關(guān)于牽引供電系統(tǒng)測(cè)溫技術(shù)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(jīng)濟(jì)形勢(shì)下鐵路運(yùn)輸在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著極其重要的作用，牽引供電系統(tǒng)作為電氣化鐵路正常運(yùn)行的動(dòng)力保障和關(guān)鍵行車設(shè)備，保證供電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)維持有序的鐵路行車秩序意義重大[1]。由于牽引供電設(shè)備戶外復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境的特殊性，設(shè)備故障時(shí)有發(fā)生，尤其是主導(dǎo)電回路﹑電氣節(jié)點(diǎn)的發(fā)熱燒傷問(wèn)題較為常見(jiàn)，直接危及行車安全。本文重點(diǎn)對(duì)當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的主要測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)分析，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)溫度監(jiān)控手段的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

1 牽引供電系統(tǒng)

牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所﹑饋電線﹑接觸網(wǎng)﹑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(shè)施構(gòu)成，供電設(shè)備大部分暴露在戶外惡劣環(huán)境下，長(zhǎng)期承受著機(jī)車不規(guī)律變化負(fù)荷的大電流沖擊[2]。溫度作為電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)數(shù)據(jù)，不同程度地反映了供電設(shè)備的發(fā)熱程度﹑絕緣性能﹑負(fù)載大小﹑接觸狀態(tài)等，在鐵路牽引供電專業(yè)管理的實(shí)際工作中，主要選取接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)﹑主導(dǎo)電回路﹑錨段關(guān)節(jié)電連接﹑電源進(jìn)線﹑隔離開(kāi)關(guān)﹑線索接續(xù)點(diǎn)等位置進(jìn)行溫度監(jiān)控，目前部分智能化的監(jiān)測(cè)技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的壽命預(yù)測(cè)管理。

2 測(cè)溫技術(shù)現(xiàn)狀

關(guān)于牽引供電設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)要求在牽引變電所運(yùn)行檢修規(guī)程﹑接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)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(cè)溫體系，有著不同的測(cè)溫技術(shù)。

2.1 測(cè)溫貼片監(jiān)測(cè)

測(cè)溫貼片測(cè)溫是最先應(yīng)用于牽引供電系統(tǒng)實(shí)施溫度監(jiān)測(cè)的方式，主要是在牽引變電所高壓設(shè)備的電氣連接部位﹑隔離開(kāi)關(guān)﹑斷路器﹑接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)等處粘貼的測(cè)溫貼片，測(cè)溫貼片在溫度升高后會(huì)呈現(xiàn)不同顏色，并通過(guò)監(jiān)測(cè)過(guò)程的不可逆性記錄溫度監(jiān)控結(jié)果，工作人員通過(guò)地面的巡視檢查等方式確認(rèn)設(shè)備異常，實(shí)施預(yù)防性檢修。該種測(cè)溫方式經(jīng)濟(jì)﹑易操作，主要應(yīng)用于預(yù)防性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由于測(cè)溫貼片長(zhǎng)期暴露在戶外惡劣環(huán)境中，損耗大大縮短了測(cè)溫貼片的使用壽命，且對(duì)于突發(fā)的疑似隱患無(wú)法進(jìn)行快速的溫度檢測(cè)。

2.2 手持測(cè)溫儀

牽引供電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的主要是非接觸式紅外手持測(cè)溫儀，主要用于設(shè)備的周期性及異常狀況的測(cè)溫,因?yàn)榧t外測(cè)溫儀屬于光電傳感器，非接觸式的測(cè)量速度快﹑準(zhǔn)確度高，但同時(shí)易受環(huán)境因素（溫度﹑灰塵等）影響，僅限于測(cè)量設(shè)備表面的溫度，且對(duì)光亮﹑拋光的金屬表面測(cè)溫不準(zhǔn)確[3]。

2.3 在線測(cè)溫系統(tǒng)

2.3.1 變電所亭地面溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。變電所亭地面溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分利用了紅外成像非接觸﹑不間斷﹑測(cè)溫準(zhǔn)確的特點(diǎn)，是一種通過(guò)光纖傳輸采集的圖像信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換解析的有線網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫系統(tǒng)。根據(jù)變電所設(shè)備的分布情況，設(shè)置設(shè)備溫度采集點(diǎn)，通過(guò)云臺(tái)巡航覆蓋采集設(shè)備的溫度，實(shí)時(shí)記錄顯示到計(jì)算機(jī)上。此種測(cè)溫方式可以分析判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和隱患缺陷，被大量應(yīng)用于無(wú)人值守所亭的溫度監(jiān)測(cè)，但同時(shí)也存在安裝要求高﹑設(shè)備操作復(fù)雜﹑投資成本大﹑維護(hù)不便的弊端。

