电气化牵引线路红外检测分析

摘要：红外检测已经是一项比较成熟的设备温升异常的检测手段，在输电线路检测中的检测导线连接点温升变化、绝缘子零低值等方面有突出贡献。侧重点为从红外检测电气化牵引线路导线连接点入手，通过大量图谱及检测数量的分析，并根据分析牵引站变压器工作原理，阐述牵引站线路导线、接头、连接点及相关金具出现异常温升的原因。结合输电线路运行经验，给出相应的处置办法，降低或避免因电气化牵引站变压器运行特殊性给输电线路造成的影响。

关键词：电气化牵引线路；输电线路；红外检测；图谱分析

作者简介：陆经照（1971-），男，山西介休人，晋中供电分公司输电工区，工程师；要粮安（1973-），男，山西太谷人，晋中供电分公司输电工具，工程师。（山西 榆次 030600）

中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0237-02

一、红外检测技术在输电线路中的应用

当今，红外检测技术已在电力系统中得到广泛应用，由于它具有远距离、无损、非接触、直观判断、预知性故障判断等优点，该技术已成为电力设备状态检修工作的重要环节。

1.红外诊断方法

红外诊断方法根据设备运行状态和发热机理的不同，采取不同的诊断方法，主要有表面温度判断法、同类比较判断法、图像特征判断法、相对温差判断法、档案分析判断法、实时分析判断法这6种。输电线路导线接头过热诊断的常用方法为相对温差判断法。

2.红外热缺陷分析

供电线路的热缺陷多是由于设备过热所引起，主要有导线连接线夹过热、导线接头过热、绝缘子劣化局部发热、金具连接部位发热等缺陷，这些热缺陷可归结为外部热缺陷和内部热缺陷。判别此类线路的热缺陷一般采用相对温差判别法。

（1）相对温差判别法。这是一种相对比较易于现场检测人员掌握的方法，既方便又可减小因检测条件和运行状态影响带来的误差。温差比就是一组设备中被红外仪器检测到的反映部件发热的异常部位温度和相应的正常部位温度之差，与异常部位温度和环境温度之差的比值。换言之，就是两个对应测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数，即

△t=（t1-t2）/t1=（T1-T2）/（T1-T0）

式中：t1和T1——发热点的温升和温度；t1和T2——相对应点的温升和温度；T0——环境参照体的温度。温升：用同一检测仪器相继测得的被测物表面温度和环境温度参照体表面温度之差。温差：用同一检测仪器相继测得的不同被测物或同一被测物不同部位之间的温度差。

（2）外部热缺陷。电力设备外部热缺陷，主要是指对外界可以直接观测到的设备部位发生的缺陷。这类缺陷是由于设备长期暴露在大气中，各种裸露部件因接触不良等原因引起的过热。输电线路大部分属于此类型。

这类热缺陷以局部过热的形态向其周围辐射红外线，可以直接暴露在红外诊断设备的视场范围之内，其红外热像图显现出以故障点为中心的热场分布。所以，检测和诊断都比较容易，能够做到直观且一目了然。

（3）内部热缺陷。所谓电力设备的内部热缺陷，主要是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障。故障出现在电气设备的内部，无法像外部故障那样能够从设备的外部直接检测出来（大多主要涉及变电设备，此处不做讨论）。

二、电气化牵引线路红外检测

以某地区主网线路为例，选取1条电气化牵引线路和1条正常供电线路，对同类检测部位通过实际红外检测整理数据供分析。

1.检测实例

（1）跟踪1条110kV电气化牵引线路红外检测，抽查红外检测数据14组，跟踪检测1条正常供电线路红外检测，同样抽查数据14组。通过对同类检测部位分类，将这两大类数据进行对比，找出电气化牵引线路导线接头及连接部位温升异常变化。下面以在同一出线变电站、同一区域、供电负荷相近的2条线路，选取A、B、C相导线连接点红外检测数据进行比对（比对数据表略）。经过比对可知，正常负荷下，电气化牵引线路导线连接点温升与其他供电线路导线连接点温升一样，没有什么异常变化。

（2）追踪检测电气化牵引线路负荷变化情况下的温升变化。检测到电气化牵引线路在电力机车通过时，连接点温升异常，机车通过后，连接点温升恢复正常。红外检测图谱如图1、图2所示。

