工業內窺鏡在變電檢修中的應用

李炎　陳謙　梁為勇

摘 要：文章介紹了工業內窺鏡的原理與應用，對工業內窺鏡在變電檢修領域的應用進行了探討，同時就應用于變電檢修的內窺鏡提出了一些改進的建議。

關鍵詞：工業內窺鏡；變電檢修；應用分析

1 工業內窺鏡介紹

工業內窺鏡是目前廣泛用于工業制造和維修領域的一種無損檢測設備，它延長了人眼的視距，突破了人眼觀察的死角，可以準確清晰地觀察機器設備內部或零件內表面的情況，如磨破損、表面裂紋、毛刺及異常附著物等，避免了檢查過程中不必要的設備分解、拆卸以及可能造成的零部件損傷，具有操作方便，檢查效率高，結果客觀準確的優勢，是企業生產過程控制和質量控制的一個有力工具[1]。

圖1為典型的工業內窺鏡結構，由①攝像頭、②彎曲關節、③蛇管、④主機、⑤顯示屏幾個部分組成。使用者手持主機端，將蛇管伸入待探測區域，通過控制彎曲關節的活動使攝像頭獲取目標被攝物的圖像及聲音等信息。

內窺鏡技術最初應用于二戰時期國防工業領域，在20世紀50年代初內窺鏡技術得以改良并廣泛應用于民用工業領域與醫療領域。我國從20世紀70年代開始大量引進工業內窺鏡產品，主要應用于航空航天設備內部多余物的控制以及零部件的品質控制。近年來隨著工業現代化建設的發展，國內工業內窺鏡的應用已經進入了實用階段，越來越多地運用于產品生產過程的質量控制，并發展成為一種常規的檢測手段。

2 變電一次設備特點

變電一次設備指變電站中直接承載能量電流的設備，如架空線、避雷器、電壓互感器、電流互感器、斷路器、隔離開關、接地開關、電抗器、電容器、變壓器、高壓電纜、母線等等。由于電壓等級高，承載電流大，結構緊湊精密，變電設備的微小缺陷如果未能在檢修中及時發現，極易釀成短路、放電、設備燒毀等嚴重的電力事故，威脅電網安全穩定運行，對人民群眾的生產生活造成極其惡劣的影響。

變電一次設備往往采用封閉式設計，在無損檢測設備的檢修工作中難以觀察到設備內部組件的運行健康狀況。此時利用工業內窺鏡可以從變電設備的狹窄縫隙中進入設備內部，觀察無法用肉眼直接觀察到的部件。使用內窺鏡可以有效提高檢修人員對設備內各部件腐蝕、銹斑、裂紋、異物、異常等缺陷的檢查效率。以內窺鏡檢查替代設備解體檢查，可以減少停電時間，降低作業風險，使作業環境與工藝更可控，同時避免解體設備受潮和污染。

3 工業內窺鏡在變電一次設備檢修中的應用

基于變電一次設備的上述特點，工業內窺鏡在變電一次設備某些方面的觀察與檢測具有難以替代的作用。

3.1 在變壓器檢修中的應用

變壓器是變電站中最為核心的設備，起到在不同電壓等級間對電能進行轉換的作用。工業內窺鏡在變壓器檢修中的應用主要體現在以下幾個方面：

（1）油箱部件的檢查與清理。

變壓器運行要求極為苛刻，油箱、油枕等油容器內部不允許出現任何異物，否則在變壓器運行過程中異物會隨油流移動，阻塞油流通管道，引發變壓器噴油或重瓦斯保護動作；導體異物還會破壞繞組絕緣，引發匝間短路甚至變壓器爆炸。往常對油箱中異物的檢查與清理只能在變壓器油排空的情況下進行，對變壓器吊罩、吊芯或檢修工作人員從變壓器手孔中進入進行檢查，費時費力。采用工業內窺鏡對變壓器油箱進行檢查只需將油排至頂蓋手孔下方便可進行。將油位排至手孔下方后，工業內窺鏡由手孔中伸入主變內部，可以檢查油箱中有無異物，配合磁鐵等工具對異物進行清理。同時也可以檢查繞組絕緣等情況。

