热成像技术在动车组中的应用研究

张 许， 沈华波

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司 技术工程部，山东 青岛 266000)

热成像技术在动车组中的应用研究

张 许， 沈华波

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司 技术工程部，山东 青岛 266000)

电气系统作为动车组的核心组成部分，其性能直接影响动车组的运行品质与行车安全;在动车组中利用红外热成像及其他检测技术对动车组电气系统进行监控，通过对主要的电气部件及接线部位的电压值、电流值以及发热状态进行数据采集并建立基础数据库;在检测过程中将测试点的电压、电流及发热状态等特征值与数据库基础数据进行比对，能够快速、有效的发现因接线端子松动、负载不平衡、过载等不易察觉的现象导致的设备异常状态，为电气系统异常故障诊断提供一种快速、便捷的定位方式;试验表明：在动车组中使用热成像技术，能够快速发现、定位因故障导致的设备异常状态，有效降低潜在异常现象导致的设备故障问题，进一步提升动车组的安全性能。

热成像技术；数据库；调试工艺；故障诊断

0 引言

随着轨道交通装备制造业的快速发展，动车组已经逐渐成为出行的主要方式，电力系统作为动车组的重要组成部分，其可靠性直接影响到动车组的安全稳定运行[1]。为保证动车组的可靠性，提前发现车辆存在的安全隐患，提升动车组生产调试工序的检测水平，采用红外热成像技术对动车组电气系统的发热状态进行监控，提前发现因接线端子松动、负载不平衡、过载等不易察觉的异常现象导致的动车组行车安全事故。

1 红外热成像原理

1.1 红外热成像概念

红外线热辐射是一种常见的电磁波辐射现象，任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大；反之，辐射的能量愈小。基于红外热成像的诊断技术就是通过吸收被测物体的红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。根据红外辐射的基本定律可知：一个被测物体的表面辐射系数一定时,它的辐射功率与其绝对温度t的四次方成正比。因此，对物体表面温度的检测就变成为对其辐射功率的检测。当被测物体其他条件不变的情况下,仅仅是产生了故障和缺陷，那么它的表面温度场分布将会发生相应变化；若被测物体的材料特性发生异常，其表面的温度也相应改变，因而应用红外进行温度的检测，可以为分析被测目标的现有状态提供信息[2]。

1.2 红外热成像仪的原理

红外热成像仪是基于红外热成像技术设计的检测设备其工作原理如图1所示，红外探测器通过对电气设备表面温度及其分布的测试、分析和判断形成红外热图像,准确地发现电气设备运行中的异常和缺陷,从而预知设备运行状况[3]。

图1 红外热成像仪的工作原理图

2 红外热成像仪在动车组中的应用

2.1 系统结构

热成像技术在动车组中的应用是根据不同的电流流过设备时产生的设备表面温度分布变化来进行检测，其系统结构如图2所示。

图2 热成像检测系统原理图

2.2 流程设计

热成像检测系统在动车组中的应用其工作流程如图3所示。在初始阶段，通过对不同类型且状态良好动车组的主要电气设备及关键接线位置进行数据采集，以被测试部位的红外热成像数据及关键接线点的电流、电压等数据为基础建立数据库。在调试过程阶段，将测试部位的红外热成像图像及电压、电流等数据与数据库基础数据进行比对，当测试部位的数据与基础数据库存在差异时，计算机将异常情况反馈给调试终端并进行报警，测试人员收到异常报警信号后对异常部位重点盯控，并采用其他检测手段进行异常状态排查。确认异常状态后通知相关人员进行修复直至各电气设备状态正常。

图3 热成像检测流程图

2.3 试验测试

在车辆完成相关试验后，将车辆整备到运行状态。作业人员在司机室操作升弓、合VCB、全列高压供电，并开启全列保温，持续工作2小时以后，使用FLUKE Tix560热成像仪对车辆配电柜内的断路器、端子排、电气元件的发热状态进行检测，并将检测结果拍照记录。

通过热成像仪监测、记录动车组车上配电柜电气件、端子排接线及连接器接线状态的温升情况；同时根据车载电气设备结构特点，充分验证热成像仪在调试过程中的使用情况。详细信息如下：

1)司机室右后柜：司机右后柜红外热成像图像如图4所示，通过此测试方法可以较清晰的查看一个区域内的物体发热状态，并显示区域内的最高温度、平均温度和最低温度，且能根据使用者需要定位到最高温度的发生位置，为车辆未预知的温升异常点提供详细的原始参考数据。图3显示端子排处的最高温度为30.1 ℃，高出周围线束温度，通过实际测量及对照相关参数，此处电流为1.3 A，高于其他线束电流值，符合要求。

图4 司机室右后柜端子排和断路器的红外图像

2)M车组合配电柜：TC车总配电柜红外热成像图像如图5所示。图5显示当车上有大电流流过断路器时，其电缆和端子的发热状态比较明显，端子的最高温度达到45.9 ℃、比环境温度高出十多摄氏度，很容易被察觉；同样当车辆电气系统出现端子松动、接触不良、接触电阻偏大、过载等故障时，局部发热也会很明显，故障易被发现。

图5 M车组合配电柜交流断路器

3 结论

试验表明：动车组电气系统调试时通过采用热成像技术能够及时发现因接线端子松动、接触不良、接触电阻偏大等潜在的异常发热问题，有效避免故障的发生。同时，为电气系统异常故障诊断提供了一种快速、便捷的定位方式，提升了动车组调试工艺水平。

[1]卢碧红,张秉海等. 动车组牵引供电系统故障模式影响与危害分析[J].振动、测试与诊断，2016，16(1)：97-101.

[2]高天云，李文韬.红外热成像技术在DCS预防性维修中的应用[J].化工自动化及仪器，2010，37(11)：116-119.

[3]李刚.便携式热成像仪在电气设备预知性维修中的应用[J].冶金设备管理与维修，2014，3(2)：5-7.

Application of Thermal Imaging Technology for EMU

Zhang Xu，Shen Huabo

(Engineering Department，CRRC Qingdao SiFang Locomotive & Rolling Stock Co.，Ltd.， Qingdao 266000,China)

Electrical system as a core component of the EMU, its performance will directly affect the quality and safety of the EMU operation. In the EMU, infrared thermal imaging and other detection techniques are used to monitor the electrical system of the EMU.The data of the voltage, current and thermal state of the main electrical components and wiring parts are collected to established the basic database. In the process of debugging, the state of the test points and the basis of database data are compared to quickly and efficiently find loose terminal, the phenomenon of unbalanced load, overload and other imperceptible phenomena caused by abnormal febrile equipment. At the same time,this technology provides a fast and convenient way of positioning for the abnormal electrical system fault diagnosis. The results show that the use of thermal imaging technology in the EMU can quickly identify and locate the abnormal state of the equipment caused by the fault, effectively reduce the equipment failure caused by the potential anomaly, and further enhance the safety performance of the EMU.

thermal imaging technology；database；debugging process；fault diagnosis

2016-09-21；

2016-11-03。

张 许(1988-)，男，陕西咸阳人，硕士研究生，主要从事轨道交通工艺方法的研究。

1671-4598(2016)12-0221-02

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.064

U279.4

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