馬飛越，亓　亮

(國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司 電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750002)

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X射線(xiàn)CR成像技術(shù)在開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備檢測(cè)中應(yīng)用

馬飛越，亓亮

(國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司 電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750002)

摘要：開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備傳動(dòng)部位全部位于罐體或殼體內(nèi)部，當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)，傳統(tǒng)的帶電檢測(cè)方法只能大致判斷故障位置和性質(zhì)，無(wú)法直接對(duì)設(shè)備內(nèi)部故障準(zhǔn)確定位。寧夏電力公司引入X射線(xiàn)CR成像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備成像檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)備不解體、不影響正常運(yùn)行條件下可視化檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部狀況，并能準(zhǔn)確地判斷出缺陷的性質(zhì)、位置及尺寸。實(shí)踐結(jié)果表明，X射線(xiàn)CR成像檢測(cè)作為一種開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備檢測(cè)新方法，能夠成功實(shí)現(xiàn)可視化無(wú)損檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備；X射線(xiàn)；CR成像；檢測(cè)；缺陷

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備的種類(lèi)也不斷增多，目前，110 kV以上電壓等級(jí)開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備主要有瓷柱式斷路器、罐式斷路器、GIS開(kāi)關(guān)。設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備處于不正常運(yùn)行狀態(tài)，將會(huì)危及電網(wǎng)安全，并且造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，及時(shí)掌握其運(yùn)行狀態(tài)具有十分重要的意義。

在未應(yīng)用X射線(xiàn)成像檢測(cè)開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備之前，技術(shù)人員往往借助于帶電測(cè)試方法確定缺陷部位和故障類(lèi)型，例如SF6氣體成分檢測(cè)、微水檢測(cè)、氣體泄漏檢測(cè)、超聲波局放測(cè)試及超高頻局放測(cè)試等。這些方法無(wú)法對(duì)設(shè)備內(nèi)部缺陷情況直觀(guān)的判斷，導(dǎo)致技術(shù)人員需要耗費(fèi)大量的人力、時(shí)間進(jìn)行跟蹤測(cè)試，甚至進(jìn)行停電解體檢查。采用X射線(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，突破了傳統(tǒng)電氣設(shè)備內(nèi)部缺陷狀況只能靠常規(guī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，無(wú)法達(dá)到真實(shí)顯示故障的局限。實(shí)踐結(jié)果表明，X射線(xiàn)成像技術(shù)作是一種強(qiáng)有力手段，大幅度的提高了設(shè)備檢測(cè)的準(zhǔn)確性及可靠性。

1X射線(xiàn)成像系統(tǒng)

1.1X射線(xiàn)成像原理

X射線(xiàn)是一種波長(zhǎng)介于紫外線(xiàn)與γ射線(xiàn)之間的電磁輻射。X射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)是利用X射線(xiàn)對(duì)感光材料的作用，用膠卷記錄、顯示檢測(cè)結(jié)果的方法[1,2]。

X射線(xiàn)在穿透物體過(guò)程中會(huì)與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射能力的不同，使透射后射線(xiàn)減弱的強(qiáng)度不同，該強(qiáng)度的衰減取決于被檢物質(zhì)的衰減系數(shù)和射線(xiàn)在物質(zhì)中穿越的厚度。如果被照射物體存在局部缺陷，則試件會(huì)形成厚度差，缺陷區(qū)域的衰減強(qiáng)度就會(huì)與試件周?chē)a(chǎn)生差異。

傳統(tǒng)的X射線(xiàn)檢測(cè)方法受拍片技術(shù)及底片處理方法的限制，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)今電力系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的要求，其拍片速度慢、片子需要進(jìn)行暗室處理、無(wú)法進(jìn)行電腦分析、且膠片耗費(fèi)量大等缺點(diǎn)已經(jīng)成為制約高壓設(shè)備檢測(cè)的瓶頸[3]，因此開(kāi)發(fā)一種更方便、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法則變得十分必要。CR系統(tǒng)的出現(xiàn)，為解決這種難題提供了方法[4]。

