熱成像技術(shù)在動車組中的應(yīng)用研究

張 許， 沈華波

(中車青島四方機車車輛股份有限公司 技術(shù)工程部，山東 青島 266000)

熱成像技術(shù)在動車組中的應(yīng)用研究

張 許， 沈華波

(中車青島四方機車車輛股份有限公司 技術(shù)工程部，山東 青島 266000)

電氣系統(tǒng)作為動車組的核心組成部分，其性能直接影響動車組的運行品質(zhì)與行車安全;在動車組中利用紅外熱成像及其他檢測技術(shù)對動車組電氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，通過對主要的電氣部件及接線部位的電壓值、電流值以及發(fā)熱狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫;在檢測過程中將測試點的電壓、電流及發(fā)熱狀態(tài)等特征值與數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，能夠快速、有效的發(fā)現(xiàn)因接線端子松動、負(fù)載不平衡、過載等不易察覺的現(xiàn)象導(dǎo)致的設(shè)備異常狀態(tài)，為電氣系統(tǒng)異常故障診斷提供一種快速、便捷的定位方式;試驗表明：在動車組中使用熱成像技術(shù)，能夠快速發(fā)現(xiàn)、定位因故障導(dǎo)致的設(shè)備異常狀態(tài)，有效降低潛在異?，F(xiàn)象導(dǎo)致的設(shè)備故障問題，進(jìn)一步提升動車組的安全性能。

熱成像技術(shù)；數(shù)據(jù)庫；調(diào)試工藝；故障診斷

0 引言

隨著軌道交通裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，動車組已經(jīng)逐漸成為出行的主要方式，電力系統(tǒng)作為動車組的重要組成部分，其可靠性直接影響到動車組的安全穩(wěn)定運行[1]。為保證動車組的可靠性，提前發(fā)現(xiàn)車輛存在的安全隱患，提升動車組生產(chǎn)調(diào)試工序的檢測水平，采用紅外熱成像技術(shù)對動車組電氣系統(tǒng)的發(fā)熱狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)因接線端子松動、負(fù)載不平衡、過載等不易察覺的異?，F(xiàn)象導(dǎo)致的動車組行車安全事故。

1 紅外熱成像原理

1.1 紅外熱成像概念

紅外線熱輻射是一種常見的電磁波輻射現(xiàn)象，任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運動愈劇烈，輻射的能量愈大；反之，輻射的能量愈小?；诩t外熱成像的診斷技術(shù)就是通過吸收被測物體的紅外輻射能量，測出設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。根據(jù)紅外輻射的基本定律可知：一個被測物體的表面輻射系數(shù)一定時,它的輻射功率與其絕對溫度t的四次方成正比。因此，對物體表面溫度的檢測就變成為對其輻射功率的檢測。當(dāng)被測物體其他條件不變的情況下,僅僅是產(chǎn)生了故障和缺陷，那么它的表面溫度場分布將會發(fā)生相應(yīng)變化；若被測物體的材料特性發(fā)生異常，其表面的溫度也相應(yīng)改變，因而應(yīng)用紅外進(jìn)行溫度的檢測，可以為分析被測目標(biāo)的現(xiàn)有狀態(tài)提供信息[2]。

1.2 紅外熱成像儀的原理

紅外熱成像儀是基于紅外熱成像技術(shù)設(shè)計的檢測設(shè)備其工作原理如圖1所示，紅外探測器通過對電氣設(shè)備表面溫度及其分布的測試、分析和判斷形成紅外熱圖像,準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運行中的異常和缺陷,從而預(yù)知設(shè)備運行狀況[3]。

圖1 紅外熱成像儀的工作原理圖

2 紅外熱成像儀在動車組中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

熱成像技術(shù)在動車組中的應(yīng)用是根據(jù)不同的電流流過設(shè)備時產(chǎn)生的設(shè)備表面溫度分布變化來進(jìn)行檢測，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 熱成像檢測系統(tǒng)原理圖

2.2 流程設(shè)計

熱成像檢測系統(tǒng)在動車組中的應(yīng)用其工作流程如圖3所示。在初始階段，通過對不同類型且狀態(tài)良好動車組的主要電氣設(shè)備及關(guān)鍵接線位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以被測試部位的紅外熱成像數(shù)據(jù)及關(guān)鍵接線點的電流、電壓等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)庫。在調(diào)試過程階段，將測試部位的紅外熱成像圖像及電壓、電流等數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，當(dāng)測試部位的數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫存在差異時，計算機將異常情況反饋給調(diào)試終端并進(jìn)行報警，測試人員收到異常報警信號后對異常部位重點盯控，并采用其他檢測手段進(jìn)行異常狀態(tài)排查。確認(rèn)異常狀態(tài)后通知相關(guān)人員進(jìn)行修復(fù)直至各電氣設(shè)備狀態(tài)正常。