（2）變壓器繞組的檢查。

檢查變壓器繞組時可以在現場將內窺鏡探頭伸入變壓器繞組之間或繞組與鐵芯之間進行觀察拍照，可以檢查出變壓器繞組是否有變形，繞組變形的形狀、嚴重程度和具體部位；也可以檢查繞組的絕緣有無破損、老化等情況。

3.2 在戶外瓷柱式斷路器檢修中的應用

斷路器是變電站中至關重要的設備，如果斷路器不能可靠動作，將直接帶來巨大的電網風險。工業內窺鏡在戶外瓷柱式斷路器檢修中的應用主要體現在以下幾個方面：

（1）斷路器機構箱內部元件檢查。

包括隔離開關、高壓開關柜、GIS組合電器中機構箱。無法直接用肉眼觀察到的元件可以采用工業內窺鏡進行觀察，如無法直接觀察到的：機構傳動部件有無銹蝕、裂紋；機構內軸、銷有無碎裂、變形；鎖緊墊片有無松動；分合閘彈簧應檢查表面有無損傷、腐蝕；分合閘滾子轉動時有無卡澀和偏心現象，與掣子接觸面表面是否平整光滑，有無裂痕、銹蝕及凹凸現象；扣接時扣入深度是否符合要求；傳動齒輪有無卡阻、銹蝕現象，潤滑是否良好等，解決了此類部件由于肉眼無法觀察一直無法開展維護的問題。

（2）斷路器本體內部檢查。

如維護中可用內窺鏡從頂蓋中伸入斷路器本體內部，檢查所有弧觸指磨損程度，觸指壓緊彈簧有無疲勞、松脫、斷裂，觸指座有無破損，噴口有無破損、堵塞等現象；也可以檢查絕緣拉桿外表有無破損、變形情況，拉桿兩頭金屬固定件有無松脫、磨損、銹蝕現象；檢查絕緣件外表有無破損、變形、燒蝕情況；還可以檢查本體是否存在金屬微粒、粉末、雜物等。檢查的結果可以指導下一步的檢修工作，避免了不必要的解體，檢查時間大大縮短，效率明顯指高，同時可以節省大量的檢修費用。

3.3 在高壓開關柜中的應用

（1）固定式開關柜柜內結構檢查。

由于固定式開關柜手車無法方便移出，對柜內接頭、地刀、拉桿等結構的檢查十分困難。采用工業內窺鏡后困難迎刃而解。

（2）高壓開關柜母線橋的檢查。

工業內窺鏡可以從母線橋散熱孔中檢查母線外觀情況，同時對穿墻套管內的母線外觀檢查可以在地面進行，減少了攀爬到母線橋上的高空作業風險。

（3）電纜溝內電纜檢查。

工業內窺鏡可以從電纜溝蓋板的縫隙中伸入地下，檢查電纜外觀，尤其是在電纜短路點的查找過程中，不需要人員進入電纜溝，避免了人員觸電的風險。

3.4 GIS組合電器中的應用

（1）GIS在工廠裝配、運輸和現場安裝后，可能存在零件松動、脫落、導電表面刮傷、絕緣子開裂、異物和導電微粒進入、裝錯、漏裝或安裝不到位情況發生，所以在投入運行前對GIS內部的檢查是十分必要的，這時驗收時可以利用內窺鏡檢查GIS各部件是否存在金屬微粒、粉末、雜物、裝配是否到位、各元件表面是否存在刮傷、開裂等，減少設備帶隱患投入運行，導致故障的發生。

（2）在GIS安裝或更換本件元件時，可以利用內窺鏡伸入元件內部，作業人員通過屏幕直接檢查觸頭對接情況，利于及時發現對接偏差，避免了因對接不準而造成觸頭座被壓壞、觸頭接觸不良的情況發生，提高了GIS安裝的準確性和效率。

（3）GIS設備在運行中，可能由于設備設計不合理，可動無件與固定元件發生摩擦，從而產生金屬粉末并遺留在零件的隱蔽地方，或由于電弧的作用使得GIS內部存在金屬微粒、粉末等。這時可在運行維護過程中，定期利用內窺鏡檢查GIS各部件、隱蔽處是否存在金屬微粒、粉末、雜物，從而指導進一步的檢查與維護，減少因此類原因造成的故障。

