基于紅外熱成像技術的軌道交通電梯電氣系統檢測技術研究

摘要：紅外熱成像技術利用物體紅外輻射成像，實現了非接觸、高精度檢測，增強了軌道交通的安全性與可靠性。介紹了電梯在軌道交通系統中的重要應用，闡述了基于紅外熱成像技術的軌道交通電梯電氣系統檢測技術，并對該檢測方法進行實驗驗證。通過對電梯電氣系統元件進行紅外熱成像檢測工作，證明紅外熱成像技術可以快速、直觀地發現電梯電氣系統潛在的安全隱患，對于有效預防電梯故障、保障軌道交通的安全運營起到積極作用。

關鍵詞：紅外熱成像技術；軌道交通；電梯電氣系統

中圖分類號：TN219；TP277；TU857 文獻標識碼：A

0 引言

城市軌道交通破除了區域界限，實現了線路間的互聯互通，加快了城市化的步伐，已經成為現代城市交通體系中不可或缺的部分。它具有快速、便捷、運量大等特點，能有效緩解城市地面交通的壓力。電梯作為軌道交通的關鍵組成部分，其安全性與可靠性受到市民的日益關注。其中，電梯的電氣系統，在確保其安全運行方面扮演著至關重要的角色。因此，對電梯電氣系統潛在故障的監控是預防安全事故的重中之重。然而，傳統的人工定期檢測方法難以實現對潛在故障的實時監控和快速診斷[1]。基于紅外熱成像技術的軌道交通電梯電氣系統檢測技術，可以通過非接觸式的溫度監測，對電梯電氣系統的潛在故障進行快速診斷與預防，并為系統的維護提供新的思路。

1 電梯在軌道交通系統中的應用

軌道交通系統的建設與發展，提高了運輸效率，縮短了市民出行時間，改善了人們生活品質，為城市的可持續發展注入新的動力。電梯作為連接軌道交通站點與地面以及不同樓層間的重要垂直運輸工具，在軌道交通系統中的作用不容忽視。電梯能夠在高峰期持續不斷地運送大量乘客，緩解了交通擁堵，提高了運行效率 ，極大地提升了乘客的出行體驗；而垂直電梯作為電梯的特殊形式，則為有特殊需求的乘客提供了便利。這種配置不僅考慮了運行效率，也兼顧了社會公平和人文關懷[2]。

電梯的安全性是軌道交通系統中極為重要的一環。電梯作為特種設備必須嚴格遵守《中華人民共和國特種設備安全法》和相關電梯行業標準，以保障成千上萬乘客的安全。電梯的設計要求是具有高耐腐蝕性，并達到一定的絕緣等級，同時配備多重安全保護裝置，確保其能夠在復雜的環境中穩定運行[3]。電梯在軌道交通系統中主要有以下應用。

（1）乘客流量管理。電梯在軌道交通系統中扮演著調節乘客流量的關鍵角色。通過電梯調度系統，可以在高峰時段快速分散集中的乘客流，減少站臺擁擠現象，提高整體通行效率。同時，電梯的合理布局及其容量設計也是實現有效流量管理的重要因素。

（2）緊急疏散。在遇到如火災或其他安全事故的緊急情況下，電梯須具備快速疏散乘客的能力。現代電梯系統通常配備應急響應程序，能在緊急情況發生時自動切換至疏散模式，確保乘客迅速而有序地撤離危險區域。

（3）無障礙通行。考慮到行動不便者的需求，電梯提供了無障礙通行的解決方案。這包括為視障人士設置語音提示系統、為輪椅用戶提供寬敞的空間、設置無障礙按鈕等。無障礙通行的設計理念不僅彰顯了社會對弱勢群體的關懷，也符合現代城市公共交通系統發展的普遍需求。

（4）節能減排。隨著環保意識的提升，現代電梯設計越來越注重節能減排功能。通過采用節能驅動系統、發光二極管照明以及再生驅動技術，電梯在降低能耗的同時減少了碳排放，對軌道交通系統的綠色運營做出了積極貢獻。

電梯在軌道交通中的應用極大提高了系統的運輸效率和乘客的出行便利性。電梯設備的規劃、設計、安裝和維護都是確保其高效且安全運行的關鍵[4]。未來，隨著技術的進步和城市軌道交通網絡的不斷擴展，電梯的設計將更加智能化、人性化，以更好地服務于城市公共交通系統。

2 基于紅外熱成像技術的軌道交通電梯電氣系統故障診斷法

傳統的電梯電氣系統檢測主要采用接觸式測量的方法，地鐵運營單位一般要停止電梯運行才能進行檢測，并且要逐一測量電梯電氣系統中各元件的電壓、電流和其他參數。技術人員靠故障現象和專業知識進行分析判斷，才能確定產生電氣故障的位置或元件，整個檢測過程需要近距離接觸電氣元件，受環境條件的限制較大，存在一定安全風險。傳統方法檢測故障部位需要依賴經驗和專業知識，對技術人員的專業技能要求較高；檢測時間較長，難以及時發現潛在故障。

