外部能量的反复作用而实现无磁滞磁化，同样其在零值磁场中受外部能量反复作用也能实现无磁滞退磁。

舰船消磁方法主要包括固定绕组消磁法、临时线圈消磁法、联合[2]消磁法。

(1) 固定绕组消磁法。这种消磁法在舰船上安装消磁绕组、消磁电源与电流调整器等设备，当电源通电时，绕组电流产生与舰船磁场大小相等、方向相反的磁场，从而达到抵消舰船固定磁场及感应磁场的目的。

(2) 临时线圈消磁法。这种消磁法是通过专门的消磁船(站)进行的。消磁时要在被消磁的舰船外面绕上临时线圈，或将被消磁船开到敷设好电缆的消磁站去，通过供电设备产生大电流破坏舰船磁场结构，从而达到消除舰船固定磁场和抵消一部分感性磁场的要求。

(3) 联合消磁法。这种消磁法是指将固定线圈法和临时线圈法相结合的方法。

3 消磁船外消磁系统组成及作用

消磁船外消磁系统主要由主消磁电源设备、副消磁电源设备、消磁推进控制系统设备、磁场测量及分析设备、消磁电缆、绕送电缆设备等组成。目前主要通过消磁船与被消磁船一对一消磁(见图2)或多对一形式开展舰船消磁作业。消磁作业时，消磁线圈临时缠绕在被消磁舰船上，共有1组工作线圈、2组补偿线圈，其中：工作线圈中通以正负相间、间歇、衰减的矩形电流实现无磁滞退磁；补偿线圈通以恒定电流用以补偿地磁对舰船的作用。

图2 一对一消磁状态图

3.1 主消磁电源设备

国内消磁船主消磁电源目前一般采用直流发电机组为消磁工作线圈提供消磁电流。当消磁船处于消磁工况时，通过同步控制技术，协调消磁脉冲发电机组的输出电流脉冲的同步，控制原理如图3所示。消磁工作线圈的作用是在舰船进行综合消磁时用以产生振幅逐渐衰减的正负交变磁场。根据无磁滞磁化原理，工作线圈的方向可以是任意的，考虑到纵向的效率高，一般采用纵向的螺线管型线圈，如图4所示[3]。主消磁电源设备一般包括消磁发电机组、自动开关柜、主回路控制板、磁力站、主消磁接线箱等。

图3 消磁电流控制原理框图

图4 螺线管型线圈

3.2 副消磁电源设备

副消磁电源一般由调压-变压器(或调压器、变压器)、整流柜、控制台、副消磁接线箱等组成，如图5所示。考虑到消磁任务工作中有加绕局部补偿线圈的需要，需提供4组独立输出的地磁补偿线圈电流供消磁时使用。

图5 副消磁系统控制原理

3.3 消磁推进控制系统设备

其主要包含中央控制台、励磁柜、电源柜、继电柜、电阻箱、现地控制柜等。消磁推进控制系统随着电力电子元器件和控制器的发展而飞速进步。原来的控制仪器包括继电器、开关等元件，设备重量和尺寸大，控制精度不够，操作复杂。随着PLC和集成模块技术的发展，现今控制系统正向稳定性、集成化、智能化、可程序化的方向发展。消磁推进控制系统的管理及控制单元是基于计算机技术的监控系统，是进行自动化控制的保障，采用集中管理、分散控制的模式。监控系统提供对现场设备的实时运行情况执行控制，向用户提供操作接口，实时监视系统的状态，进行故障诊断和保护控制，并可提供消磁和推进控制功能。

3.4 磁场测量及分析设备

其主要由手提式测磁仪、磁场分析设备等构成，主要用于舰船原始磁场磁场测量、消磁效果考核及分析使用，是消磁工作的基础[4]。

3.5 其他设备

消磁电缆主要用于被消磁船消磁绕组。

消磁绕缆设备包含电缆收放装置、电缆卷车、电缆转运叉车、起重设备等，主要是为提高消磁电缆转运、收放效率而配备。

4 外消磁系统建造工艺要求

目前，国内消磁船一般采用电力推进。一方面，在推进工况时，直流发电机组可以直接为推进电机供电，为舰船提供航行动力；另一方面，在消磁工况时，可直接为消磁线圈提供脉冲电流。因此，为确保消磁船建造总体性能得到有效实现，建造过程中要重点做好以下控制。

(1) 设备布置设计。由于主回路控制板、自动开关柜、调压-变压器、整流器等设备体积大且工作时会产生较大热量，因此在布置时要合理利用舰船舱室空间。对于工作舱室内中央控制台、励磁柜、继电柜、电源柜、副消磁控制台等设备要平齐摆放，便于人员操作、管理；对于机舱区域的大型设备，布置时应在确保日常操作、保养便利的同时充分考虑设备的维修空间、散热空间，以保证通道畅通、操作便利、散热有效。

(2) 电缆敷设设计。由于消磁船采用直流电力推进，因此消磁控制电缆及电力电缆敷设尤为重要。其中，消磁控制系统主回路电力电缆属五类强干扰电缆之一，在电缆线路设计时需单独设置，且与其它各类电缆间隔至少300 mm。电缆排列应按“+”“-”依次有序排列，使磁场正负抵消，避免对附近设备及电缆造成干扰。接线端子应清晰标识，一般正(+)端标红色，负(-)端标蓝色。同时，对于推进消磁控制系统信号电缆，在敷设时需根据信号源的特点单独穿管敷设，并控制走线长度，以避免造成信号干扰或衰减。

