電氣化牽引線路紅外檢測分析

摘要：紅外檢測已經是一項比較成熟的設備溫升異常的檢測手段，在輸電線路檢測中的檢測導線連接點溫升變化、絕緣子零低值等方面有突出貢獻。側重點為從紅外檢測電氣化牽引線路導線連接點入手，通過大量圖譜及檢測數量的分析，并根據分析牽引站變壓器工作原理，闡述牽引站線路導線、接頭、連接點及相關金具出現異常溫升的原因。結合輸電線路運行經驗，給出相應的處置辦法，降低或避免因電氣化牽引站變壓器運行特殊性給輸電線路造成的影響。

關鍵詞：電氣化牽引線路；輸電線路；紅外檢測；圖譜分析

作者簡介：陸經照（1971-），男，山西介休人，晉中供電分公司輸電工區，工程師；要糧安（1973-），男，山西太谷人，晉中供電分公司輸電工具，工程師。（山西 榆次 030600）

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）30-0237-02

一、紅外檢測技術在輸電線路中的應用

當今，紅外檢測技術已在電力系統中得到廣泛應用，由于它具有遠距離、無損、非接觸、直觀判斷、預知性故障判斷等優點，該技術已成為電力設備狀態檢修工作的重要環節。

1.紅外診斷方法

紅外診斷方法根據設備運行狀態和發熱機理的不同，采取不同的診斷方法，主要有表面溫度判斷法、同類比較判斷法、圖像特征判斷法、相對溫差判斷法、檔案分析判斷法、實時分析判斷法這6種。輸電線路導線接頭過熱診斷的常用方法為相對溫差判斷法。

2.紅外熱缺陷分析

供電線路的熱缺陷多是由于設備過熱所引起，主要有導線連接線夾過熱、導線接頭過熱、絕緣子劣化局部發熱、金具連接部位發熱等缺陷，這些熱缺陷可歸結為外部熱缺陷和內部熱缺陷。判別此類線路的熱缺陷一般采用相對溫差判別法。

（1）相對溫差判別法。這是一種相對比較易于現場檢測人員掌握的方法，既方便又可減小因檢測條件和運行狀態影響帶來的誤差。溫差比就是一組設備中被紅外儀器檢測到的反映部件發熱的異常部位溫度和相應的正常部位溫度之差，與異常部位溫度和環境溫度之差的比值。換言之，就是兩個對應測點之間的溫差與其中較熱點的溫升之比的百分數，即

△t=（t1-t2）/t1=（T1-T2）/（T1-T0）

式中：t1和T1——發熱點的溫升和溫度；t1和T2——相對應點的溫升和溫度；T0——環境參照體的溫度。溫升：用同一檢測儀器相繼測得的被測物表面溫度和環境溫度參照體表面溫度之差。溫差：用同一檢測儀器相繼測得的不同被測物或同一被測物不同部位之間的溫度差。

（2）外部熱缺陷。電力設備外部熱缺陷，主要是指對外界可以直接觀測到的設備部位發生的缺陷。這類缺陷是由于設備長期暴露在大氣中，各種裸露部件因接觸不良等原因引起的過熱。輸電線路大部分屬于此類型。

這類熱缺陷以局部過熱的形態向其周圍輻射紅外線，可以直接暴露在紅外診斷設備的視場范圍之內，其紅外熱像圖顯現出以故障點為中心的熱場分布。所以，檢測和診斷都比較容易，能夠做到直觀且一目了然。

（3）內部熱缺陷。所謂電力設備的內部熱缺陷，主要是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設備殼體內部的電氣回路故障和絕緣介質劣化引起的各種故障。故障出現在電氣設備的內部，無法像外部故障那樣能夠從設備的外部直接檢測出來（大多主要涉及變電設備，此處不做討論）。

二、電氣化牽引線路紅外檢測

以某地區主網線路為例，選取1條電氣化牽引線路和1條正常供電線路，對同類檢測部位通過實際紅外檢測整理數據供分析。

1.檢測實例

（1）跟蹤1條110kV電氣化牽引線路紅外檢測，抽查紅外檢測數據14組，跟蹤檢測1條正常供電線路紅外檢測，同樣抽查數據14組。通過對同類檢測部位分類，將這兩大類數據進行對比，找出電氣化牽引線路導線接頭及連接部位溫升異常變化。下面以在同一出線變電站、同一區域、供電負荷相近的2條線路，選取A、B、C相導線連接點紅外檢測數據進行比對（比對數據表略）。經過比對可知，正常負荷下，電氣化牽引線路導線連接點溫升與其他供電線路導線連接點溫升一樣，沒有什么異常變化。

（2）追蹤檢測電氣化牽引線路負荷變化情況下的溫升變化。檢測到電氣化牽引線路在電力機車通過時，連接點溫升異常，機車通過后，連接點溫升恢復正常。紅外檢測圖譜如圖1、圖2所示。

