浅谈红外诊断技术在地铁供电系统电气设备中的应用

刘 斌

（陕西省西安市地下铁道有限责任公司，陕西 西安 710016）

1 红外诊断技术

图1 变压器故障部位图片

红外线是介于微波和可见光之间的一种电磁波，其波长范围为0.75～1000μm，根据波长的不同，可依次分为近红外、中红外、远红外、极远红外。凡物体温度高于绝对零度（-273°C）时，均会对外产生红外辐射，其辐射特性，既辐射特性的大小及波长的分布与物体表面温度有着十分密切的关系。因此，通过目标物体自身的红外辐射的测量，便能够准确的确定它的表面温度。红外热像仪就是根据这一基本原理制成的。热像仪一般由扫描——聚光系统、红外测控器、电子系统和显示系统等部分组成。来自目标物体的红外辐射被扫描——聚光系统所扫描并汇聚在红外探测器上，红外辐射被转换成电信号，经过电子系统进行电子处理后在显示屏上显示温度信号。通过显示屏上测量光标的移动，图像的任何部分都可进行温度的定量测量。

红外诊断技术就是利用红外热像仪对带电电气设备表面的红外辐射进行无接触检测，然后根据检测出的温度、温差或热像图，结合设备的结构原理及运行工况进行综合分析，以判断设备是否存在缺陷。红外诊断技术具有直观、准确、灵敏度高、快速、安全、应用范围广泛等特点，可以查出多种缺陷，是开展设备诊断和状态检修的有效手段。红外诊断手段正在被逐步推广，红外技术不但能诊断出导体接触不良、铁芯漏磁异常等引起的设备过热缺陷，还可以诊断出充油设备缺陷、设备受潮、老化等引起的非过热缺陷。

图2

1.1 红外诊断技术具体分析如下：

（1）通过负荷电流的设备，当导体接触不良时，会引起局部过热。如电气母线、电动机、变压器、断路器、套管、电缆接头等。

（2）电动机、变压器等电器设备，由于设计、制造及其运行中遭受故障冲击等原因，引起铁芯漏磁增大，箱壳处在漏磁磁场中，产生涡流，引起局部温升异常。

图3

（3）不通过负荷电流的电气设备，如避雷器、电压互感器等，当设备内部绝缘受潮，老化等异常时，引起温升异常。

1.2 设备缺陷的判断

随着红外诊断技术的逐步推广，供电系统设备缺陷的判断依据也日臻完善，《电气设备红外诊断技术应用导则》中规定的判断依据如下：

（1）当设备温升达到20℃～40℃时，应作为一般缺陷，及时通知检修部门列入检修计划。

（2）当设备温升达到50℃～130℃时，应作为严重缺陷，尽快通知检修部门，检修部门应根据设备发热程度及其重要性及时检查处理。

（3）当设备温升到130℃以上时，应作为危机缺陷，立即通知检修部门进行检查处理，重要设备的危机缺陷应同时报告总工程师及其上级有关部门。

2 红外诊断技术的应用

供电系统电气设备内部热故障主要发生在导电回路和绝缘介质上，其内部发热机理因设备内部结构和运行状态的不同而异，一般可概括为：导体连接或接触不良；介质损耗增大；电压分布不均匀或泄漏电流过大；因绝缘老化、受潮、缺油等，产生局部放电；磁回路不正常等等。红外热像仪通过对设备温度的感应形成热分布图，以图像的明暗反映能量辐射（温度）的高低，对于设备内部热故障、外部热故障的判断更直观有效，是红外测温仪无法达到的，应用也更广泛。

2.1 红外诊断技术在供电设备缺陷诊断中的运用与效果

红外诊断技术在工业发达国家被普遍推广使用，从最初的电气设备和电力线路开始扩大到发电厂等有关方面，红外诊断技术已成为电力设备监测、普查、及时发现隐患、及时抢修、杜绝恶性突发性设备事故的一种先进手段。