（4）GIS設備在長時間運行后，分合閘次數多，若所用材料有缺陷，可能使設備內部運動的部位發生磨損，拉桿連接處開裂，接頭磨損，分合閘不到位等缺陷。維護中可定期利用內窺鏡檢查GIS各運動部件是否發生磨損、開裂以及分合閘不到位等缺陷。

（5）利用內窺鏡可用于查找GIS內部故障點。GIS運行后可能由于各種原因導致內部閃絡、絕緣擊穿、內部接地短路和導體過熱等故障，由于GIS的全密封結構使故障的定位及檢修比較困難、繁雜，檢修人員無法直接查批故障的根源。當懷疑GIS內部發生故障時，可以利用工業內窺鏡在手孔處伸入內部進行遠距離檢測則可以方便、快捷、準確地確定故障原因和故障點。指導下一步的故障修復工作，避免了由于不能直觀看到故障點而進行GIS解體檢查，大大減少檢修工期、降低檢修成本和難度、縮短停電時間。

（6）GIS外部結構死角檢查。GIS組合電氣不依賴空氣絕緣，設計制造結構緊密，在相鄰間隔間、相鄰氣室間存在許多人員無法進入的死角。使用工業內窺鏡對這部分區域進行外觀檢查及銘牌抄錄可以收到良好的效果。

3.5 在其他變電一次設備檢修中的應用

工業內窺鏡由于其小巧的體積，優良的進入性，在變電檢修工作中可應用的設備十分廣泛，不局限于上述應用，例如還包括電流、電壓互感器內部檢查等，可以檢查干式電抗器的風道內線圈絕緣包封外表面情況等。

4 改進

鑒于變電設備的特殊性，需要對工業內窺鏡某些特性進行改進，才能在變電檢修領域創造更大的價值。工業內窺鏡尚待改進的方面如下：

（1）絕緣特性。

這是工業內窺鏡應用于整個電力系統中最亟待突破的技術難點。如果工業內窺鏡能夠實現高電壓等級絕緣，便能電力系統中的帶電設備進行觀察與檢測，這將能極大地減少停電時間，使檢修人員能在不停電的時候全面了解設備的健康狀況。工業內窺鏡的絕緣化改進將帶來變電檢修領域的一場革命。

（2）防油特性。

對于油變壓器、油互感器、油斷路器以及液壓傳動機構的檢查對工業內窺鏡的防油特性有較高要求。目前伍爾特等部分廠家生產的內窺鏡已具備防水防油的特性。

（3）全視角特性。

變電設備由于部件較為精密，結構較為緊湊，在某些設備內部的封閉腔體中沒有足夠空間給內窺鏡的彎曲關節活動。

如果對內窺鏡的傳動及攝像頭部分稍加改進，改為可活動的潛望式結構，這將使攝像頭無需彎曲便可對垂直于蛇管方向的平面進行360°全方位拍攝，對狹小空間內的變電檢修觀測工作帶來極大便利。

5 結束語

（1）內窺鏡是一種無損檢測設備，它延長了人眼的視距，并且可以改變視力的方向，減少人眼觀察的死角，方便準確清晰觀察電氣設備內部及其部件的表面情況，避免了不必要的設備解體，而且比解體方法的工作效率提高數十倍。

（2）在變電站一次設備維護檢查中使用內窺鏡，對于預防電氣設備故障、節省檢修費用及電氣設備檢修具有重要意義。使用內窺鏡對設備進行檢查可以解決平時肉眼不可見部位檢查，不需要設備解體檢查，使得停電時間也大為縮知，節省了大量檢修費用。

（3）在變電站一次設備維護中使用內窺鏡輔助檢查，是十分有必要增加的一種輔助手段，變電檢修班組應配置內窺鏡和深入研究內窺鏡在不同設備的具體應用，發揮內窺鏡的優點，提高設備的檢修質量，保證設備的安全運行。

參考文獻

[1]程維明，李國棟.用于細小工業管道的視頻探測器[J].光學精密工程，2001，9（6）：519-522.