CR系統(tǒng)主要是基于“飛點(diǎn)掃描”法，如圖1所示，X射線(xiàn)曝光影像板后，能量信息以潛影的形式存儲(chǔ)在影像板內(nèi)，用激光通過(guò)掃描轉(zhuǎn)鏡激發(fā)影像板，潛影信息以熒光的形式被激發(fā)出來(lái)，激發(fā)出的熒光由光電倍增管接收，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換及模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入電腦形成數(shù)字化圖像。將圖像處理后，得到被試件的差異影像。分析影像各點(diǎn)的黑化程度(又稱(chēng)曝光量)，可直觀(guān)分析缺陷部位和完好部位的曝光量，影像相應(yīng)部位就會(huì)出現(xiàn)黑度差異。這種黑度差定義為“對(duì)比度”[5]。實(shí)驗(yàn)人員則可以根據(jù)對(duì)比度構(gòu)成的不同形狀的影像，判斷設(shè)備的缺陷情況[6]。

圖1　飛點(diǎn)掃描結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　X射線(xiàn)CR成像系統(tǒng)

隨著科技的進(jìn)步，CR成像系統(tǒng)朝著精確、便捷的方向不斷進(jìn)化。2005年通用的CR系統(tǒng)分辨率為lOLP/mm[7]；2007年，通用生產(chǎn)的便攜式CR機(jī)重量只有l(wèi)l公斤[8]。

X射線(xiàn)CR成像原理不僅可利用各種圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理，改善圖像質(zhì)量，并能將各種診斷技術(shù)所獲得的圖像同時(shí)顯示，進(jìn)行互參互補(bǔ)，增加診斷信息同時(shí)數(shù)字化X光圖像可利用大容量的磁、光盤(pán)存貯技術(shù)[9]，使帶電檢測(cè)可以更為高效、低耗地觀(guān)察、存貯和回溯，甚至可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把X光圖像遠(yuǎn)距離傳送，進(jìn)行遙診，為試驗(yàn)人員生命安全提供有力保障[10]。

1.2X射線(xiàn)成像系統(tǒng)

工業(yè)用X射線(xiàn)成像原理[11]與醫(yī)院拍片、CT和機(jī)場(chǎng)安檢系統(tǒng)工作原理相同。X射線(xiàn)在穿透不同的物體時(shí)與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射而強(qiáng)度變化[12-13]，感光材料(IP板)接受到該強(qiáng)度變化信號(hào)后，經(jīng)信號(hào)處理形成我們常見(jiàn)的影像。其檢測(cè)系統(tǒng)包括：射線(xiàn)源、感光板 (IP板)、CR掃描儀、圖像顯示系統(tǒng)(含圖像處理分析軟件)、現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)支架、移動(dòng)工作站等。具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

操作步驟如下：首先連接各部件間連接線(xiàn)，然后通過(guò)對(duì)控制箱設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，使射線(xiàn)發(fā)生器產(chǎn)生X射線(xiàn)對(duì)被試部位進(jìn)行透射，最后對(duì)設(shè)備背面IP成像板感光后經(jīng)CR掃描儀掃描后形成數(shù)字影像。

2X射線(xiàn)CR成像檢測(cè)實(shí)例

X射線(xiàn)成像技術(shù)由于具有對(duì)開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備傳動(dòng)部位進(jìn)行可視化成像的優(yōu)點(diǎn)，可直觀(guān)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況。在電力系統(tǒng)中設(shè)備檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，具體典型檢測(cè)實(shí)例如下。

2.1棗園變電站330 kV瓷柱式斷路器傳動(dòng)桿狀態(tài)檢測(cè)

棗園330 kV變電站3322間隔斷路器(LW25-363型)在例行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)斷路器無(wú)法正常分合閘，主傳動(dòng)桿銷(xiāo)擋圈脫落。

為確保電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，需對(duì)相鄰3340、3341間隔斷路器進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)。由于被試品處于高空位置，普通檢測(cè)手段需對(duì)其進(jìn)行解體檢測(cè)。為防止設(shè)備解體、停電造成的重大經(jīng)濟(jì)損失，采用X射線(xiàn)CR成像檢測(cè)對(duì)被試品進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