圖3 熱成像檢測流程圖

2.3 試驗測試

在車輛完成相關(guān)試驗后，將車輛整備到運行狀態(tài)。作業(yè)人員在司機室操作升弓、合VCB、全列高壓供電，并開啟全列保溫，持續(xù)工作2小時以后，使用FLUKE Tix560熱成像儀對車輛配電柜內(nèi)的斷路器、端子排、電氣元件的發(fā)熱狀態(tài)進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果拍照記錄。

通過熱成像儀監(jiān)測、記錄動車組車上配電柜電氣件、端子排接線及連接器接線狀態(tài)的溫升情況；同時根據(jù)車載電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)特點，充分驗證熱成像儀在調(diào)試過程中的使用情況。詳細(xì)信息如下：

1)司機室右后柜：司機右后柜紅外熱成像圖像如圖4所示，通過此測試方法可以較清晰的查看一個區(qū)域內(nèi)的物體發(fā)熱狀態(tài)，并顯示區(qū)域內(nèi)的最高溫度、平均溫度和最低溫度，且能根據(jù)使用者需要定位到最高溫度的發(fā)生位置，為車輛未預(yù)知的溫升異常點提供詳細(xì)的原始參考數(shù)據(jù)。圖3顯示端子排處的最高溫度為30.1 ℃，高出周圍線束溫度，通過實際測量及對照相關(guān)參數(shù)，此處電流為1.3 A，高于其他線束電流值，符合要求。

圖4 司機室右后柜端子排和斷路器的紅外圖像

2)M車組合配電柜：TC車總配電柜紅外熱成像圖像如圖5所示。圖5顯示當(dāng)車上有大電流流過斷路器時，其電纜和端子的發(fā)熱狀態(tài)比較明顯，端子的最高溫度達(dá)到45.9 ℃、比環(huán)境溫度高出十多攝氏度，很容易被察覺；同樣當(dāng)車輛電氣系統(tǒng)出現(xiàn)端子松動、接觸不良、接觸電阻偏大、過載等故障時，局部發(fā)熱也會很明顯，故障易被發(fā)現(xiàn)。

圖5 M車組合配電柜交流斷路器

3 結(jié)論

試驗表明：動車組電氣系統(tǒng)調(diào)試時通過采用熱成像技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)因接線端子松動、接觸不良、接觸電阻偏大等潛在的異常發(fā)熱問題，有效避免故障的發(fā)生。同時，為電氣系統(tǒng)異常故障診斷提供了一種快速、便捷的定位方式，提升了動車組調(diào)試工藝水平。

[1]盧碧紅,張秉海等. 動車組牽引供電系統(tǒng)故障模式影響與危害分析[J].振動、測試與診斷，2016，16(1)：97-101.

[2]高天云，李文韜.紅外熱成像技術(shù)在DCS預(yù)防性維修中的應(yīng)用[J].化工自動化及儀器，2010，37(11)：116-119.

[3]李剛.便攜式熱成像儀在電氣設(shè)備預(yù)知性維修中的應(yīng)用[J].冶金設(shè)備管理與維修，2014，3(2)：5-7.

Application of Thermal Imaging Technology for EMU

Zhang Xu，Shen Huabo

(Engineering Department，CRRC Qingdao SiFang Locomotive & Rolling Stock Co.，Ltd.， Qingdao 266000,China)

Electrical system as a core component of the EMU, its performance will directly affect the quality and safety of the EMU operation. In the EMU, infrared thermal imaging and other detection techniques are used to monitor the electrical system of the EMU.The data of the voltage, current and thermal state of the main electrical components and wiring parts are collected to established the basic database. In the process of debugging, the state of the test points and the basis of database data are compared to quickly and efficiently find loose terminal, the phenomenon of unbalanced load, overload and other imperceptible phenomena caused by abnormal febrile equipment. At the same time,this technology provides a fast and convenient way of positioning for the abnormal electrical system fault diagnosis. The results show that the use of thermal imaging technology in the EMU can quickly identify and locate the abnormal state of the equipment caused by the fault, effectively reduce the equipment failure caused by the potential anomaly, and further enhance the safety performance of the EMU.

thermal imaging technology；database；debugging process；fault diagnosis

2016-09-21；

2016-11-03。

張 許(1988-)，男，陜西咸陽人，碩士研究生，主要從事軌道交通工藝方法的研究。

1671-4598(2016)12-0221-02

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.064

U279.4

A