關于牽引供電系統測溫技術的探討

王海慶

大秦鐵路股份有限公司 山西 大同 037000

引言

新經濟形勢下鐵路運輸在社會經濟發(fā)展中起著極其重要的作用，牽引供電系統作為電氣化鐵路正常運行的動力保障和關鍵行車設備，保證供電設備的安全穩(wěn)定運行對維持有序的鐵路行車秩序意義重大[1]。由于牽引供電設備戶外復雜運行環(huán)境的特殊性，設備故障時有發(fā)生，尤其是主導電回路﹑電氣節(jié)點的發(fā)熱燒傷問題較為常見，直接危及行車安全。本文重點對當前現場實際應用的主要測溫技術進行了重點分析，結合工作經驗對溫度監(jiān)控手段的未來發(fā)展趨勢進行了探討。

1 牽引供電系統

牽引供電系統主要由牽引變電所﹑饋電線﹑接觸網﹑軌道﹑回流線﹑專用高壓供電線路等向列車提供電能的沿線供電設施構成，供電設備大部分暴露在戶外惡劣環(huán)境下，長期承受著機車不規(guī)律變化負荷的大電流沖擊[2]。溫度作為電氣設備運行狀態(tài)的重要指標數據，不同程度地反映了供電設備的發(fā)熱程度﹑絕緣性能﹑負載大小﹑接觸狀態(tài)等，在鐵路牽引供電專業(yè)管理的實際工作中，主要選取接觸網上網點﹑主導電回路﹑錨段關節(jié)電連接﹑電源進線﹑隔離開關﹑線索接續(xù)點等位置進行溫度監(jiān)控，目前部分智能化的監(jiān)測技術，同時實現了設備的壽命預測管理。

2 測溫技術現狀

關于牽引供電設備的溫度監(jiān)測要求在牽引變電所運行檢修規(guī)程﹑接觸網設備運行維修規(guī)則中都有明確的規(guī)定。在日常電氣化鐵路發(fā)展的歷程中也不斷地積累了成熟的測溫體系，有著不同的測溫技術。

2.1 測溫貼片監(jiān)測

測溫貼片測溫是最先應用于牽引供電系統實施溫度監(jiān)測的方式，主要是在牽引變電所高壓設備的電氣連接部位﹑隔離開關﹑斷路器﹑接觸網上網點等處粘貼的測溫貼片，測溫貼片在溫度升高后會呈現不同顏色，并通過監(jiān)測過程的不可逆性記錄溫度監(jiān)控結果，工作人員通過地面的巡視檢查等方式確認設備異常，實施預防性檢修。該種測溫方式經濟﹑易操作，主要應用于預防性的實時監(jiān)測。由于測溫貼片長期暴露在戶外惡劣環(huán)境中，損耗大大縮短了測溫貼片的使用壽命，且對于突發(fā)的疑似隱患無法進行快速的溫度檢測。

2.2 手持測溫儀

牽引供電系統現場應用的主要是非接觸式紅外手持測溫儀，主要用于設備的周期性及異常狀況的測溫,因為紅外測溫儀屬于光電傳感器，非接觸式的測量速度快﹑準確度高，但同時易受環(huán)境因素（溫度﹑灰塵等）影響，僅限于測量設備表面的溫度，且對光亮﹑拋光的金屬表面測溫不準確[3]。

2.3 在線測溫系統

2.3.1 變電所亭地面溫度監(jiān)測系統。變電所亭地面溫度監(jiān)測系統充分利用了紅外成像非接觸﹑不間斷﹑測溫準確的特點，是一種通過光纖傳輸采集的圖像信號實現數據交換解析的有線網絡測溫系統。根據變電所設備的分布情況，設置設備溫度采集點，通過云臺巡航覆蓋采集設備的溫度，實時記錄顯示到計算機上。此種測溫方式可以分析判斷設備運行狀態(tài)和隱患缺陷，被大量應用于無人值守所亭的溫度監(jiān)測，但同時也存在安裝要求高﹑設備操作復雜﹑投資成本大﹑維護不便的弊端。