紅外熱成像技術具有檢測迅速、結果精準、非接觸等特點，對于檢測軌道交通電梯電氣系統中的細微故障具有很高的靈敏度。該技術能夠精確測量物體表面的溫度，并根據溫度的細微變化來識別設備是否存在安全隱患。另外，它能將不可見的熱量轉化為直觀的圖像，從而幫助檢測人員迅速識別和定位故障。相較于傳統的檢測方法，紅外熱成像檢測不僅提高了檢測效率，還避免了對電梯元件造成損害，確保了檢測的安全性[5]。

2.1 表面溫度判斷法

表面溫度判斷法是通過檢測電梯電氣系統元件的表面溫度，根據該溫度是否超過電氣行業的標準溫度，來判斷設備是否存在故障并確定其嚴重性。這種方法需要從不同方位和角度檢測電氣系統元件，以找出元件表面溫度最高的位置或者異常部位，為后續維護提供有針對性的數據支持。

2.2 同類比較法

在同一場所的電梯電氣回路中，通過對相同規格的電氣設備進行對比，分析對應部位的不同溫升值和三相電壓異常情況，從而判斷系統中是否存在安全隱患。 通過檢測電梯內電壓致熱型元件的溫升值差異， 可以有效判斷電梯設備是否正常， 及時發現并處理潛在的安全隱患， 保障乘客的安全。

2.3 相對溫差判斷法

相對溫差判斷法主要用于檢測受電流影響產生熱量的元件。通過測量電氣系統兩點之間的溫差，并結合環境溫度變化等因素，運用溫差公式對元件中的故障進行準確定位。當電梯處于負荷和電流較小或者周邊環境溫度較低的情況時，元件的溫升值會低于相關標準規定；但是隨著電梯負荷不斷增大或周邊環境溫度不斷上升，就會引發元件短路，導致電梯發生故障。

2.4 圖像形態判斷法

圖像形態判斷法是一種常見的經驗判斷方法，它主要是利用成像設備獲取和識別圖像，繼而通過圖像對電梯電氣系統的運行狀態進行判斷。例如，當抱閘接觸器發熱異常時，就可用該方法預判電梯是否會發生故障。

紅外熱成像檢測技術的綜合應用，大大提高了電梯電氣系統檢測的準確性和全面性[6]。然而，在利用紅外熱成像技術進行檢測時，也需要注意一些關鍵問題：①在檢測電氣元件前應確保其已經運行了一段時間， 達到了一定溫度并累積了一定熱量，這樣可以提高檢測的準確性和可靠性；②保持設備之間的安全距離以避免對電梯電氣系統造成不利影響；③在檢測前從不同角度對系統進行跟蹤測量，及時判斷故障位置并進行標記；④工作時移除不相關的物體，確保畫面的整潔與均衡；⑤盡可能獲取最大的整體紅外熱像圖，以展現電梯電氣系統的整體狀況。另外，充分考慮電氣系統運行的環境溫度，選擇合適的電氣元件進行檢測，確保分析的準確性和可靠性。

3 基于紅外熱成像技術檢測軌道交通電梯電氣系統

紅外熱成像技術作為一種先進的無損檢測技術，在軌道交通領域發揮越來越重要的作用[7]。通過多種檢測技術的綜合應用，可以有效提高電梯電氣系統的安全性和維護效率，為軌道交通電梯的安全運行提供堅實的保障。

3.1 準備工作

（1）選擇合適的檢測時間。為了獲得準確的檢測結果，最好在高峰時段之后對電梯進行檢測，因為這時電氣系統已經運行了一段時間并積累了一定熱量，如果設備存在異常會更容易顯現。

（2）準備相關的檢測設備。準備好高性能紅外熱像儀，開機后檢查其輻射系數、距離等參數是否準確，確保其處于良好的工作狀態。另外，攜帶其他輔助工具，如記錄本、手電筒、相機等，以便于現場記錄和分析。

（3）安全教育培訓。對執行檢測任務的技術人員進行全面而系統的安全教育和操作培訓，確保他們了解檢測過程中的安全注意事項，保證檢測結果的準確性和可靠性。

3.2 檢測實施

（1）初步視覺檢查。首先，充分了解電梯的運行情況、載荷分布、常見故障等詳細信息。其次，對電梯電氣系統進行外觀檢查，查找明顯的損壞、接線和異物干擾問題。最后，對環境參數進行調整，進一步調焦使圖像穩定清晰后啟動紅外熱像儀。

（2）溫度監測。開啟紅外熱像儀，從多個角度對電梯電氣系統的各元件進行全面掃描，包括電機、電路板、接觸器等，特別關注那些運轉頻繁且容易發熱的部件。紅外熱像儀要跟電氣系統保持安全距離，盡可能提高其對電氣元件的測溫精度和識別能力。在測溫過程中，正確選擇被測電梯元件的比輻射率，屏蔽與檢測無關的物體，以獲取電氣系統最大的紅外熱像圖。

（3）記錄異常熱點。如果紅外熱像儀顯示電氣系統某元件的溫度超出正常范圍，應詳細記錄該位置及其溫度值，稍后對其重點進行檢測。這些異常熱點并非偶然出現，而是故障出現的前期征兆，因此，必須高度重視這些熱點，分析其潛在的問題，才能防患于未然，確保電梯電氣系統的正常運行。