為準(zhǔn)確判斷棗園變電站LW25型斷路器主傳動(dòng)桿銷(xiāo)及擋圈狀態(tài)，在設(shè)備停電時(shí)，檢測(cè)人員對(duì)3340、3341間隔斷路器進(jìn)行X射線(xiàn)CR成像分析。使用X射線(xiàn)機(jī)斷路器軀殼及平行于斷路器滅弧室位置，分別檢測(cè)斷路器分閘、合閘狀態(tài)時(shí)內(nèi)部擋圈狀態(tài)。X射線(xiàn)機(jī)平行于斷路器滅弧室位置檢測(cè)情況如圖3，使用橡皮筋固定IP成像板，X射線(xiàn)機(jī)離主傳動(dòng)桿銷(xiāo)水平距離為1 000 mm，射線(xiàn)機(jī)電壓設(shè)定150 kV，透照時(shí)間180 s。X射線(xiàn)成像結(jié)果如圖4所示。

圖3 X射線(xiàn)成像檢測(cè)瓷柱式斷路器示意圖4 瓷柱式斷路器X射線(xiàn)成像結(jié)果

從圖4可以看出：傳動(dòng)桿銷(xiāo)擋圈影像與環(huán)境存在明顯黑度差異，確定3340、3341間隔共6相斷路器主傳動(dòng)桿銷(xiāo)擋圈未發(fā)生脫落。后對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行例行試驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)3322間隔斷路器類(lèi)似故障。本次試驗(yàn)證明了X射線(xiàn)成像檢測(cè)技術(shù)在電氣設(shè)備檢測(cè)中的可行性，X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)不僅能節(jié)約大量檢修時(shí)間，更能適應(yīng)因現(xiàn)今電力系統(tǒng)大體積，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備檢測(cè)效率相對(duì)較低的現(xiàn)狀，為電力系統(tǒng)高壓設(shè)備檢測(cè)提供了新的思路。

3.2高橋220 kV變電站220 kV GIS缺陷檢測(cè)

2013年8月，國(guó)網(wǎng)銀川供電公司高橋220 kV變電站220 kV GIS檢修后準(zhǔn)備投入運(yùn)行，Ⅰ號(hào)母電壓互感器周?chē)霈F(xiàn)異響。

檢測(cè)過(guò)程如下：采用超聲局放檢測(cè)，其余氣室未發(fā)現(xiàn)異常；由于超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)存在內(nèi)部缺陷不敏感，受外部環(huán)境影響較大，檢測(cè)范圍小等缺點(diǎn)，無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)缺陷類(lèi)型，缺陷范圍進(jìn)行判定。需采用X射線(xiàn)成像法進(jìn)行精確判定。

采用X射線(xiàn)成像在Ⅰ號(hào)母停電狀態(tài)下對(duì)電壓互感器側(cè)在合閘狀態(tài)下三相隔離開(kāi)關(guān)氣室進(jìn)行X射線(xiàn)成像檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭未完全插入梅花觸頭內(nèi)，電壓互感器A相、B相隔離開(kāi)關(guān)合閘不到位，隔離開(kāi)關(guān)合閘后動(dòng)觸頭插入深度僅觸及第一個(gè)抱箍彈簧的下沿，隔離開(kāi)關(guān)A相成像結(jié)果見(jiàn)圖5。對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢修后，隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)恢復(fù)調(diào)整不到位造成隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭未充分接觸。此次缺陷分析，綜合超聲局放檢測(cè)及X射線(xiàn)成像兩種測(cè)試手段，為診斷設(shè)備缺陷提供了可靠的依據(jù)。

本次試驗(yàn)證明X射線(xiàn)成像可以與目前主流局部放電檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，補(bǔ)充傳統(tǒng)檢測(cè)手段無(wú)法精確剖析被試設(shè)備的不足，為GIS、變壓器的內(nèi)部缺陷提供有力判據(jù)。

