淺談紅外診斷技術在地鐵供電系統電氣設備中的應用

劉 斌

（陜西省西安市地下鐵道有限責任公司，陜西 西安 710016）

1 紅外診斷技術

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，其波長范圍為0.75～1000μm，根據波長的不同，可依次分為近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外。凡物體溫度高于絕對零度（-273°C）時，均會對外產生紅外輻射，其輻射特性，既輻射特性的大小及波長的分布與物體表面溫度有著十分密切的關系。因此，通過目標物體自身的紅外輻射的測量，便能夠準確的確定它的表面溫度。紅外熱像儀就是根據這一基本原理制成的。熱像儀一般由掃描——聚光系統、紅外測控器、電子系統和顯示系統等部分組成。來自目標物體的紅外輻射被掃描——聚光系統所掃描并匯聚在紅外探測器上，紅外輻射被轉換成電信號，經過電子系統進行電子處理后在顯示屏上顯示溫度信號。通過顯示屏上測量光標的移動，圖像的任何部分都可進行溫度的定量測量。

紅外診斷技術就是利用紅外熱像儀對帶電電氣設備表面的紅外輻射進行無接觸檢測，然后根據檢測出的溫度、溫差或熱像圖，結合設備的結構原理及運行工況進行綜合分析，以判斷設備是否存在缺陷。紅外診斷技術具有直觀、準確、靈敏度高、快速、安全、應用范圍廣泛等特點，可以查出多種缺陷，是開展設備診斷和狀態檢修的有效手段。紅外診斷手段正在被逐步推廣，紅外技術不但能診斷出導體接觸不良、鐵芯漏磁異常等引起的設備過熱缺陷，還可以診斷出充油設備缺陷、設備受潮、老化等引起的非過熱缺陷。

圖2

1.1 紅外診斷技術具體分析如下：

（1）通過負荷電流的設備，當導體接觸不良時，會引起局部過熱。如電氣母線、電動機、變壓器、斷路器、套管、電纜接頭等。

（2）電動機、變壓器等電器設備，由于設計、制造及其運行中遭受故障沖擊等原因，引起鐵芯漏磁增大，箱殼處在漏磁磁場中，產生渦流，引起局部溫升異常。

圖3

（3）不通過負荷電流的電氣設備，如避雷器、電壓互感器等，當設備內部絕緣受潮，老化等異常時，引起溫升異常。

1.2 設備缺陷的判斷

隨著紅外診斷技術的逐步推廣，供電系統設備缺陷的判斷依據也日臻完善，《電氣設備紅外診斷技術應用導則》中規定的判斷依據如下：

（1）當設備溫升達到20℃～40℃時，應作為一般缺陷，及時通知檢修部門列入檢修計劃。

（2）當設備溫升達到50℃～130℃時，應作為嚴重缺陷，盡快通知檢修部門，檢修部門應根據設備發熱程度及其重要性及時檢查處理。

（3）當設備溫升到130℃以上時，應作為危機缺陷，立即通知檢修部門進行檢查處理，重要設備的危機缺陷應同時報告總工程師及其上級有關部門。

2 紅外診斷技術的應用

供電系統電氣設備內部熱故障主要發生在導電回路和絕緣介質上，其內部發熱機理因設備內部結構和運行狀態的不同而異，一般可概括為：導體連接或接觸不良；介質損耗增大；電壓分布不均勻或泄漏電流過大；因絕緣老化、受潮、缺油等，產生局部放電；磁回路不正常等等。紅外熱像儀通過對設備溫度的感應形成熱分布圖，以圖像的明暗反映能量輻射（溫度）的高低，對于設備內部熱故障、外部熱故障的判斷更直觀有效，是紅外測溫儀無法達到的，應用也更廣泛。

2.1 紅外診斷技術在供電設備缺陷診斷中的運用與效果

紅外診斷技術在工業發達國家被普遍推廣使用，從最初的電氣設備和電力線路開始擴大到發電廠等有關方面，紅外診斷技術已成為電力設備監測、普查、及時發現隱患、及時搶修、杜絕惡性突發性設備事故的一種先進手段。

2.1.1 電力變壓器

電力變壓器作為供電設備的核心，是變電站的主設備。由于正常運行時，無論負載輕重，變壓器自身都存在一定的損耗，通過對變壓器各部件的熱像檢測對比，可有效發現主變套管及外殼漏磁等問題。其中可檢測的故障類型有：（1）高壓套管端部連接接觸不良（含接頭），通常在端部出現局部高溫，可能是套管內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）。

這類故障通常導致套管本體普遍發熱，可從相間的比較中得出判斷。但現場中可能會受到主變本體的熱量散發及高溫背景影響，因此需注意調整觀察角度和背景。

2.1.2 高壓斷路器

斷路器是供電系統設備中數量較多的一類，從發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。相對來說，斷路器的檢測受到的干擾要少得多。而多數斷路器本體簡潔，故障易于發現，檢測結果的可靠性較好，準確度也較高。現場應用中可檢測的的故障類型有：

（1）觸頭接觸不良發熱。這是斷路器最常見的故障，主要表現在相關金屬部位的瓷套發熱，可能是動靜觸頭接觸不良，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，故障相進線側溫度達120℃，出線側溫度只有45℃，這是因為安裝或檢修時的疏忽或工藝不良引起。處理后投運正常。

2.1.3 供電系統電纜頭

電纜頭的發熱是一個十分普遍的問題，由于接觸過熱或工藝不良導致電纜絕緣損壞后發生擊穿的，是導致電纜頭事故的重要原因。因此，電纜的熱像檢測實際上就是電纜頭的檢測。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，未緊固產生的，接頭過熱向電纜頭傳導，并危及電纜絕緣，若故障發展至十分嚴重，可使電纜頭絕緣擊穿而發生事故。

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

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

2.2 地鐵電氣運行設備監督范圍和測試周期

根據我公司地鐵供電系統設備的實際情況，建議制定的紅外診斷的監督范圍和測試周期如下：

2.2.1 監督范圍：

（1）110kV、35kV及1500V電氣設備本體及動、靜連接點。

（2）380V電氣系統動力中心母線、電纜及電源間隔設備。

2.2.2 測試周期：

（1）110kV及35kV電氣設備每年二至四月份和七至八月份各檢測一次，其它電氣設備每年七至八月份檢測一次，對有缺陷而又無法立刻停運進行處理的電氣設備應視具體情況跟蹤檢測直至缺陷消除。

（2）110kV及35kV刀閘分閘后再次合閘運行后跟蹤檢測一次。

3 結論

由其他城市地鐵供電系統測量實例的分析，我們發現：

（1）過熱點主要集中在刀閘、引線連接處、接線板等電氣設備的通流部位。

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

通過近年來的實踐應用，我們深切地體會到紅外診斷技術對地鐵供電系統電氣設備的早期故障缺陷、絕緣性能都可做出可靠的預測，能夠安全、快速、準確地發現各種設備缺陷。它對提高地鐵供電系統的安全性，可靠性、對提高供電系統運行經濟效益，降低維修成本都有很重要的意義，確實是一種值得推廣的先進檢測手段。

[1]陳永輝，等.供電設備紅外診斷技術[M].北京：水利水電出版社.

[2]帶電設備紅外診斷技術應用導則[M].