工业内窥镜在变电检修中的应用

李炎　陈谦　梁为勇

摘 要：文章介绍了工业内窥镜的原理与应用，对工业内窥镜在变电检修领域的应用进行了探讨，同时就应用于变电检修的内窥镜提出了一些改进的建议。

关键词：工业内窥镜；变电检修；应用分析

1 工业内窥镜介绍

工业内窥镜是目前广泛用于工业制造和维修领域的一种无损检测设备，它延长了人眼的视距，突破了人眼观察的死角，可以准确清晰地观察机器设备内部或零件内表面的情况，如磨破损、表面裂纹、毛刺及异常附着物等，避免了检查过程中不必要的设备分解、拆卸以及可能造成的零部件损伤，具有操作方便，检查效率高，结果客观准确的优势，是企业生产过程控制和质量控制的一个有力工具[1]。

图1为典型的工业内窥镜结构，由①摄像头、②弯曲关节、③蛇管、④主机、⑤显示屏几个部分组成。使用者手持主机端，将蛇管伸入待探测区域，通过控制弯曲关节的活动使摄像头获取目标被摄物的图像及声音等信息。

内窥镜技术最初应用于二战时期国防工业领域，在20世纪50年代初内窥镜技术得以改良并广泛应用于民用工业领域与医疗领域。我国从20世纪70年代开始大量引进工业内窥镜产品，主要应用于航空航天设备内部多余物的控制以及零部件的品质控制。近年来随着工业现代化建设的发展，国内工业内窥镜的应用已经进入了实用阶段，越来越多地运用于产品生产过程的质量控制，并发展成为一种常规的检测手段。

2 变电一次设备特点

变电一次设备指变电站中直接承载能量电流的设备，如架空线、避雷器、电压互感器、电流互感器、断路器、隔离开关、接地开关、电抗器、电容器、变压器、高压电缆、母线等等。由于电压等级高，承载电流大，结构紧凑精密，变电设备的微小缺陷如果未能在检修中及时发现，极易酿成短路、放电、设备烧毁等严重的电力事故，威胁电网安全稳定运行，对人民群众的生产生活造成极其恶劣的影响。

变电一次设备往往采用封闭式设计，在无损检测设备的检修工作中难以观察到设备内部组件的运行健康状况。此时利用工业内窥镜可以从变电设备的狭窄缝隙中进入设备内部，观察无法用肉眼直接观察到的部件。使用内窥镜可以有效提高检修人员对设备内各部件腐蚀、锈斑、裂纹、异物、异常等缺陷的检查效率。以内窥镜检查替代设备解体检查，可以减少停电时间，降低作业风险，使作业环境与工艺更可控，同时避免解体设备受潮和污染。

3 工业内窥镜在变电一次设备检修中的应用

基于变电一次设备的上述特点，工业内窥镜在变电一次设备某些方面的观察与检测具有难以替代的作用。

3.1 在变压器检修中的应用

变压器是变电站中最为核心的设备，起到在不同电压等级间对电能进行转换的作用。工业内窥镜在变压器检修中的应用主要体现在以下几个方面：

（1）油箱部件的检查与清理。

变压器运行要求极为苛刻，油箱、油枕等油容器内部不允许出现任何异物，否则在变压器运行过程中异物会随油流移动，阻塞油流通管道，引发变压器喷油或重瓦斯保护动作；导体异物还会破坏绕组绝缘，引发匝间短路甚至变压器爆炸。往常对油箱中异物的检查与清理只能在变压器油排空的情况下进行，对变压器吊罩、吊芯或检修工作人员从变压器手孔中进入进行检查，费时费力。采用工业内窥镜对变压器油箱进行检查只需将油排至顶盖手孔下方便可进行。将油位排至手孔下方后，工业内窥镜由手孔中伸入主变内部，可以检查油箱中有无异物，配合磁铁等工具对异物进行清理。同时也可以检查绕组绝缘等情况。