圖5　母線(xiàn)PT側(cè)隔離開(kāi)關(guān)A相成像結(jié)果

3.3新梁220 kV變電站110 kV GIS缺陷檢測(cè)

2013年11月，國(guó)網(wǎng)吳忠供電公司新梁220 kV變電站110 kV GIS梁廣Ⅱ線(xiàn)快速接地開(kāi)關(guān)在操作過(guò)程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，分合閘指示不到位，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法確定快速接地開(kāi)關(guān)內(nèi)部正常分?jǐn)嗲闆r。

為確保梁廣Ⅱ線(xiàn)順利投入運(yùn)行，國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司電科院分別對(duì)梁廣Ⅱ線(xiàn)及梁廣Ⅰ線(xiàn)GIS快速接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行X射線(xiàn)成像試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示梁廣Ⅱ線(xiàn)GIS快速接地開(kāi)關(guān)FES分合閘狀態(tài)下成像結(jié)果與正常間隔梁廣Ⅰ線(xiàn)GIS快速接地開(kāi)關(guān)FES成像結(jié)果對(duì)比顯示無(wú)異常，且快速接地開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)下觸頭開(kāi)合狀態(tài)明顯，X射線(xiàn)成像檢測(cè)梁廣Ⅱ線(xiàn)GIS快速接地開(kāi)關(guān)狀態(tài)正常，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7。

據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解體確認(rèn)，或通過(guò)耐壓試驗(yàn)判斷其分閘狀態(tài)是否正常。我方利用X射線(xiàn)成像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，不僅直觀(guān)呈現(xiàn)了設(shè)備內(nèi)部的狀態(tài)，更節(jié)約了成本，縮短檢修工期，為設(shè)備投運(yùn)節(jié)省了寶貴的時(shí)間。

圖6 梁廣Ⅱ線(xiàn)GIS快速接地開(kāi)關(guān)合閘狀態(tài)圖7 梁廣Ⅱ線(xiàn)GIS快速接地開(kāi)關(guān)分閘狀態(tài)

3X射線(xiàn)成像輔助設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

X射線(xiàn)成像檢測(cè)技術(shù)由于其快速性、可視化等特點(diǎn)，已在寧夏電網(wǎng)及電力行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但由于瓷柱式斷路器及部分GIS設(shè)備垂直高度較高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為該技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用帶來(lái)了諸多的困難。目前X射線(xiàn)CR成像檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用所面臨的較大的問(wèn)題是X射線(xiàn)發(fā)射裝置自帶的支架在高度和角度上不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)拍攝的需求導(dǎo)致所拍攝的照片效果不理想，甚至是利用自帶的輔助裝置無(wú)法對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行拍攝。為最大限度發(fā)揮X射線(xiàn)成像檢測(cè)作用，寧夏公司積極開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)用方便、快捷的移動(dòng)式高度、角度可調(diào)的X射線(xiàn)發(fā)射裝置的支架等成像輔助設(shè)備，為X射線(xiàn)成像探傷技術(shù)在寧夏電網(wǎng)輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作中的推廣應(yīng)用提供幫助。X射線(xiàn)輔助設(shè)備通過(guò)垂直液壓升降機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足不同開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備成像高度的需求，并利用電動(dòng)水平旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)設(shè)備角度，其結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖8。輔助設(shè)備使X射線(xiàn)成像檢測(cè)更便捷和高效。

圖8　X射線(xiàn)輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

4結(jié)論

(1)X射線(xiàn)成像檢測(cè)不僅能夠通過(guò)拍攝設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖片，實(shí)現(xiàn)設(shè)備缺陷部位的直觀(guān)呈現(xiàn)，為設(shè)備診斷提供可靠的依據(jù)，為變電設(shè)備帶電檢測(cè)新增一種強(qiáng)有力的檢測(cè)手段，更避免了設(shè)備盲目解體帶來(lái)的損失，節(jié)省了人力和時(shí)間。

