工業(yè)內(nèi)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(yè)內(nèi)窺鏡的原理與應用，對工業(yè)內(nèi)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(nèi)窺鏡提出了一些改進的建議。

關鍵詞：工業(yè)內(nèi)窺鏡；變電檢修；應用分析

1 工業(yè)內(nèi)窺鏡介紹

工業(yè)內(nèi)窺鏡是目前廣泛用于工業(yè)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(nèi)部或零件內(nèi)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(jié)果客觀準確的優(yōu)勢，是企業(yè)生產(chǎn)過程控制和質(zhì)量控制的一個有力工具[1]。

圖1為典型的工業(yè)內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)，由①攝像頭、②彎曲關節(jié)、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(qū)域，通過控制彎曲關節(jié)的活動使攝像頭獲取目標被攝物的圖像及聲音等信息。

內(nèi)窺鏡技術最初應用于二戰(zhàn)時期國防工業(yè)領域，在20世紀50年代初內(nèi)窺鏡技術得以改良并廣泛應用于民用工業(yè)領域與醫(yī)療領域。我國從20世紀70年代開始大量引進工業(yè)內(nèi)窺鏡產(chǎn)品，主要應用于航空航天設備內(nèi)部多余物的控制以及零部件的品質(zhì)控制。近年來隨著工業(yè)現(xiàn)代化建設的發(fā)展，國內(nèi)工業(yè)內(nèi)窺鏡的應用已經(jīng)進入了實用階段，越來越多地運用于產(chǎn)品生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制，并發(fā)展成為一種常規(guī)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(jié)構(gòu)緊湊精密，變電設備的微小缺陷如果未能在檢修中及時發(fā)現(xiàn)，極易釀成短路、放電、設備燒毀等嚴重的電力事故，威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，對人民群眾的生產(chǎn)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(nèi)部組件的運行健康狀況。此時利用工業(yè)內(nèi)窺鏡可以從變電設備的狹窄縫隙中進入設備內(nèi)部，觀察無法用肉眼直接觀察到的部件。使用內(nèi)窺鏡可以有效提高檢修人員對設備內(nèi)各部件腐蝕、銹斑、裂紋、異物、異常等缺陷的檢查效率。以內(nèi)窺鏡檢查替代設備解體檢查，可以減少停電時間，降低作業(yè)風險，使作業(yè)環(huán)境與工藝更可控，同時避免解體設備受潮和污染。

3 工業(yè)內(nèi)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(yè)內(nèi)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(zhuǎn)換的作用。工業(yè)內(nèi)窺鏡在變壓器檢修中的應用主要體現(xiàn)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(nèi)部不允許出現(xiàn)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(fā)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(fā)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(yè)內(nèi)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(yè)內(nèi)窺鏡由手孔中伸入主變內(nèi)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(xiàn)場將內(nèi)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(wǎng)風險。工業(yè)內(nèi)窺鏡在戶外瓷柱式斷路器檢修中的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）斷路器機構(gòu)箱內(nèi)部元件檢查。

包括隔離開關、高壓開關柜、GIS組合電器中機構(gòu)箱。無法直接用肉眼觀察到的元件可以采用工業(yè)內(nèi)窺鏡進行觀察，如無法直接觀察到的：機構(gòu)傳動部件有無銹蝕、裂紋；機構(gòu)內(nèi)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(zhuǎn)動時有無卡澀和偏心現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(nèi)部檢查。

如維護中可用內(nèi)窺鏡從頂蓋中伸入斷路器本體內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(jié)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(jié)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(nèi)結(jié)構(gòu)檢查。

由于固定式開關柜手車無法方便移出，對柜內(nèi)接頭、地刀、拉桿等結(jié)構(gòu)的檢查十分困難。采用工業(yè)內(nèi)窺鏡后困難迎刃而解。

（2）高壓開關柜母線橋的檢查。

工業(yè)內(nèi)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(nèi)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(yè)風險。

（3）電纜溝內(nèi)電纜檢查。

工業(yè)內(nèi)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(xiàn)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(fā)生，所以在投入運行前對GIS內(nèi)部的檢查是十分必要的，這時驗收時可以利用內(nèi)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(fā)生。

（2）在GIS安裝或更換本件元件時，可以利用內(nèi)窺鏡伸入元件內(nèi)部，作業(yè)人員通過屏幕直接檢查觸頭對接情況，利于及時發(fā)現(xiàn)對接偏差，避免了因?qū)硬粶识斐捎|頭座被壓壞、觸頭接觸不良的情況發(fā)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(fā)生摩擦，從而產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(shù)多，若所用材料有缺陷，可能使設備內(nèi)部運動的部位發(fā)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(nèi)窺鏡檢查GIS各運動部件是否發(fā)生磨損、開裂以及分合閘不到位等缺陷。

（5）利用內(nèi)窺鏡可用于查找GIS內(nèi)部故障點。GIS運行后可能由于各種原因?qū)е聝?nèi)部閃絡、絕緣擊穿、內(nèi)部接地短路和導體過熱等故障，由于GIS的全密封結(jié)構(gòu)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(nèi)部發(fā)生故障時，可以利用工業(yè)內(nèi)窺鏡在手孔處伸入內(nèi)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(jié)構(gòu)死角檢查。GIS組合電氣不依賴空氣絕緣，設計制造結(jié)構(gòu)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(yè)內(nèi)窺鏡對這部分區(qū)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(yè)內(nèi)窺鏡由于其小巧的體積，優(yōu)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(nèi)部檢查等，可以檢查干式電抗器的風道內(nèi)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(yè)內(nèi)窺鏡某些特性進行改進，才能在變電檢修領域創(chuàng)造更大的價值。工業(yè)內(nèi)窺鏡尚待改進的方面如下：

（1）絕緣特性。

這是工業(yè)內(nèi)窺鏡應用于整個電力系統(tǒng)中最亟待突破的技術難點。如果工業(yè)內(nèi)窺鏡能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓等級絕緣，便能電力系統(tǒng)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(yè)內(nèi)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(gòu)的檢查對工業(yè)內(nèi)窺鏡的防油特性有較高要求。目前伍爾特等部分廠家生產(chǎn)的內(nèi)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(jié)構(gòu)較為緊湊，在某些設備內(nèi)部的封閉腔體中沒有足夠空間給內(nèi)窺鏡的彎曲關節(jié)活動。

如果對內(nèi)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(jié)構(gòu)，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(nèi)的變電檢修觀測工作帶來極大便利。

5 結(jié)束語

（1）內(nèi)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(nèi)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(shù)十倍。

（2）在變電站一次設備維護檢查中使用內(nèi)窺鏡，對于預防電氣設備故障、節(jié)省檢修費用及電氣設備檢修具有重要意義。使用內(nèi)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(jié)省了大量檢修費用。

（3）在變電站一次設備維護中使用內(nèi)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(nèi)窺鏡和深入研究內(nèi)窺鏡在不同設備的具體應用，發(fā)揮內(nèi)窺鏡的優(yōu)點，提高設備的檢修質(zhì)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(yè)管道的視頻探測器[J].光學精密工程，2001，9（6）：519-522.