從圖1計算可知，在正常運行情況下，導線連接點相對溫差為21.2%，屬于正常溫升范圍，定性為一般熱缺陷；在機車通過時，從圖2計算可知，導線連接點相對溫差為94.8%，屬于重大熱缺陷。這說明，電氣化牽引站內部電氣連接方式和運行方式直接影響著供電線路，會導致供電線路導線發熱。此連接部位為T型線夾，通過外部觀測T型線夾連接螺栓并無松動現象，以運行經驗分析，該線夾發熱相對溫差21.2%原因應為連接部位受長期運行影響可能局部連接部位受灰塵污染，導致連接部位接觸面粗糙溫升。在機車通過時，該連接點相對溫差94.8%，直接原因與電氣化牽引站線網運行方式有關，需進一步說明。

三、電氣化牽引線路易發生缺陷部分及原因分析

在分析電氣化牽引線路紅外熱缺陷前，需了解電氣化牽引網和牽引變壓器的工作原理。只有清楚其具體運行狀態，才能更好地防范和治理此類熱缺陷。

1.電氣化牽引網

電氣化鐵路牽引變電所直接由供電部門調度將電能從電力系統傳送給電力機車，此種供電網絡形成中電力裝置的總稱叫電氣化鐵路的供電系統，又稱牽引供電系統。它主要由牽引變電所和接觸網兩大部分組成。

我國的電氣化鐵路牽引變電所是通過三相電力系統經牽引變壓器將l10kV（或者220kV）電壓降壓為27.5kV（或者55kV）后向牽引網和電力機車進行單相供電。

牽引供電回路是由牽引變電所——饋電線——接觸網——電力機車——鋼軌——回流聯接——（牽引變電所）接地網組成的閉合回路，統稱為牽引網。

2.牽引變壓器

牽引變壓器是電氣化鐵道牽引供電系統的特殊變壓器，它的原邊跨接于三相電力系統中的兩相；副邊一端與牽引側母線連接，另一端與軌道及接地網連接。牽引變壓器的容量利用率高，但其在電力系統中單相牽引負荷產生的負序電流較大，對接觸網的供電不能實現雙邊供電。

3.電氣化牽引線路易發熱分析

電氣化牽引線路導線易發熱與其受電側系統接線方式和運行方式有關，下面從受電側的供電系統和供電線路兩部分進行分析。

（1）供電系統分析。電力機車是一個具有隨機變化特點的感性負載，由于牽引設備的非線性，導致機車的電流中存在不對稱分布的諧波成分。這些成分會直接導致牽引供電系統成為電力系統中主要的無功源。供電系統無功功率產生使供電線路中無功功率的有功損耗增加，對供電線路的危害主要是供電線路連接點設備發熱程度增加。此外，由于此種供電系統產生的負序電流和諧波電流也會導致供電線路設備局部過熱，特別是導線及連接點等薄弱環節、薄弱點溫升會異常的高。

（2）供電線路分析。正常狀態下，供電線路產生故障的原因主要有兩方面，其一是在施工階段造成，線路施工安裝中工藝不達標準，監管不嚴格。反映在電氣連接表面的氧化層未打磨、未除凈干凈，留有其它污垢；焊接工藝差，連接不致密；或緊固螺母不到位，彈墊較松動，未擰緊；或者是未加彈簧墊圈；或者是由于連接件內導體不等徑；壓接工藝等原因。其二是運行階段造成，主要為導線在風力舞動下或者外界引起的振動等機械力作用下，以及線路周期性過載及環境溫度的周期性變化，使部件周期冷縮熱脹，引起連接松馳。

電氣化牽引線路在機車通過時過熱，這種現象就是因其獨特運行方式造成整根導線發熱，集中反映到連接薄弱部件上，如導線接頭、連接部位等。圖2發熱異常情況與此有關。

四、解決對策

第一，每年要對所有電氣化牽引線路進行精確測溫，建立紅外檢測圖譜庫，所有紅外檢測圖像必須作為基礎臺帳資料和其它測量數據存入數據庫進行保存。

第二，電氣化牽引線路進出線側地線應與桿塔絕緣，可以在地線側加掛一片絕緣子。在例行紅外檢測中，也曾發現有牽引線路地線連接的楔形線夾發熱，也出現過地線斷線的現象，此類故障現象另撰文分析。

第三，從設計階段考慮，應加大電氣化牽引線路導線線徑，或者采用耐熱型導線，以適應導線瞬間發熱需求。

第四，電氣化牽引線路絕緣子易采用玻璃絕緣子或者是復合絕緣子，防止因瓷質絕緣子持續短時間過熱，發生掉串現象。

第五，從檢修策略方面考慮，應每年對電氣化牽引線路各個電氣連接部分進行登桿塔檢查，逐一緊固電氣連接部件，對薄弱連接點應打開檢查，必要時進行打磨加導電膏處理。

五、結束語

電氣化牽引供電線路既關乎電力網供電運行安全，又關乎牽引網用電安全。紅外檢測既可以有效檢測各個連接部件異常溫升，又可以通過圖譜分析達到預警目的。至于電氣化牽引線路在機車通過時導線發熱現象及發熱的處置、預控還需進一步深入探討。

參考文獻：

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