从图1计算可知，在正常运行情况下，导线连接点相对温差为21.2%，属于正常温升范围，定性为一般热缺陷；在机车通过时，从图2计算可知，导线连接点相对温差为94.8%，属于重大热缺陷。这说明，电气化牵引站内部电气连接方式和运行方式直接影响着供电线路，会导致供电线路导线发热。此连接部位为T型线夹，通过外部观测T型线夹连接螺栓并无松动现象，以运行经验分析，该线夹发热相对温差21.2%原因应为连接部位受长期运行影响可能局部连接部位受灰尘污染，导致连接部位接触面粗糙温升。在机车通过时，该连接点相对温差94.8%，直接原因与电气化牵引站线网运行方式有关，需进一步说明。

三、电气化牵引线路易发生缺陷部分及原因分析

在分析电气化牵引线路红外热缺陷前，需了解电气化牵引网和牵引变压器的工作原理。只有清楚其具体运行状态，才能更好地防范和治理此类热缺陷。

1.电气化牵引网

电气化铁路牵引变电所直接由供电部门调度将电能从电力系统传送给电力机车，此种供电网络形成中电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统。它主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。

我国的电气化铁路牵引变电所是通过三相电力系统经牵引变压器将l10kV（或者220kV）电压降压为27.5kV（或者55kV）后向牵引网和电力机车进行单相供电。

牵引供电回路是由牵引变电所——馈电线——接触网——电力机车——钢轨——回流联接——（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，统称为牵引网。

2.牵引变压器

牵引变压器是电气化铁道牵引供电系统的特殊变压器，它的原边跨接于三相电力系统中的两相；副边一端与牵引侧母线连接，另一端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用率高，但其在电力系统中单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。

3.电气化牵引线路易发热分析

电气化牵引线路导线易发热与其受电侧系统接线方式和运行方式有关，下面从受电侧的供电系统和供电线路两部分进行分析。

（1）供电系统分析。电力机车是一个具有随机变化特点的感性负载，由于牵引设备的非线性，导致机车的电流中存在不对称分布的谐波成分。这些成分会直接导致牵引供电系统成为电力系统中主要的无功源。供电系统无功功率产生使供电线路中无功功率的有功损耗增加，对供电线路的危害主要是供电线路连接点设备发热程度增加。此外，由于此种供电系统产生的负序电流和谐波电流也会导致供电线路设备局部过热，特别是导线及连接点等薄弱环节、薄弱点温升会异常的高。

（2）供电线路分析。正常状态下，供电线路产生故障的原因主要有两方面，其一是在施工阶段造成，线路施工安装中工艺不达标准，监管不严格。反映在电气连接表面的氧化层未打磨、未除净干净，留有其它污垢；焊接工艺差，连接不致密；或紧固螺母不到位，弹垫较松动，未拧紧；或者是未加弹簧垫圈；或者是由于连接件内导体不等径；压接工艺等原因。其二是运行阶段造成，主要为导线在风力舞动下或者外界引起的振动等机械力作用下，以及线路周期性过载及环境温度的周期性变化，使部件周期冷缩热胀，引起连接松驰。

电气化牵引线路在机车通过时过热，这种现象就是因其独特运行方式造成整根导线发热，集中反映到连接薄弱部件上，如导线接头、连接部位等。图2发热异常情况与此有关。

四、解决对策

第一，每年要对所有电气化牵引线路进行精确测温，建立红外检测图谱库，所有红外检测图像必须作为基础台帐资料和其它测量数据存入数据库进行保存。

第二，电气化牵引线路进出线侧地线应与杆塔绝缘，可以在地线侧加挂一片绝缘子。在例行红外检测中，也曾发现有牵引线路地线连接的楔形线夹发热，也出现过地线断线的现象，此类故障现象另撰文分析。

第三，从设计阶段考虑，应加大电气化牵引线路导线线径，或者采用耐热型导线，以适应导线瞬间发热需求。

第四，电气化牵引线路绝缘子易采用玻璃绝缘子或者是复合绝缘子，防止因瓷质绝缘子持续短时间过热，发生掉串现象。

第五，从检修策略方面考虑，应每年对电气化牵引线路各个电气连接部分进行登杆塔检查，逐一紧固电气连接部件，对薄弱连接点应打开检查，必要时进行打磨加导电膏处理。

五、结束语

电气化牵引供电线路既关乎电力网供电运行安全，又关乎牵引网用电安全。红外检测既可以有效检测各个连接部件异常温升，又可以通过图谱分析达到预警目的。至于电气化牵引线路在机车通过时导线发热现象及发热的处置、预控还需进一步深入探讨。

参考文献：

[1]GB763—90，带电设备红外诊断技术应用导则[S].

[2]DL/T596-1996，电力设备预防性试验规程[S].

[3]DL/T664-1999，带电设备红外诊断技术应用导则[S].

[4]陈衡，侯善敬.电力设备故障红外诊断[M].北京：中国电力出版社，1991.

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