2.3.2 變電所電氣溫度監(jiān)測系統。變電所電氣溫度監(jiān)測系統通過一種接觸式無線溫度監(jiān)測終端定時自動采集溫度數據，該終端主要安裝于與之接觸的牽引供電要害電氣連接點上，溫度采集后經其數字處理，由溫度監(jiān)測儀輪詢分析后，通過無線傳輸回溫度監(jiān)測儀。該系統主要由無線溫度監(jiān)測終端﹑溫度監(jiān)測儀﹑服務器﹑服務軟件﹑終端軟件等組成，具有溫度實時監(jiān)測﹑溫度超限自動報警﹑溫度數據存儲﹑查詢打印等功能，同時為溫度管理中心提供了有線或無線的遠程網絡訪問接口，以便調度指揮中心的監(jiān)控管理終端實時查詢各電氣連接點的工作溫度，發(fā)現溫度超限及時處理。因監(jiān)測終端長期暴露戶外，易受環(huán)境影響，此種測溫方式在現場實際應用中主要存在監(jiān)測點異常﹑故障多發(fā)的問題。

2.3.3 電連接狀態(tài)監(jiān)測系統。接觸網電連接狀態(tài)監(jiān)測系統并不是嚴格意義上的溫度監(jiān)測系統，實質是一種接觸網電連接線夾接觸電阻無源監(jiān)測裝置，利用金屬導體溫度越高﹑電阻越大﹑溫度越低﹑電阻越小的原理，通過監(jiān)測電連接接觸電阻的微小變化，反應電連接運行發(fā)熱狀態(tài)，在線夾發(fā)熱前實施檢修預警，防止事故發(fā)生。通常情況下系統的傳感器主要安裝在接觸網錨段關節(jié)﹑線岔﹑股道﹑上網點等位置的電連接處，通過車載或手持中繼器將采集到的數據遠傳回數據處理中心，監(jiān)測傳感器采用無源供電不會對接觸網設備帶來干擾，使用的微電阻測量技術具有準確﹑可靠﹑快速和受外界因素影響小等特點，且結構簡單﹑安裝便利，被納入鐵路供電安全檢測監(jiān)測系統（6C）在現場應用廣泛。主要缺點就是需要配套車載中繼器來實現數據傳輸，由于機車運行的不確定性，數據采集的周期性無法掌握。

2.4 新型測溫裝置

2.4.1 紅外熱像儀。紅外熱像儀是一種利用紅外熱成像技術，通過對設備的紅外輻射探測，并加以信號處理﹑光電轉換等手段，將設備溫度分布的圖像轉換為可視圖像的設備。紅外熱像儀將實際探測到的熱量進行精確的量化，以面的形式實時成像檢測設備的整體，能夠準確識別正在發(fā)熱的疑似故障部位，維護人員通過現場的進一步比對分析判斷發(fā)熱情況和故障部位，紅外檢測通常是在高電阻處產生熱點。相對于紅外測溫儀只能顯示物體表面某一小區(qū)域或某一點的溫度值，而紅外熱像儀則可以同時測量物體表面各點溫度的高低，直觀地顯示物體表面的溫度場，并以圖像形式顯示出來，且不受強光影響，可應用于電氣設備的接觸不良﹑過載或偏載﹑接頭松散或過熱等隱患的監(jiān)測。特別強調的是利用紅外熱像儀監(jiān)測電氣節(jié)點狀態(tài)，需要選擇在被測點有持續(xù)負荷電流時進行。

2.4.2 紫外成像儀。紫外成像儀利用高壓設備電暈放電時產生的紫外信號，并經處理后實時顯示在屏幕上，達到診斷放電位置和強度的目的。電暈是一種發(fā)光的表面局部放電，由于空氣局部高強度電場而產生電離，該過程引起微小的熱量，通常紅外檢測不能發(fā)現。紫外成像儀可以看到的現象往往紅外成像儀不能看到，而紅外成像儀可以看到的現象往往紫外成像儀不能看到，紅外熱像儀最大的特點是可以進行區(qū)域測溫，將一個區(qū)域內的設備溫度以圖像的形式呈現在屏幕上，可以快速發(fā)現溫度異常的部門，但是其往往需要等到缺陷或隱患發(fā)展到一定程度才能檢出。紫外成像儀因其消除了日光和其他光譜的干擾，具有可靠性高﹑誤報率低﹑抗干擾能力強等優(yōu)點，可以用于發(fā)現高壓設備的早期隱患。目前主要用于現場監(jiān)測電纜終端或中間接頭狀態(tài)。