(2)將X射線(xiàn)成像檢測(cè)與SF6分解產(chǎn)物檢測(cè)、超聲波局放、超高頻局放等各種測(cè)試手段統(tǒng)籌結(jié)合，實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)之間的聯(lián)動(dòng)，有利于提高查找故障、分析缺陷的效率。

(3)寧夏公司將X射線(xiàn)成像檢測(cè)應(yīng)用于瓷柱式斷路器，是X射線(xiàn)成像技術(shù)勇敢的嘗試，為設(shè)備診斷提供了可靠的依據(jù)。

(4)X射線(xiàn)輔助設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)瓷柱式斷路器等具有較高垂直高度設(shè)備X射線(xiàn)成像的便捷性及安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]唐彥林.CR技術(shù)在雙面螺旋埋弧焊鋼無(wú)損探傷中的應(yīng)用[J].無(wú)損檢測(cè)，2006,28(7):385.

[2]楊新萍.X射線(xiàn)衍射技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，21(01)：72-76.

[3]郭濤濤，王達(dá)達(dá)，于虹，等.GIS 設(shè)備X 射線(xiàn)可視化檢測(cè)中焦距的選擇[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2012(3)：111-114.

[4]黃光海.邱榮.趙麗.劉楊.李長(zhǎng)喜.周月圓，等.傳統(tǒng)x線(xiàn)膠片與CR片的影像比較[J].醫(yī)療裝備.2006,19(10).43.

[5]強(qiáng)天鵬.射線(xiàn)檢測(cè)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

[6]王達(dá)達(dá)，魏杰，于虹，等.X射線(xiàn)數(shù)字成像對(duì)GIS設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)[J].云南電力技術(shù)，2002，40(2)：8-10.

[7]GE公司.CR航行者便攜式計(jì)算機(jī)X射線(xiàn)攝影掃描儀.GE檢測(cè)科技.計(jì)算機(jī)成像(CR).GE Inspection Technologies.com.2005.

[8]GE.IPS and IPC2 phosphor imaging plates[C].GE Inspection Technologies.2006.

[9]蔣振平.熊光楠，等.x光影像儀光采集系統(tǒng)的研制[J].激光雜志.2003.24(5).83.

[10] 孫長(zhǎng)庫(kù).葉聲華，等.激光測(cè)量技術(shù)[J].天津大學(xué)出版社.2001.15-19.

[11] 夏紀(jì)真.CR和DR成像技術(shù)[J].無(wú)損探傷.2007.31(1).1.7

[12] Yasuda；Hiroaki.Radiation image information read out method and apparatus[J].US.PAT.NO.00649585 l June 30 2000.

[13] lbin.Gonzalez.Energy response of imaging plate tO radiation beams from standard beta sources[J].Ortho-Voltage and Co-60 units and linear accelerators[DOCTOR OF PHILOSOPHY].May，2003.5.14-22.

X-ray CR Imaging Applications in the Switch testing Such Equipment

MA Fei-yue，QI Liang

(Ningxia Electric Power Research Institute,Ningxia Yinchuan 750002)

Abstract：Switch transmission parts all such equipment is located inside or shell of tank，when the internal fault，the traditional electric detection method can only judge fault location and nature of general can’t directly to internal fault accurate positioning equipment.Ningxia electric power company to X-ray CR imaging detection technology applied in switch imaging detection of such equipment，realize the equipment without dis-assembly，does not affect the normal operation of the visual detection equipment under the condition of the internal condition，and can accurately tell the nature，location and size of defects.Practice results show that the X-ray CR imaging detection as a kind of switch is a new method for the detection devices，can successfully realize visualization of nondestructive testing.

Key words：Switch devices；X-rays；CR imaging；Detection；Defects

中圖分類(lèi)號(hào)：TM83

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-2992(2016)01-0008-05

作者簡(jiǎn)介：馬飛越 (1986-)，男，寧夏銀川市人，國(guó)網(wǎng)寧夏電力科學(xué)研究院工程師，碩士，主要研究方向：高壓電氣設(shè)備故障診斷.

收稿日期：2015-12-10