2.3.2 變電所電氣溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。變電所電氣溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)一種接觸式無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)終端定時(shí)自動(dòng)采集溫度數(shù)據(jù)，該終端主要安裝于與之接觸的牽引供電要害電氣連接點(diǎn)上，溫度采集后經(jīng)其數(shù)字處理，由溫度監(jiān)測(cè)儀輪詢分析后，通過(guò)無(wú)線傳輸回溫度監(jiān)測(cè)儀。該系統(tǒng)主要由無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)終端﹑溫度監(jiān)測(cè)儀﹑服務(wù)器﹑服務(wù)軟件﹑終端軟件等組成，具有溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)﹑溫度超限自動(dòng)報(bào)警﹑溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)﹑查詢打印等功能，同時(shí)為溫度管理中心提供了有線或無(wú)線的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)接口，以便調(diào)度指揮中心的監(jiān)控管理終端實(shí)時(shí)查詢各電氣連接點(diǎn)的工作溫度，發(fā)現(xiàn)溫度超限及時(shí)處理。因監(jiān)測(cè)終端長(zhǎng)期暴露戶外，易受環(huán)境影響，此種測(cè)溫方式在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中主要存在監(jiān)測(cè)點(diǎn)異常﹑故障多發(fā)的問(wèn)題。

2.3.3 電連接狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。接觸網(wǎng)電連接狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并不是嚴(yán)格意義上的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)是一種接觸網(wǎng)電連接線夾接觸電阻無(wú)源監(jiān)測(cè)裝置，利用金屬導(dǎo)體溫度越高﹑電阻越大﹑溫度越低﹑電阻越小的原理，通過(guò)監(jiān)測(cè)電連接接觸電阻的微小變化，反應(yīng)電連接運(yùn)行發(fā)熱狀態(tài)，在線夾發(fā)熱前實(shí)施檢修預(yù)警，防止事故發(fā)生。通常情況下系統(tǒng)的傳感器主要安裝在接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)﹑線岔﹑股道﹑上網(wǎng)點(diǎn)等位置的電連接處，通過(guò)車載或手持中繼器將采集到的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳回?cái)?shù)據(jù)處理中心，監(jiān)測(cè)傳感器采用無(wú)源供電不會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備帶來(lái)干擾，使用的微電阻測(cè)量技術(shù)具有準(zhǔn)確﹑可靠﹑快速和受外界因素影響小等特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單﹑安裝便利，被納入鐵路供電安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（6C）在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。主要缺點(diǎn)就是需要配套車載中繼器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，由于機(jī)車運(yùn)行的不確定性，數(shù)據(jù)采集的周期性無(wú)法掌握。

2.4 新型測(cè)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(shù)，通過(guò)對(duì)設(shè)備的紅外輻射探測(cè)，并加以信號(hào)處理﹑光電轉(zhuǎn)換等手段，將設(shè)備溫度分布的圖像轉(zhuǎn)換為可視圖像的設(shè)備。紅外熱像儀將實(shí)際探測(cè)到的熱量進(jìn)行精確的量化，以面的形式實(shí)時(shí)成像檢測(cè)設(shè)備的整體，能夠準(zhǔn)確識(shí)別正在發(fā)熱的疑似故障部位，維護(hù)人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)一步比對(duì)分析判斷發(fā)熱情況和故障部位，紅外檢測(cè)通常是在高電阻處產(chǎn)生熱點(diǎn)。相對(duì)于紅外測(cè)溫儀只能顯示物體表面某一小區(qū)域或某一點(diǎn)的溫度值，而紅外熱像儀則可以同時(shí)測(cè)量物體表面各點(diǎn)溫度的高低，直觀地顯示物體表面的溫度場(chǎng)，并以圖像形式顯示出來(lái)，且不受強(qiáng)光影響，可應(yīng)用于電氣設(shè)備的接觸不良﹑過(guò)載或偏載﹑接頭松散或過(guò)熱等隱患的監(jiān)測(cè)。特別強(qiáng)調(diào)的是利用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)電氣節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，需要選擇在被測(cè)點(diǎn)有持續(xù)負(fù)荷電流時(shí)進(jìn)行。

2.4.2 紫外成像儀。紫外成像儀利用高壓設(shè)備電暈放電時(shí)產(chǎn)生的紫外信號(hào)，并經(jīng)處理后實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，達(dá)到診斷放電位置和強(qiáng)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(qiáng)度電場(chǎng)而產(chǎn)生電離，該過(guò)程引起微小的熱量，通常紅外檢測(cè)不能發(fā)現(xiàn)。紫外成像儀可以看到的現(xiàn)象往往紅外成像儀不能看到，而紅外成像儀可以看到的現(xiàn)象往往紫外成像儀不能看到，紅外熱像儀最大的特點(diǎn)是可以進(jìn)行區(qū)域測(cè)溫，將一個(gè)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備溫度以圖像的形式呈現(xiàn)在屏幕上，可以快速發(fā)現(xiàn)溫度異常的部門(mén)，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(bào)率低﹑抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以用于發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備的早期隱患。目前主要用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)電纜終端或中間接頭狀態(tài)。

