淺談紅外診斷技術(shù)在地鐵供電系統(tǒng)電氣設(shè)備中的應(yīng)用

劉 斌

（陜西省西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西 西安 710016）

1 紅外診斷技術(shù)

圖1 變壓器故障部位圖片

紅外線是介于微波和可見光之間的一種電磁波，其波長(zhǎng)范圍為0.75～1000μm，根據(jù)波長(zhǎng)的不同，可依次分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外。凡物體溫度高于絕對(duì)零度（-273°C）時(shí)，均會(huì)對(duì)外產(chǎn)生紅外輻射，其輻射特性，既輻射特性的大小及波長(zhǎng)的分布與物體表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過目標(biāo)物體自身的紅外輻射的測(cè)量，便能夠準(zhǔn)確的確定它的表面溫度。紅外熱像儀就是根據(jù)這一基本原理制成的。熱像儀一般由掃描——聚光系統(tǒng)、紅外測(cè)控器、電子系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)等部分組成。來自目標(biāo)物體的紅外輻射被掃描——聚光系統(tǒng)所掃描并匯聚在紅外探測(cè)器上，紅外輻射被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過電子系統(tǒng)進(jìn)行電子處理后在顯示屏上顯示溫度信號(hào)。通過顯示屏上測(cè)量光標(biāo)的移動(dòng)，圖像的任何部分都可進(jìn)行溫度的定量測(cè)量。

紅外診斷技術(shù)就是利用紅外熱像儀對(duì)帶電電氣設(shè)備表面的紅外輻射進(jìn)行無接觸檢測(cè)，然后根據(jù)檢測(cè)出的溫度、溫差或熱像圖，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)行工況進(jìn)行綜合分析，以判斷設(shè)備是否存在缺陷。紅外診斷技術(shù)具有直觀、準(zhǔn)確、靈敏度高、快速、安全、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)，可以查出多種缺陷，是開展設(shè)備診斷和狀態(tài)檢修的有效手段。紅外診斷手段正在被逐步推廣，紅外技術(shù)不但能診斷出導(dǎo)體接觸不良、鐵芯漏磁異常等引起的設(shè)備過熱缺陷，還可以診斷出充油設(shè)備缺陷、設(shè)備受潮、老化等引起的非過熱缺陷。

圖2

1.1 紅外診斷技術(shù)具體分析如下：

（1）通過負(fù)荷電流的設(shè)備，當(dāng)導(dǎo)體接觸不良時(shí)，會(huì)引起局部過熱。如電氣母線、電動(dòng)機(jī)、變壓器、斷路器、套管、電纜接頭等。

（2）電動(dòng)機(jī)、變壓器等電器設(shè)備，由于設(shè)計(jì)、制造及其運(yùn)行中遭受故障沖擊等原因，引起鐵芯漏磁增大，箱殼處在漏磁磁場(chǎng)中，產(chǎn)生渦流，引起局部溫升異常。

圖3

（3）不通過負(fù)荷電流的電氣設(shè)備，如避雷器、電壓互感器等，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部絕緣受潮，老化等異常時(shí)，引起溫升異常。

1.2 設(shè)備缺陷的判斷

隨著紅外診斷技術(shù)的逐步推廣，供電系統(tǒng)設(shè)備缺陷的判斷依據(jù)也日臻完善，《電氣設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》中規(guī)定的判斷依據(jù)如下：

（1）當(dāng)設(shè)備溫升達(dá)到20℃～40℃時(shí)，應(yīng)作為一般缺陷，及時(shí)通知檢修部門列入檢修計(jì)劃。

（2）當(dāng)設(shè)備溫升達(dá)到50℃～130℃時(shí)，應(yīng)作為嚴(yán)重缺陷，盡快通知檢修部門，檢修部門應(yīng)根據(jù)設(shè)備發(fā)熱程度及其重要性及時(shí)檢查處理。

（3）當(dāng)設(shè)備溫升到130℃以上時(shí)，應(yīng)作為危機(jī)缺陷，立即通知檢修部門進(jìn)行檢查處理，重要設(shè)備的危機(jī)缺陷應(yīng)同時(shí)報(bào)告總工程師及其上級(jí)有關(guān)部門。

2 紅外診斷技術(shù)的應(yīng)用

供電系統(tǒng)電氣設(shè)備內(nèi)部熱故障主要發(fā)生在導(dǎo)電回路和絕緣介質(zhì)上，其內(nèi)部發(fā)熱機(jī)理因設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的不同而異，一般可概括為：導(dǎo)體連接或接觸不良；介質(zhì)損耗增大；電壓分布不均勻或泄漏電流過大；因絕緣老化、受潮、缺油等，產(chǎn)生局部放電；磁回路不正常等等。紅外熱像儀通過對(duì)設(shè)備溫度的感應(yīng)形成熱分布圖，以圖像的明暗反映能量輻射（溫度）的高低，對(duì)于設(shè)備內(nèi)部熱故障、外部熱故障的判斷更直觀有效，是紅外測(cè)溫儀無法達(dá)到的，應(yīng)用也更廣泛。

2.1 紅外診斷技術(shù)在供電設(shè)備缺陷診斷中的運(yùn)用與效果

紅外診斷技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家被普遍推廣使用，從最初的電氣設(shè)備和電力線路開始擴(kuò)大到發(fā)電廠等有關(guān)方面，紅外診斷技術(shù)已成為電力設(shè)備監(jiān)測(cè)、普查、及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、及時(shí)搶修、杜絕惡性突發(fā)性設(shè)備事故的一種先進(jìn)手段。