（4）檢測注意事項。檢測工作通常在電梯機房內進行。在進行檢測時，建議將儀器的測溫量程設置為電梯機房環境溫度加溫升（10 ～ 20 K），這樣能確保測量的準確性和安全性。同時，在選擇檢測電梯控制系統溫升所用的環境溫度參照體時，應盡可能選擇與電梯電氣系統同一視場或同一方向的類似物體。以這種標準選擇的參照體更貼近實際情況，能夠提高檢測的準確性和可靠性。在較為明顯的電磁場環境中，如果儀器出現圖像不均衡現象或者連續使用較長時間，繼續檢測時應對儀器內部進行溫度校準。

3.3 數據分析

（1）對比歷史數據。將測得的溫度數據與歷史同期數據進行對比，通過分析溫度變化趨勢進而判斷系統是否存在潛在的惡化問題。檢測時預先設定某些元件檢測跟蹤點，確定其最佳位置并重點標記；確保同型號的電氣系統元件有互比性，可以積累圖庫和原始數據，以提高檢測分析的準確性。

（2）專業軟件分析。利用專業的紅外熱成像分析軟件對拍攝的熱像圖片進行深入分析，如溫度分布、熱點追蹤等，并通過智能化的功能更精準地診斷問題。

（3）編制檢測報告。根據收集的數據和分析結果，編寫詳細的檢測報告，包括檢測過程、發現的問題和維修方案等。檢測報告應當清晰、準確、全面，能夠為電梯維護團隊提供實用指導。通過這份報告，相關部門可以了解電梯電氣系統的實際運行狀態，及時采取必要的維護和修復措施，以延長電梯的使用壽命。

3.4 后續處理

（1）及時維修調整。對于檢測中發現的問題，及時通知維修團隊采取措施，如更換損壞部件、修復電路等，并進行功能性測試，確保問題得到徹底解決。這樣可以避免小問題演變為大故障，保證電梯長期穩定運行。

（2）定期跟蹤檢測。定期跟蹤檢測是確保設備長期穩定運行的關鍵。根據電梯的使用強度、運行環境和歷史維護記錄，確定合理的定期跟蹤檢測頻率。例如，繁忙的商業建筑可能需要每季度檢測一次，而使用頻率較低的住宅樓可能半年檢測一次。選擇在電梯使用量較低的時段進行檢測，以減少對日常運行的影響。同時，考慮季節變化對電梯電氣系統的影響，夏季高溫和冬季低溫期間應增加定期檢測的頻次。定期跟蹤預防性維護策略不僅可以延長設備的使用壽命，也增強了乘客的安全保障。

（3）總結改進措施。根據此次檢測經驗，分析并優化現有檢測流程，以提高檢測效率；制定詳細的檢測操作手冊，確保每次檢測都按照統一的標準執行，減少操作差異帶來的影響；組織定期的技術和安全培訓，確保檢測人員掌握最新的知識和操作技能。總之，通過總結改進措施，可以不斷提高紅外熱成像檢測的效率和準確性，為電梯電氣系統的穩定運行提供更有力的保障。

4 紅外熱成像技術在軌道交通電梯電氣系統檢測中的應用

4.1 在電梯電機觀測方面的應用

紅外熱像儀區域分析功能可以對電機進行觀測判斷，通過紅外溫度檢測，能夠判斷電機表面的溫度分布情況[8]。這種分析方法旨在確定大致的溫度范圍，以判斷電機溫度是否處于安全范圍內。為了達到這一目的，可以綜合運用多種方法，如表面溫度判斷法、檔案分析法等，來全面、準確地判斷電機是否存在故障缺陷。

4.2 在電梯變頻器觀測方面的應用

紅外熱成像技術在電梯變頻器觀測檢驗方面也發揮重要作用。紅外熱像儀現場拍攝顯示，電梯變頻器元件的最高溫度超過了150 ℃，這一數字遠超正常范圍。運用檔案分析法判斷出局部高溫的根源在于電梯電阻元件的碳化。這種碳化現象會引發局部高溫，對電梯的安全運行構成了嚴重威脅，建議地鐵運營單位定期監測并更換損壞元件。

4.3 在檢測電梯三相不平衡方面的應用

電機溫度異常，不僅會影響電梯的運行穩定性，還可能引發停梯困人的事故。因此，必須高度重視電梯三相不平衡問題，應用紅外熱成像技術盡快查明導致電梯三相電壓不平衡的原因，確保電梯安全穩定運行[9]。

5 結語

紅外熱成像技術憑借高靈敏度、 無輻射損傷、非接觸性等優勢，在軌道交通電梯電氣系統檢測領域發揮越來越重要的作用，其可提供可靠的故障診斷信息和檢測方法，使電梯維護人員能夠迅速識別電梯電氣系統中的異常故障，同時可為地鐵運營管理人員提供智能監測和預測性維護，從而保障了軌道交通電梯的安全運行。

參考文獻

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