2.4.3 車載接觸網運行狀態(tài)監(jiān)測裝置。車載接觸網運行狀態(tài)監(jiān)測裝置（簡稱3C裝置），是鐵路供電安全檢測監(jiān)測系統（6C）的重要組成部分，是安裝在運營電力機車上的車載接觸網運行狀態(tài)檢測裝置，隨機車運行在線檢測接觸網﹑弓網匹配運行狀態(tài)等，其中溫度監(jiān)測是其主要功能。3C裝置測溫主要是通過紅外熱成像儀檢測技術實現對接觸網﹑受電弓以及弓網運行關系的全視場紅外熱成像檢測，形成全視場溫度監(jiān)控，通過連續(xù)曲線對核心區(qū)域進行重點監(jiān)控并智能分析溫度變化，從而實現溫度異常變化的報警提示，通過實時無線傳輸，地面自動接收并報警。主要用于現場檢測接觸網設備運行溫度﹑設備發(fā)熱﹑燃弧溫度等參數，為設備檢修維護提供了支持。

3 發(fā)展方向分析

牽引供電系統在現場實際運營維護中，從最低端的測溫貼片到智能化的測溫系統每一種測溫技術都有其應用的領域和存在的意義，單純的研究可替代的話，往往是各類新興的測溫系統間存在一定的相似和升級關聯。下面通過一個實際的故障案例來進一步探討說明。

3.1 典型故障案例

2017年11月19日，某供電段車載接觸網運行狀態(tài)監(jiān)測裝置報警某線某區(qū)間疑似絕緣子發(fā)熱，報警溫度117℃，經分析人員確認802#正饋線線夾發(fā)熱，設備班組現場利用手持測溫儀復核線夾確實發(fā)熱。12月7日天窗檢查802#支柱，發(fā)現正饋線雙耳鞍子由于角度及安裝不規(guī)范，線索接觸不實長期運行放電，及時進行了更換，這是一種應用測溫技術避免防范設備故障的典型案例。

圖1 絕緣子發(fā)熱監(jiān)測圖像

圖2 絕緣現場實際異常照片

2020年3月11日，某供電段車載接觸網運行狀態(tài)監(jiān)測裝置報警某線某站場011#疑似承力索下錨補償動滑輪發(fā)熱，報警溫度251℃，經分析該處補償滑輪實際與接觸網帶電設備有絕緣子分隔，不參與導流的設備，后現場復核確實屬于誤報。

圖3 補償滑輪發(fā)熱監(jiān)測圖像

圖4 補償滑輪現場實際照片

3.2 多手段組合應用

當前階段由于牽引供電系統的設備特殊性﹑運營計劃性，多數的設備監(jiān)控維護都需要執(zhí)行遠端檢測﹑現場復核﹑匯報審批﹑天窗確認的流程，單一獨立的測溫系統是不能完全可靠的實現整個測溫防范過程的。測溫貼片作為實時監(jiān)控手段檢測一些分布零散﹑不具備安裝測溫系統或經濟性不強的設備上，比如說接觸網隔離開關的觸頭﹑27.5kV桿架式斷路器主導電回路及供電電纜頭等處，利用天窗檢修安裝，實現不斷監(jiān)控的輔助手段。便攜式的手持紅外測溫儀作為現場復核的最終測溫手段，是設備管理班組必須配備的工器具，未來還有更大的發(fā)展提升空間，需要不斷的引進先進設備提高現場測溫精度。基于當前車載接觸網運行狀態(tài)監(jiān)測裝置測溫功能的基礎上，在紅外攝像頭拍攝角度﹑覆蓋范圍上進一步擴大補充，對于線索的斷點，通過溫度差異進行有效識別。

4 結束語

隨著鐵路企業(yè)改革的不斷深入，溫度監(jiān)控等設備維護運營管理工作需要日趨升級和不斷創(chuàng)新，需要設備管理人員在精細全等多角度﹑深層次的思考。