（2）变压器绕组的检查。

检查变压器绕组时可以在现场将内窥镜探头伸入变压器绕组之间或绕组与铁芯之间进行观察拍照，可以检查出变压器绕组是否有变形，绕组变形的形状、严重程度和具体部位；也可以检查绕组的绝缘有无破损、老化等情况。

3.2 在户外瓷柱式断路器检修中的应用

断路器是变电站中至关重要的设备，如果断路器不能可靠动作，将直接带来巨大的电网风险。工业内窥镜在户外瓷柱式断路器检修中的应用主要体现在以下几个方面：

（1）断路器机构箱内部元件检查。

包括隔离开关、高压开关柜、GIS组合电器中机构箱。无法直接用肉眼观察到的元件可以采用工业内窥镜进行观察，如无法直接观察到的：机构传动部件有无锈蚀、裂纹；机构内轴、销有无碎裂、变形；锁紧垫片有无松动；分合闸弹簧应检查表面有无损伤、腐蚀；分合闸滚子转动时有无卡涩和偏心现象，与掣子接触面表面是否平整光滑，有无裂痕、锈蚀及凹凸现象；扣接时扣入深度是否符合要求；传动齿轮有无卡阻、锈蚀现象，润滑是否良好等，解决了此类部件由于肉眼无法观察一直无法开展维护的问题。

（2）断路器本体内部检查。

如维护中可用内窥镜从顶盖中伸入断路器本体内部，检查所有弧触指磨损程度，触指压紧弹簧有无疲劳、松脱、断裂，触指座有无破损，喷口有无破损、堵塞等现象；也可以检查绝缘拉杆外表有无破损、变形情况，拉杆两头金属固定件有无松脱、磨损、锈蚀现象；检查绝缘件外表有无破损、变形、烧蚀情况；还可以检查本体是否存在金属微粒、粉末、杂物等。检查的结果可以指导下一步的检修工作，避免了不必要的解体，检查时间大大缩短，效率明显指高，同时可以节省大量的检修费用。

3.3 在高压开关柜中的应用

（1）固定式开关柜柜内结构检查。

由于固定式开关柜手车无法方便移出，对柜内接头、地刀、拉杆等结构的检查十分困难。采用工业内窥镜后困难迎刃而解。

（2）高压开关柜母线桥的检查。

工业内窥镜可以从母线桥散热孔中检查母线外观情况，同时对穿墙套管内的母线外观检查可以在地面进行，减少了攀爬到母线桥上的高空作业风险。

（3）电缆沟内电缆检查。

工业内窥镜可以从电缆沟盖板的缝隙中伸入地下，检查电缆外观，尤其是在电缆短路点的查找过程中，不需要人员进入电缆沟，避免了人员触电的风险。

3.4 GIS组合电器中的应用

（1）GIS在工厂装配、运输和现场安装后，可能存在零件松动、脱落、导电表面刮伤、绝缘子开裂、异物和导电微粒进入、装错、漏装或安装不到位情况发生，所以在投入运行前对GIS内部的检查是十分必要的，这时验收时可以利用内窥镜检查GIS各部件是否存在金属微粒、粉末、杂物、装配是否到位、各元件表面是否存在刮伤、开裂等，减少设备带隐患投入运行，导致故障的发生。

（2）在GIS安装或更换本件元件时，可以利用内窥镜伸入元件内部，作业人员通过屏幕直接检查触头对接情况，利于及时发现对接偏差，避免了因对接不准而造成触头座被压坏、触头接触不良的情况发生，提高了GIS安装的准确性和效率。

（3）GIS设备在运行中，可能由于设备设计不合理，可动无件与固定元件发生摩擦，从而产生金属粉末并遗留在零件的隐蔽地方，或由于电弧的作用使得GIS内部存在金属微粒、粉末等。这时可在运行维护过程中，定期利用内窥镜检查GIS各部件、隐蔽处是否存在金属微粒、粉末、杂物，从而指导进一步的检查与维护，减少因此类原因造成的故障。