2.4.3 車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置。車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置（簡(jiǎn)稱3C裝置），是鐵路供電安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（6C）的重要組成部分，是安裝在運(yùn)營(yíng)電力機(jī)車上的車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置，隨機(jī)車運(yùn)行在線檢測(cè)接觸網(wǎng)﹑弓網(wǎng)匹配運(yùn)行狀態(tài)等，其中溫度監(jiān)測(cè)是其主要功能。3C裝置測(cè)溫主要是通過(guò)紅外熱成像儀檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)﹑受電弓以及弓網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系的全視場(chǎng)紅外熱成像檢測(cè)，形成全視場(chǎng)溫度監(jiān)控，通過(guò)連續(xù)曲線對(duì)核心區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控并智能分析溫度變化，從而實(shí)現(xiàn)溫度異常變化的報(bào)警提示，通過(guò)實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸，地面自動(dòng)接收并報(bào)警。主要用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行溫度﹑設(shè)備發(fā)熱﹑燃弧溫度等參數(shù)，為設(shè)備檢修維護(hù)提供了支持。

3 發(fā)展方向分析

牽引供電系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，從最低端的測(cè)溫貼片到智能化的測(cè)溫系統(tǒng)每一種測(cè)溫技術(shù)都有其應(yīng)用的領(lǐng)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(cè)溫系統(tǒng)間存在一定的相似和升級(jí)關(guān)聯(lián)。下面通過(guò)一個(gè)實(shí)際的故障案例來(lái)進(jìn)一步探討說(shuō)明。

3.1 典型故障案例

2017年11月19日，某供電段車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警某線某區(qū)間疑似絕緣子發(fā)熱，報(bào)警溫度117℃，經(jīng)分析人員確認(rèn)802#正饋線線夾發(fā)熱，設(shè)備班組現(xiàn)場(chǎng)利用手持測(cè)溫儀復(fù)核線夾確實(shí)發(fā)熱。12月7日天窗檢查802#支柱，發(fā)現(xiàn)正饋線雙耳鞍子由于角度及安裝不規(guī)范，線索接觸不實(shí)長(zhǎng)期運(yùn)行放電，及時(shí)進(jìn)行了更換，這是一種應(yīng)用測(cè)溫技術(shù)避免防范設(shè)備故障的典型案例。

圖1 絕緣子發(fā)熱監(jiān)測(cè)圖像

圖2 絕緣現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際異常照片

2020年3月11日，某供電段車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警某線某站場(chǎng)011#疑似承力索下錨補(bǔ)償動(dòng)滑輪發(fā)熱，報(bào)警溫度251℃，經(jīng)分析該處補(bǔ)償滑輪實(shí)際與接觸網(wǎng)帶電設(shè)備有絕緣子分隔，不參與導(dǎo)流的設(shè)備，后現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核確實(shí)屬于誤報(bào)。

圖3 補(bǔ)償滑輪發(fā)熱監(jiān)測(cè)圖像

圖4 補(bǔ)償滑輪現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際照片

3.2 多手段組合應(yīng)用

當(dāng)前階段由于牽引供電系統(tǒng)的設(shè)備特殊性﹑運(yùn)營(yíng)計(jì)劃性，多數(shù)的設(shè)備監(jiān)控維護(hù)都需要執(zhí)行遠(yuǎn)端檢測(cè)﹑現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核﹑匯報(bào)審批﹑天窗確認(rèn)的流程，單一獨(dú)立的測(cè)溫系統(tǒng)是不能完全可靠的實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)溫防范過(guò)程的。測(cè)溫貼片作為實(shí)時(shí)監(jiān)控手段檢測(cè)一些分布零散﹑不具備安裝測(cè)溫系統(tǒng)或經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)的設(shè)備上，比如說(shuō)接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)的觸頭﹑27.5kV桿架式斷路器主導(dǎo)電回路及供電電纜頭等處，利用天窗檢修安裝，實(shí)現(xiàn)不斷監(jiān)控的輔助手段。便攜式的手持紅外測(cè)溫儀作為現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核的最終測(cè)溫手段，是設(shè)備管理班組必須配備的工器具，未來(lái)還有更大的發(fā)展提升空間，需要不斷的引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備提高現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫精度?；诋?dāng)前車載接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置測(cè)溫功能的基礎(chǔ)上，在紅外攝像頭拍攝角度﹑覆蓋范圍上進(jìn)一步擴(kuò)大補(bǔ)充，對(duì)于線索的斷點(diǎn)，通過(guò)溫度差異進(jìn)行有效識(shí)別。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著鐵路企業(yè)改革的不斷深入，溫度監(jiān)控等設(shè)備維護(hù)運(yùn)營(yíng)管理工作需要日趨升級(jí)和不斷創(chuàng)新，需要設(shè)備管理人員在精細(xì)全等多角度﹑深層次的思考。