2.1.1 电力变压器

电力变压器作为供电设备的核心，是变电站的主设备。由于正常运行时，无论负载轻重，变压器自身都存在一定的损耗，通过对变压器各部件的热像检测对比，可有效发现主变套管及外壳漏磁等问题。其中可检测的故障类型有：（1）高压套管端部连接接触不良（含接头），通常在端部出现局部高温，可能是套管内外部件间的接触不良的情形。

（2）高压套管（电容型）介损过大（或放电性故障）。

这类故障通常导致套管本体普遍发热，可从相间的比较中得出判断。但现场中可能会受到主变本体的热量散发及高温背景影响，因此需注意调整观察角度和背景。

2.1.2 高压断路器

断路器是供电系统设备中数量较多的一类，从发热角度看其故障主要是电接触方面的故障，如触头，接线端头等。相对来说，断路器的检测受到的干扰要少得多。而多数断路器本体简洁，故障易于发现，检测结果的可靠性较好，准确度也较高。现场应用中可检测的的故障类型有：

（1）触头接触不良发热。这是断路器最常见的故障，主要表现在相关金属部位的瓷套发热，可能是动静触头接触不良，中间触头接触不良等故障。

（2）外部引线接头不良。主要是断路器外接线端头的连接不良，这是很普遍的故障之一，故障相进线侧温度达120℃，出线侧温度只有45℃，这是因为安装或检修时的疏忽或工艺不良引起。处理后投运正常。

2.1.3 供电系统电缆头

电缆头的发热是一个十分普遍的问题，由于接触过热或工艺不良导致电缆绝缘损坏后发生击穿的，是导致电缆头事故的重要原因。因此，电缆的热像检测实际上就是电缆头的检测。常见故障类型有：

（1）电缆头出线外接头不良，这类故障是由于外部连接线安装时，未紧固产生的，接头过热向电缆头传导，并危及电缆绝缘，若故障发展至十分严重，可使电缆头绝缘击穿而发生事故。

（2）电缆头线鼻子等内连接压接不良，故障发热点在电缆出线末端附近，同样会危及电缆绝缘问题。

（3）电缆头绝缘不良，这类故障发热是从电缆头根部向外传导，且比电缆本体的温度还高，但总的温升值不会太高，通常这是电缆头制作工艺不良的结果。

2.2 地铁电气运行设备监督范围和测试周期

根据我公司地铁供电系统设备的实际情况，建议制定的红外诊断的监督范围和测试周期如下：

2.2.1 监督范围：

（1）110kV、35kV及1500V电气设备本体及动、静连接点。

（2）380V电气系统动力中心母线、电缆及电源间隔设备。

2.2.2 测试周期：

（1）110kV及35kV电气设备每年二至四月份和七至八月份各检测一次，其它电气设备每年七至八月份检测一次，对有缺陷而又无法立刻停运进行处理的电气设备应视具体情况跟踪检测直至缺陷消除。

（2）110kV及35kV刀闸分闸后再次合闸运行后跟踪检测一次。

3 结论

由其他城市地铁供电系统测量实例的分析，我们发现：

（1）过热点主要集中在刀闸、引线连接处、接线板等电气设备的通流部位。

（2）检出的缺陷中，电气设备的外部缺陷占主要部分。主要原因是由金属导体接头氧化腐蚀、导体接头松动、导线断股、压力弹簧失效等因素引起金属导体连接部位的接触电阻变大，在大电流的作用下，使导体连接部位的温度异常升高。

通过近年来的实践应用，我们深切地体会到红外诊断技术对地铁供电系统电气设备的早期故障缺陷、绝缘性能都可做出可靠的预测，能够安全、快速、准确地发现各种设备缺陷。它对提高地铁供电系统的安全性，可靠性、对提高供电系统运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义，确实是一种值得推广的先进检测手段。

[1]陈永辉，等.供电设备红外诊断技术[M].北京：水利水电出版社.

[2]带电设备红外诊断技术应用导则[M].