王海慶

大秦鐵路股份有限公司 山西 大同 037000

引言

新經(jīng)濟形勢下鐵路運輸在社會經(jīng)濟發(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行的動力保障和關(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(shè)備戶外復(fù)雜運行環(huán)境的特殊性，設(shè)備故障時有發(fā)生，尤其是主導(dǎo)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(dāng)前現(xiàn)場實際應(yīng)用的主要測溫技術(shù)進行了重點分析，結(jié)合工作經(jīng)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(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(shè)備運行狀態(tài)的重要指標數(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(wǎng)上網(wǎng)點﹑主導(dǎo)電回路﹑錨段關(guān)節(jié)電連接﹑電源進線﹑隔離開關(guān)﹑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(shù)，同時實現(xiàn)了設(shè)備的壽命預(yù)測管理。

2 測溫技術(shù)現(xiàn)狀

關(guān)于牽引供電設(shè)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(wǎng)設(shè)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(shù)。

2.1 測溫貼片監(jiān)測

測溫貼片測溫是最先應(yīng)用于牽引供電系統(tǒng)實施溫度監(jiān)測的方式，主要是在牽引變電所高壓設(shè)備的電氣連接部位﹑隔離開關(guān)﹑斷路器﹑接觸網(wǎng)上網(wǎng)點等處粘貼的測溫貼片，測溫貼片在溫度升高后會呈現(xiàn)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(jié)果，工作人員通過地面的巡視檢查等方式確認設(shè)備異常，實施預(yù)防性檢修。該種測溫方式經(jīng)濟﹑易操作，主要應(yīng)用于預(yù)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(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用的主要是非接觸式紅外手持測溫儀，主要用于設(shè)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(shè)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(tǒng)

2.3.1 變電所亭地面溫度監(jiān)測系統(tǒng)。變電所亭地面溫度監(jiān)測系統(tǒng)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(xiàn)數(shù)據(jù)交換解析的有線網(wǎng)絡(luò)測溫系統(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，通過云臺巡航覆蓋采集設(shè)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(shè)備運行狀態(tài)和隱患缺陷，被大量應(yīng)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(shè)備操作復(fù)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(tǒng)。變電所電氣溫度監(jiān)測系統(tǒng)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(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上，溫度采集后經(jīng)其數(shù)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(tǒng)主要由無線溫度監(jiān)測終端﹑溫度監(jiān)測儀﹑服務(wù)器﹑服務(wù)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)訪問接口，以便調(diào)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(xiàn)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(xiàn)場實際應(yīng)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(tǒng)。接觸網(wǎng)電連接狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)并不是嚴格意義上的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，實質(zhì)是一種接觸網(wǎng)電連接線夾接觸電阻無源監(jiān)測裝置，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，通過監(jiān)測電連接接觸電阻的微小變化，反應(yīng)電連接運行發(fā)熱狀態(tài)，在線夾發(fā)熱前實施檢修預(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)點等位置的電連接處，通過車載或手持中繼器將采集到的數(shù)據(jù)遠傳回數(shù)據(jù)處理中心，監(jiān)測傳感器采用無源供電不會對接觸網(wǎng)設(shè)備帶來干擾，使用的微電阻測量技術(shù)具有準確﹑可靠﹑快速和受外界因素影響小等特點，且結(jié)構(gòu)簡單﹑安裝便利，被納入鐵路供電安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)（6C）在現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。主要缺點就是需要配套車載中繼器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，由于機車運行的不確定性，數(shù)據(jù)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(shù)，通過對設(shè)備的紅外輻射探測，并加以信號處理﹑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(shè)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(xiàn)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(chǎn)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(yīng)用于電氣設(shè)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(diào)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(shè)備電暈放電時產(chǎn)生的紫外信號，并經(jīng)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(chǎn)生電離，該過程引起微小的熱量，通常紅外檢測不能發(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是可以進行區(qū)域測溫，將一個區(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，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(xiàn)高壓設(shè)備的早期隱患。目前主要用于現(xiàn)場監(jiān)測電纜終端或中間接頭狀態(tài)。

2.4.3 車載接觸網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測裝置。車載接觸網(wǎng)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(tǒng)（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(wǎng)運行狀態(tài)檢測裝置，隨機車運行在線檢測接觸網(wǎng)﹑弓網(wǎng)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(shù)實現(xiàn)對接觸網(wǎng)﹑受電弓以及弓網(wǎng)運行關(guān)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(xiàn)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(xiàn)場檢測接觸網(wǎng)設(shè)備運行溫度﹑設(shè)備發(fā)熱﹑燃弧溫度等參數(shù)，為設(shè)備檢修維護提供了支持。

3 發(fā)展方向分析

牽引供電系統(tǒng)在現(xiàn)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(tǒng)每一種測溫技術(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溫系統(tǒng)間存在一定的相似和升級關(guān)聯(lián)。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(wǎng)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(jīng)分析人員確認802#正饋線線夾發(fā)熱，設(shè)備班組現(xiàn)場利用手持測溫儀復(fù)核線夾確實發(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，線索接觸不實長期運行放電，及時進行了更換，這是一種應(yīng)用測溫技術(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)測圖像

圖2 絕緣現(xiàn)場實際異常照片

2020年3月11日，某供電段車載接觸網(wǎng)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(jīng)分析該處補償滑輪實際與接觸網(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)場復(fù)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(xiàn)場實際照片

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﹑運營計劃性，多數(shù)的設(shè)備監(jiān)控維護都需要執(zhí)行遠端檢測﹑現(xiàn)場復(fù)核﹑匯報審批﹑天窗確認的流程，單一獨立的測溫系統(tǒng)是不能完全可靠的實現(xiàn)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(tǒng)或經(jīng)濟性不強的設(shè)備上，比如說接觸網(wǎng)隔離開關(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，實現(xiàn)不斷監(jiān)控的輔助手段。便攜式的手持紅外測溫儀作為現(xiàn)場復(fù)核的最終測溫手段，是設(shè)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(shè)備提高現(xiàn)場測溫精度?；诋?dāng)前車載接觸網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測裝置測溫功能的基礎(chǔ)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(jié)束語

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