（4）GIS设备在长时间运行后，分合闸次数多，若所用材料有缺陷，可能使设备内部运动的部位发生磨损，拉杆连接处开裂，接头磨损，分合闸不到位等缺陷。维护中可定期利用内窥镜检查GIS各运动部件是否发生磨损、开裂以及分合闸不到位等缺陷。

（5）利用内窥镜可用于查找GIS内部故障点。GIS运行后可能由于各种原因导致内部闪络、绝缘击穿、内部接地短路和导体过热等故障，由于GIS的全密封结构使故障的定位及检修比较困难、繁杂，检修人员无法直接查批故障的根源。当怀疑GIS内部发生故障时，可以利用工业内窥镜在手孔处伸入内部进行远距离检测则可以方便、快捷、准确地确定故障原因和故障点。指导下一步的故障修复工作，避免了由于不能直观看到故障点而进行GIS解体检查，大大减少检修工期、降低检修成本和难度、缩短停电时间。

（6）GIS外部结构死角检查。GIS组合电气不依赖空气绝缘，设计制造结构紧密，在相邻间隔间、相邻气室间存在许多人员无法进入的死角。使用工业内窥镜对这部分区域进行外观检查及铭牌抄录可以收到良好的效果。

3.5 在其他变电一次设备检修中的应用

工业内窥镜由于其小巧的体积，优良的进入性，在变电检修工作中可应用的设备十分广泛，不局限于上述应用，例如还包括电流、电压互感器内部检查等，可以检查干式电抗器的风道内线圈绝缘包封外表面情况等。

4 改进

鉴于变电设备的特殊性，需要对工业内窥镜某些特性进行改进，才能在变电检修领域创造更大的价值。工业内窥镜尚待改进的方面如下：

（1）绝缘特性。

这是工业内窥镜应用于整个电力系统中最亟待突破的技术难点。如果工业内窥镜能够实现高电压等级绝缘，便能电力系统中的带电设备进行观察与检测，这将能极大地减少停电时间，使检修人员能在不停电的时候全面了解设备的健康状况。工业内窥镜的绝缘化改进将带来变电检修领域的一场革命。

（2）防油特性。

对于油变压器、油互感器、油断路器以及液压传动机构的检查对工业内窥镜的防油特性有较高要求。目前伍尔特等部分厂家生产的内窥镜已具备防水防油的特性。

（3）全视角特性。

变电设备由于部件较为精密，结构较为紧凑，在某些设备内部的封闭腔体中没有足够空间给内窥镜的弯曲关节活动。

如果对内窥镜的传动及摄像头部分稍加改进，改为可活动的潜望式结构，这将使摄像头无需弯曲便可对垂直于蛇管方向的平面进行360°全方位拍摄，对狭小空间内的变电检修观测工作带来极大便利。

5 结束语

（1）内窥镜是一种无损检测设备，它延长了人眼的视距，并且可以改变视力的方向，减少人眼观察的死角，方便准确清晰观察电气设备内部及其部件的表面情况，避免了不必要的设备解体，而且比解体方法的工作效率提高数十倍。

（2）在变电站一次设备维护检查中使用内窥镜，对于预防电气设备故障、节省检修费用及电气设备检修具有重要意义。使用内窥镜对设备进行检查可以解决平时肉眼不可见部位检查，不需要设备解体检查，使得停电时间也大为缩知，节省了大量检修费用。

（3）在变电站一次设备维护中使用内窥镜辅助检查，是十分有必要增加的一种辅助手段，变电检修班组应配置内窥镜和深入研究内窥镜在不同设备的具体应用，发挥内窥镜的优点，提高设备的检修质量，保证设备的安全运行。

参考文献

[1]程维明，李国栋.用于细小工业管道的视频探测器[J].光学精密工程，2001，9（6）：519-522.