地铁屏蔽门绝缘研究

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摘要：本文主要针对屏蔽门的电极接头缺陷，探讨使用音射（Acoustic Emission, AE）感测器、电容型感测器、及脉冲电流检测阻抗等方法，测量地铁屏蔽门的放电信号，并将其信号加以分析比较，找出问题点的定位，并比较不同方法的优缺点。以灵敏度而言，脉冲电流法灵敏度最高，电容式及音射法较差；以抗杂讯能力而言，脉冲电流法极易受杂讯干扰；以定位能力而言，音射法较其它两者要好，即指向性高。故音射法未来应用在地铁屏蔽门定位测量方面应具有更好的发展潜力。

关键词：地铁；屏蔽门；绝缘；检测试验

中图分类号： U231+.3文献标识码：A 文章编号：

当地铁屏蔽门绝缘材料发生绝缘特性变差、材质老化而导致电力供应出现问题时，将对地铁的运转安全与效率造成重大影响。地铁屏蔽门绝缘故障的原因有很多，诸如施工不良、挤压损伤、受到电、热、化学、周围环境等因素的影响均可引起故障，常见的故障发生部位有屏蔽门电极接头与终端接头。目前国内外有关地铁屏蔽门绝缘问题的检测方法，大致可分为非电气性及电气性两大类，但目前尚无公认最有效的检测方式，每种方式均有其适用的场合及限制。

一、研究背景与设计

（一）研究背景

地铁屏蔽门在出厂前都会进行交、直流耐压试验、冲击波耐压试验、部分放电试验等，因此本身的质量应符合标准。地铁屏蔽门的故障，常因接续所使用的电极接头与终端接头在施工过程中处理不当，而引起部分放电现象，使绝缘材质加速老化、破坏。地铁屏蔽门常用的绝缘检测方式，分为停电检测（off line）及活电检测（on line）两大类，而目前的社会对交通的要求质量较高，因此停电检测较不适用。有关活电检测的检测方式可分为非电气性及电气性两大类，以下介绍三种实际应用于地铁屏蔽门的部分放电检测方法：

1.脉冲电流法检测：利用被测物的接地线串接一个检测阻抗，当部分放电产生时，脉冲电流自检测阻抗电路中检出，该方法容易进行定量的测试并具有高的灵敏度，由IEC所规范测量部分放电脉冲电流的放电电荷量，以pC（pico coulomb）为单位。

2.电容型检测：当屏蔽门内部发生部分放电时，在问题处所产生的电磁脉冲信号会以问题处为原点，沿着导体往两端相反方向传递。因此，若在问题处的左右两边设置电容型部分放电检测器，则可利用放电脉冲的极性特性区分目前不同区域内是否存在有部分放电源，并推测问题点的位置。

3.音射法检测：当内部的部分放电产生时，部分放电是一种类似脉冲的现象，它会在介质内部产生机械压力波，这如同声音放射状态的情形，可能是由于材料内部分子和邻近结构中的分子碰撞所产生的现象，形成一个音源，放射出音波。音射法使用AE感测器紧贴在设备表面，并利用AE感测器内的压电材料将机械压力波转换成电的音射信号，并经由前级放大器放大音射信号。音射法具高度指向性特性，优点为定位准确，但相对的缺点为测量距离短。其波形振幅大小与AE距离部分放电位置远近有关。所以找出振幅最大处对应的位置，极可能为放电位置，达到初步定位的能力。

因此本文主要针对地铁屏蔽门的电极接头缺陷，利用不同的检测方式探讨其差异，期能研究出适合现场不断电状态的检测方式。

（二）研究方法

本文利用某地铁的屏蔽门进行试验。分别于地铁屏蔽门的电极接头与终端接头制造一些问题，模拟实际上因人为疏失所产生的缺陷。由于局部放电检测方法在国际间尚无公认的统一标准，每家设备生产商均宣称其所生产的设备成效良好，但事实上均有缺点。因此本文探讨几种检测方式的差异处。以ch1表示为电容型感测器的输出信号，ch2表示为音射感测器信号，ch3表示检测阻抗的脉冲电流信号，ch4表示为耦合电容的输出信号。音射法使用60~150kHz检测器，放大器20~300kHz，电容型使用频300kHz~70MHz。

三、试验结果与讨论

（一）探讨部分放电发生于地铁屏蔽门电极接头

为探讨上述三种检测方式，在被试样品端并联耦合电容，以此信号为参考信号，模拟IEC60270所述的检测方式。以ch1表示为电容型感测器所量得的信号，ch2表示为音射法所量得的信号，ch 3表示为脉冲电流法所量的信号，ch4表示为耦合电容所量得信号，比较各种检测法同时测量到的电气信号，音波传递速度较慢，时间经延迟后，感测器探头才接收到信号。在各种检测信号中，ch2测量到的音射信号，音波时间长度约5ms，经傅立叶频谱分析可得到其主频率约在44kHz。当两次连续产生部分放电时，会造成两个音波重叠。ch3检测阻抗法将信号时间拉长，其电气信号衰减速度快，频谱分析可得到主频率约在5MHz，由于频率高造成测量信号取样分析成本高。耦合电容检测法电气信号衰减速度更快，ch4频谱分析最低频率约在200kHz。

（二）探讨部分放电发生于地铁屏蔽门终端接头

将地铁屏蔽门终端接头处故意制造间隙使之产生电晕放电现象，分析放电发生时间与电压相角的关系，本文将ch4的信号改为电源电压信号，以上述的方式再进行试验。结果显示ch3的脉冲电流信号与ch4的电源电压信号存在特定的相位关系，ch2为音射法所得信号，ch1为电容型感测器所得知结果，研究显示脉冲电流信号较强，音射法次之，电容型感测器没反应。

（三）问题点的定位探讨

为进一步探讨音射法对问题点的定位特性，将音射感测器放置于远近不同的位置，探讨距离问题点的远近相对关系。研究显示音射感测器的位置与问题点的位置有密切的关系，因此可通过移动音射感测器的位置达到问题点搜寻定位的目的。研究另外发现ch3的脉冲电流信号发生后，ch2延迟一段时间后产生音射信号，若能得知电气信号与音射信号传递时的传播速度的差异，即可由电气信号与音射信号的时间差，乘上音射传播速度即可求出问题点的正确位置。

四、小结

本文探讨目前国内外常用的三种测量方式，并比较它们的特性。由试验得知无论是电极接头或终端接头，由地铁屏蔽门接地端串接脉冲电流检测阻抗所得的信号灵敏度较高，但该方法易受现场杂讯的干扰，常影响测量的效果，且所需的信号获取速度也非常高，。由于获取速度与系统成本有关，因此该方法所需的费用高。电容式的测量法适合应用于电极接头。音射法在电极接头与终端接头均有效，由于音射法较不易受现场电磁杂讯的干扰，且信号频宽较脉冲电流法低很多，约只需数百kHz的取样速率即可获得放电信号。因此设备的造价较便宜，且音射法在问题点定位方面具有良好的特性，也即指向性高，所以音射法未来应用在地铁屏蔽门定位测量应具有发展的潜力。

参考文献：

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[2]陈海辉，曾莹莹.地铁屏蔽门供电系统的保护措施及验收试验[J].南华大学学报（自然科学版），2005年第3期.

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