固原机场助航灯光系统绝缘老化评估与寿命预测模型研究

1 助航灯光系统绝缘老化机理与评估方法

1.1 助航灯光系统绝缘老化机理分析

助航灯光系统绝缘老化是一个复杂的物理化学过程，其本质是电缆绝缘材料在环境应力作用下逐渐丧失原有性能的表现。湿热环境对绝缘材料的影响最为显著。当环境温度升高时，高分子材料的分子链段运动加剧，导致材料内部自由体积增大，水分更容易渗透进入绝缘层内部。在昼夜温差达 15℃以上的固原地区，反复的热胀冷缩还会在材料内部产生微裂纹，进一步加速水分扩散。

紫外线辐射是西北干旱地区的另一典型环境因素。助航灯光系统暴露在外的电缆护套长期受到强紫外线照射，会引发聚合物分子链断裂。这种光氧老化过程首先表现为材料表面粉化，随着老化程度加深，裂纹逐渐向材料内部延伸，最终导致绝缘层机械强度显著下降。

机械应力作用也不容忽视。助航灯光电缆在敷设过程中存在的弯曲应力，以及运行期间因温度变化产生的热机械应力，都会在材料内部形成微观缺陷。特别是在电缆接头等应力集中部位，反复的机械形变会导致局部绝缘层出现永久性变形，为水分和污染物渗透提供通道。

1.2 绝缘老化评估方法综述

助航灯光系统绝缘老化评估是保障航空安全的重要技术手段，其核心在于通过科学方法准确判断绝缘材料的性能状态。当前主流的评估方法可分为三类：电气参数检测法、物理化学分析法以及综合状态评估法，各类方法在适用场景和检测精度上各具特点。

电气参数检测作为最常用的现场评估手段，主要通过测量绝缘电阻、介质损耗角正切值等关键指标来反映材料性能。研究发现，“绝缘性能降低是助航灯光系统最常见的故障形式之一”，而定期测量回路绝缘电阻能有效发现早期老化迹象。

物理化学分析法主要应用于实验室环境，包括热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）等材料表征技术。这类方法通过检测绝缘材料的玻璃化转变温度、热分解温度等参数，可直接反映材料分子链的断裂程度和交联状态。对于运行年限较长的助航灯光系统，通过取样分析绝缘层的氧化诱导期和结晶度变化，可准确评估材料的老化阶段。

2 固原机场助航灯光系统绝缘老化实验与数据分析

2.1 实验设计与实施

实验设计以固原机场助航灯光系统为研究对象，采用现场检测与实验室加速老化试验相结合的方法，系统分析绝缘材料在西北典型气候条件下的老化特征。现场检测选取机场 18#进近灯光系统、跑道边灯系统作为主要测试区段的电缆回路。测试时段选择 2025 年4 月至 6 月，该时段昼夜温差显著且频发沙尘天气，能较好反映当地气候特点。

实验室试验设计重点模拟固原地区三种典型环境应力：湿热循环、紫外线辐射及机械振动。采用恒温恒湿箱实现温度 40^∘C±2^∘C 、相对湿度85%±5% 的湿热环境，每日进行 8 小时高温高湿与 16 小时常温交替循环，模拟自然环境中干湿交替过程。紫外线老化试验选用UVA-340 灯管，辐照强度控制在 0.76W/m² ，与固原地区夏季正午紫外线强度相当，每日持续照射 12 小时。

现场检测采用非破坏性测试方法，主要包含三项内容：一是使用 2500V兆欧表测量回路绝缘电阻，测试前对电缆接头进行清洁处理，确保表面泄漏电流不影响测量结果；二是采用便携式局部放电检测仪捕捉电缆终端处的放电信号，设置检测频带为 3MHz-30MHz；三是通过红外热像仪扫描电缆表面温度分布，重点观察接头部位是否存在异常温升。

实验室测试样本取自固原机场更换下来的退役电缆，按服役年限分为三组。每组样本同步进行三项加速老化试验，每 240 小时为一个测试周期。

每个周期结束后测量试样的体积电阻率、介质损耗因数及拉伸强度，记录材料性能变化趋势。为模拟实际工况，试样在测试期间持续施加 1.5 倍额定电压的交流电场。

2.2 绝缘老化数据采集与分析

在绝缘老化数据采集过程中，采用分层抽样策略对固原机场助航灯光系统进行全面检测。现场测试重点针对三类典型区段：跑道端进近灯光区（高湿度环境）、滑行道边灯区（强紫外线暴露）以及联络道灯光回路（机械振动频繁区域）。每个区段选取 3 个检测点，分别测量电缆接头、中间段及终端部位的绝缘参数。测试仪器均通过省级计量院校准，确保数据准确性。

数据采集包含三个关键维度：电气性能参数、环境参数以及结构特征参数。电气性能测试采用阶梯电压法，从 500V至 2500V分五档测量绝缘电阻，记录泄漏电流随电压变化的非线性特征。环境参数通过便携式气象站同步采集，包括测试时段的温湿度、紫外线指数及颗粒物浓度。结构特征则通过高频局部放电图谱分析，捕捉绝缘层内部缺陷产生的典型放电信号。

数据分析采用差异对比与趋势关联相结合的方法。首先建立新电缆基准数据库，包含 20 组同型号未使用电缆的测试数据均值。将现场检测结果与基准值对比，计算各参数偏离程度。结果显示，服役 8 年以上的电缆回路绝缘电阻平均下降约 40% ，且高湿度环境下数据离散度显著增大。通过绘制介质损耗因数-温度关系曲线，发现老化电缆的曲线斜率明显增加，表明材料极化损耗加剧。

针对实验室加速老化数据，建立时间-性能退化矩阵。湿热老化试样每240 小时检测周期显示，体积电阻率呈现阶梯式下降特征，且后期下降速率加快。紫外线老化试样在 1000 小时照射后，表面裂纹导致介质损耗因数突增现象。机械振动试验中，弯曲部位的局部放电量随循环次数呈指数增长。

数据关联分析揭示两个重要规律：一是绝缘电阻的自然对数与湿热循环次数呈线性负相关，相关系数达 0.89；二是局部放电幅值超过 5pC时，对应红外热像显示的温度异常区域面积扩大速度加快。基于这些规律，构建了包含环境修正系数的老化速率计算公式：

其中a为老化速率，T为温度，RH为相对湿度，UV为紫外线强度， k₁-k₄ 为材料特性系数。该公式能解释 82% 的老化程度变异。

异常数据排查发现两个特殊案例：某段服役 6 年的电缆绝缘电阻异常偏低，经解剖检查发现接头密封失效导致水分侵入；另一区段介质损耗数据波动异常，红外检测确认是地下积水导致的局部受潮。

结语

首先，西北地区特有的干湿交替、强紫外线及沙尘环境会显著加速电缆绝缘材料性能劣化，其中湿度因素对绝缘电阻下降的影响最为突出。其次，多参数联合检测方法能有效识别早期老化迹象，特别是将绝缘电阻测量与局部放电检测相结合，可提高状态评估的准确性。第三，建立的绝缘寿命预测模型综合考虑了环境应力和材料特性，为制定预防性维护计划提供了科学依据。

参考文献

[1] 张云沛.浅谈机场目视助航灯光系统绝缘电阻的控制措施[J].《中文科技期刊数据库（全文版）工程技术》，2024，（1）：0089-0092.

[2] 陶也.基于DEMATEL-ISM法的助航灯光回路绝缘影响因素建模研究[J].《光源与照明》，2025，（2）：25-27.