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(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，其波長范圍為0.75～1000μm，根據(jù)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(chǎn)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(guān)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(jù)這一基本原理制成的。熱像儀一般由掃描——聚光系統(tǒng)、紅外測控器、電子系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)等部分組成。來自目標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器上，紅外輻射被轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過電子系統(tǒng)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(shù)就是利用紅外熱像儀對帶電電氣設(shè)備表面的紅外輻射進行無接觸檢測，然后根據(jù)檢測出的溫度、溫差或熱像圖，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理及運行工況進行綜合分析，以判斷設(shè)備是否存在缺陷。紅外診斷技術(shù)具有直觀、準確、靈敏度高、快速、安全、應(yīng)用范圍廣泛等特點，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）通過負荷電流的設(shè)備，當導(dǎo)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(shè)備，由于設(shè)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(chǎn)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(shè)備，如避雷器、電壓互感器等，當設(shè)備內(nèi)部絕緣受潮，老化等異常時，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）當設(shè)備溫升達到20℃～40℃時，應(yīng)作為一般缺陷，及時通知檢修部門列入檢修計劃。

（2）當設(shè)備溫升達到50℃～130℃時，應(yīng)作為嚴重缺陷，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檢查處理。

（3）當設(shè)備溫升到130℃以上時，應(yīng)作為危機缺陷，立即通知檢修部門進行檢查處理，重要設(shè)備的危機缺陷應(yīng)同時報告總工程師及其上級有關(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)熱機理因設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行狀態(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，是紅外測溫儀無法達到的，應(yīng)用也更廣泛。

2.1 紅外診斷技術(shù)在供電設(shè)備缺陷診斷中的運用與效果

紅外診斷技術(shù)在工業(yè)發(fā)達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、普查、及時發(fā)現(xiàn)隱患、及時搶修、杜絕惡性突發(fā)性設(shè)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(shè)備的核心，是變電站的主設(shè)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(fā)現(xiàn)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(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)場中可能會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。相對來說，斷路器的檢測受到的干擾要少得多。而多數(shù)斷路器本體簡潔，故障易于發(fā)現(xiàn)，檢測結(jié)果的可靠性較好，準確度也較高?，F(xiàn)場應(yīng)用中可檢測的的故障類型有：

（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(cè)溫度達120℃，出線側(cè)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(tǒng)電纜頭

電纜頭的發(fā)熱是一個十分普遍的問題，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(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(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 地鐵電氣運行設(shè)備監(jiān)督范圍和測試周期

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

2.2.1 監(jiān)督范圍：

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

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

2.2.2 測試周期：

（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一次，其它電氣設(shè)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(shè)備應(yīng)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(jié)論

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

（1）過熱點主要集中在刀閘、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、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。

通過近年來的實踐應(yīng)用，我們深切地體會到紅外診斷技術(shù)對地鐵供電系統(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，能夠安全、快速、準確地發(fā)現(xiàn)各種設(shè)備缺陷。它對提高地鐵供電系統(tǒng)的安全性，可靠性、對提高供電系統(tǒng)運行經(jīng)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(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].