2.1.1 電力變壓器

電力變壓器作為供電設(shè)備的核心，是變電站的主設(shè)備。由于正常運(yùn)行時(shí)，無論負(fù)載輕重，變壓器自身都存在一定的損耗，通過對(duì)變壓器各部件的熱像檢測(cè)對(duì)比，可有效發(fā)現(xiàn)主變套管及外殼漏磁等問題。其中可檢測(cè)的故障類型有：（1）高壓套管端部連接接觸不良（含接頭），通常在端部出現(xiàn)局部高溫，可能是套管內(nèi)外部件間的接觸不良的情形。

（2）高壓套管（電容型）介損過大（或放電性故障）。

這類故障通常導(dǎo)致套管本體普遍發(fā)熱，可從相間的比較中得出判斷。但現(xiàn)場(chǎng)中可能會(huì)受到主變本體的熱量散發(fā)及高溫背景影響，因此需注意調(diào)整觀察角度和背景。

2.1.2 高壓斷路器

斷路器是供電系統(tǒng)設(shè)備中數(shù)量較多的一類，從發(fā)熱角度看其故障主要是電接觸方面的故障，如觸頭，接線端頭等。相對(duì)來說，斷路器的檢測(cè)受到的干擾要少得多。而多數(shù)斷路器本體簡(jiǎn)潔，故障易于發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)結(jié)果的可靠性較好，準(zhǔn)確度也較高?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中可檢測(cè)的的故障類型有：

（1）觸頭接觸不良發(fā)熱。這是斷路器最常見的故障，主要表現(xiàn)在相關(guān)金屬部位的瓷套發(fā)熱，可能是動(dòng)靜觸頭接觸不良，中間觸頭接觸不良等故障。

（2）外部引線接頭不良。主要是斷路器外接線端頭的連接不良，這是很普遍的故障之一，故障相進(jìn)線側(cè)溫度達(dá)120℃，出線側(cè)溫度只有45℃，這是因?yàn)榘惭b或檢修時(shí)的疏忽或工藝不良引起。處理后投運(yùn)正常。

2.1.3 供電系統(tǒng)電纜頭

電纜頭的發(fā)熱是一個(gè)十分普遍的問題，由于接觸過熱或工藝不良導(dǎo)致電纜絕緣損壞后發(fā)生擊穿的，是導(dǎo)致電纜頭事故的重要原因。因此，電纜的熱像檢測(cè)實(shí)際上就是電纜頭的檢測(cè)。常見故障類型有：

（1）電纜頭出線外接頭不良，這類故障是由于外部連接線安裝時(shí)，未緊固產(chǎn)生的，接頭過熱向電纜頭傳導(dǎo)，并危及電纜絕緣，若故障發(fā)展至十分嚴(yán)重，可使電纜頭絕緣擊穿而發(fā)生事故。

（2）電纜頭線鼻子等內(nèi)連接壓接不良，故障發(fā)熱點(diǎn)在電纜出線末端附近，同樣會(huì)危及電纜絕緣問題。

（3）電纜頭絕緣不良，這類故障發(fā)熱是從電纜頭根部向外傳導(dǎo)，且比電纜本體的溫度還高，但總的溫升值不會(huì)太高，通常這是電纜頭制作工藝不良的結(jié)果。

2.2 地鐵電氣運(yùn)行設(shè)備監(jiān)督范圍和測(cè)試周期

根據(jù)我公司地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)際情況，建議制定的紅外診斷的監(jiān)督范圍和測(cè)試周期如下：

2.2.1 監(jiān)督范圍：

（1）110kV、35kV及1500V電氣設(shè)備本體及動(dòng)、靜連接點(diǎn)。

（2）380V電氣系統(tǒng)動(dòng)力中心母線、電纜及電源間隔設(shè)備。

2.2.2 測(cè)試周期：

（1）110kV及35kV電氣設(shè)備每年二至四月份和七至八月份各檢測(cè)一次，其它電氣設(shè)備每年七至八月份檢測(cè)一次，對(duì)有缺陷而又無法立刻停運(yùn)進(jìn)行處理的電氣設(shè)備應(yīng)視具體情況跟蹤檢測(cè)直至缺陷消除。

（2）110kV及35kV刀閘分閘后再次合閘運(yùn)行后跟蹤檢測(cè)一次。

3 結(jié)論

由其他城市地鐵供電系統(tǒng)測(cè)量實(shí)例的分析，我們發(fā)現(xiàn)：

（1）過熱點(diǎn)主要集中在刀閘、引線連接處、接線板等電氣設(shè)備的通流部位。

（2）檢出的缺陷中，電氣設(shè)備的外部缺陷占主要部分。主要原因是由金屬導(dǎo)體接頭氧化腐蝕、導(dǎo)體接頭松動(dòng)、導(dǎo)線斷股、壓力彈簧失效等因素引起金屬導(dǎo)體連接部位的接觸電阻變大，在大電流的作用下，使導(dǎo)體連接部位的溫度異常升高。

通過近年來的實(shí)踐應(yīng)用，我們深切地體會(huì)到紅外診斷技術(shù)對(duì)地鐵供電系統(tǒng)電氣設(shè)備的早期故障缺陷、絕緣性能都可做出可靠的預(yù)測(cè)，能夠安全、快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)各種設(shè)備缺陷。它對(duì)提高地鐵供電系統(tǒng)的安全性，可靠性、對(duì)提高供電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，降低維修成本都有很重要的意義，確實(shí)是一種值得推廣的先進(jìn)檢測(cè)手段。

[1]陳永輝，等.供電設(shè)備紅外診斷技術(shù)[M].北京：水利水電出版社.

[2]帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則[M].