5 外消磁系统试验方法

外消磁系统将直接影响消磁船的消磁性能，故在试验过程中需对外消磁系统进行充分有效试验，以确保其性能得以有效实现。

5.1 主消磁系统

5.1.1 试验工装

手持式测速仪、多功能数据记录仪、可调式负载电阻(耐压、抗脉冲电流)及通用仪表等。

5.1.2 试验流程及方法

(1) 试验前的准备工作。① 组织进行试验前设备安装、系统负载接线及系统绝缘检查；② 主消磁控制系统保护、操作转换及联锁功能检查；③ 无线模块和接口检查(待有时)；④ 消磁发电机组脉冲工况调整试验。

(2) 一般消磁试验。在消磁发电机组额定转速下，分别接入不同阻值消磁负载，按照脉冲持续时间要求，调整输出脉冲电流，并按照额定电流差值逐渐加大、直至最大输出电流值。获取发电机电枢电压、电枢电流、转速波形图。单个脉冲波形要求如图6所示。

图6中： t1为上升时间；t2为脉冲通电时间；t3为下降时间；Im为脉冲电流峰值；I0为脉冲电流终值；IH为脉冲电流标称值；σ为超调量。 须注意的是脉冲下降沿不应出现反向电流。

(3) 综合消磁试验。综合消磁试验按规定阻值负载电阻分别进行。在电流首脉冲以下时，均匀递减，递减次数不小于40次。脉冲电流波宽2～6 s可按级差0.5 s调节，间隙时间2～20 s可按级差2 s调节。在按要求取多个模式测试后取消磁发电机的电压、电流、转速波形及励磁电流值，其电流脉冲示意图如图7所示。

图7 综合消磁1个周期的电流脉冲示意图

5.2 副消磁系统

5.2.1 试验条件

船舶电站系统交验完毕，整流柜风机完好且满足流量要求，与主消磁系统间通信和报警功能正常。

5.2.2 试验工装

水负载或电站智能负载箱、试验用测试仪表设备。

5.2.3 试验流程及方法

(1) 试验前的准备工作。① 设备安装、接线及绝缘电阻检查；② PLC及整流机通风机状态检查；③ 调压变压器、调压器及负载接线检查；等。

(2) 空载操作及PLC系统检查试验。

分别对副消磁电源进行手动升压调压试验、手动降压调压试验、空载自动升压调压试验、空载自动降压试验。

手动升压调压试验。首先将调压器空载电压调到最小，记录最小空载电压；然后进行均匀、连续升压调节操作，并从电压表观察直流电压上升情况；最后在达到额定电压后，继续升高电压至额定电压120%，记录电压值。

手动降压调压试验。首先从最高电压120%往下降压，记录最高电压；然后进行均匀、连续降压调节操作，并从电压表观察直流电压下降情况；最后将调压器空载电压调到最小，记录最小空载电压。

空载自动升压调压试验。将调压器空载电压调到最小，记录最小空载电压；然后将电压设定到120%电压，并从电压表观察直流电压上升情况，要求均匀、无跳动，并记录电压。

空载自动降压试验。从最高电压往下降压，记录最高电压；进行均匀、连续降压调节操作，并从电压表观察直流电压下降情况；将调压器空载电压调到最小，记录最小空载电压。

(3) 负载性能试验。以试验负载为水电阻为例。负载试验时,自动控制，电流100%、电压100%，通电30 min，当电压变化超出120%范围时，随时调节水电阻阻值，维持电流。每隔10 min记录半小时内调压器和变压器原副边电压、电流、温度及整流柜直流输出端电压电流、整流管等温度信息。

6 结束语

未来消磁系统会逐步向交流机组整流、副消磁

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电源模块化、分析控制职能化等方向发展，消磁能力及精度都将得到大幅度提高。目前，国内消磁船受消磁场地、测量方式及人员素质等因素的制约而导致应用率较低。随着科技不断发展，国内舰船消磁系统的稳定性及自动化程度将进一步提高。

[1] 国防科学技术工业委员会.舰艇及其装备术语 消磁：GJB 175.3-1988[S]. 1988.

[2] 国防科学技术工业委员会.舰船消磁要求：GJB 1234-1991[S]. 1991.

[3] 杜志瀛.舰船消磁[M].北京：国防工业出版社，1983.

[4] 张国友.舰船消磁系统原理与设备[D].武汉：海军工程学院，1999.

Design and Experiment of Outside Degaussing System of Degaussing Ship

WANG Shiyi1， AN Dehong2

(1. Dalian Liaonan Shipyard, Dalian 116041, Liaoning， China； 2.92118 Army， Zhoushan 316000， Zhejiang, China)

Ship’s magnetic field includes induced magnetic field and permanent magnetic field, and degaussing ship is an important unit which can remove the permanent magnetic field of different type of ships. Therefore, the research of the outside degaussing system of degaussing ship could minish leaving permanent magnetic field and improve the viability of ships. The component and function of outside degaussing system are analyzed, and the building technics and experiment of outside degaussing system is introduced.The technical feature of degaussing system is introduced.The reference is provided for degaussing shipbuilding and experiments.

outside degaussing system; degaussing ship; degaussing sysytem

王世一(1980-)，男，工程师，研究方向为船舶电气工程。

U674

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