馬飛越，亓　亮

(國網(wǎng)寧夏電力公司 電力科學研究院，寧夏 銀川 750002)

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X射線CR成像技術(shù)在開關(guān)類設(shè)備檢測中應(yīng)用

馬飛越，亓亮

(國網(wǎng)寧夏電力公司 電力科學研究院，寧夏 銀川 750002)

摘要：開關(guān)類設(shè)備傳動部位全部位于罐體或殼體內(nèi)部，當出現(xiàn)內(nèi)部故障時，傳統(tǒng)的帶電檢測方法只能大致判斷故障位置和性質(zhì)，無法直接對設(shè)備內(nèi)部故障準確定位。寧夏電力公司引入X射線CR成像檢測技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)類設(shè)備成像檢測，實現(xiàn)在設(shè)備不解體、不影響正常運行條件下可視化檢測設(shè)備內(nèi)部狀況，并能準確地判斷出缺陷的性質(zhì)、位置及尺寸。實踐結(jié)果表明，X射線CR成像檢測作為一種開關(guān)類設(shè)備檢測新方法，能夠成功實現(xiàn)可視化無損檢測。

關(guān)鍵詞：開關(guān)類設(shè)備；X射線；CR成像；檢測；缺陷

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)開關(guān)類設(shè)備的種類也不斷增多，目前，110 kV以上電壓等級開關(guān)類設(shè)備主要有瓷柱式斷路器、罐式斷路器、GIS開關(guān)。設(shè)備的運行狀態(tài)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。當開關(guān)類設(shè)備處于不正常運行狀態(tài)，將會危及電網(wǎng)安全，并且造成巨大經(jīng)濟損失。因此，及時掌握其運行狀態(tài)具有十分重要的意義。

在未應(yīng)用X射線成像檢測開關(guān)類設(shè)備之前，技術(shù)人員往往借助于帶電測試方法確定缺陷部位和故障類型，例如SF6氣體成分檢測、微水檢測、氣體泄漏檢測、超聲波局放測試及超高頻局放測試等。這些方法無法對設(shè)備內(nèi)部缺陷情況直觀的判斷，導致技術(shù)人員需要耗費大量的人力、時間進行跟蹤測試，甚至進行停電解體檢查。采用X射線對電氣設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行成像，突破了傳統(tǒng)電氣設(shè)備內(nèi)部缺陷狀況只能靠常規(guī)試驗數(shù)據(jù)分析，無法達到真實顯示故障的局限。實踐結(jié)果表明，X射線成像技術(shù)作是一種強有力手段，大幅度的提高了設(shè)備檢測的準確性及可靠性。

1X射線成像系統(tǒng)

1.1X射線成像原理

X射線是一種波長介于紫外線與γ射線之間的電磁輻射。X射線檢測技術(shù)是利用X射線對感光材料的作用，用膠卷記錄、顯示檢測結(jié)果的方法[1,2]。

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

傳統(tǒng)的X射線檢測方法受拍片技術(shù)及底片處理方法的限制，無法滿足現(xiàn)今電力系統(tǒng)檢測技術(shù)的要求，其拍片速度慢、片子需要進行暗室處理、無法進行電腦分析、且膠片耗費量大等缺點已經(jīng)成為制約高壓設(shè)備檢測的瓶頸[3]，因此開發(fā)一種更方便、快速、準確的檢測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“飛點掃描”法，如圖1所示，X射線曝光影像板后，能量信息以潛影的形式存儲在影像板內(nèi)，用激光通過掃描轉(zhuǎn)鏡激發(fā)影像板，潛影信息以熒光的形式被激發(fā)出來，激發(fā)出的熒光由光電倍增管接收，進行光電轉(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。分析影像各點的黑化程度(又稱曝光量)，可直觀分析缺陷部位和完好部位的曝光量，影像相應(yīng)部位就會出現(xiàn)黑度差異。這種黑度差定義為“對比度”[5]。實驗人員則可以根據(jù)對比度構(gòu)成的不同形狀的影像，判斷設(shè)備的缺陷情況[6]。

圖1　飛點掃描結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　X射線CR成像系統(tǒng)

隨著科技的進步，CR成像系統(tǒng)朝著精確、便捷的方向不斷進化。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機重量只有l(wèi)l公斤[8]。

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

1.2X射線成像系統(tǒng)

工業(yè)用X射線成像原理[11]與醫(yī)院拍片、CT和機場安檢系統(tǒng)工作原理相同。X射線在穿透不同的物體時與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射而強度變化[12-13]，感光材料(IP板)接受到該強度變化信號后，經(jīng)信號處理形成我們常見的影像。其檢測系統(tǒng)包括：射線源、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)場移動支架、移動工作站等。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，然后通過對控制箱設(shè)置試驗參數(shù)，使射線發(fā)生器產(chǎn)生X射線對被試部位進行透射，最后對設(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CR成像檢測實例

X射線成像技術(shù)由于具有對開關(guān)類設(shè)備傳動部位進行可視化成像的優(yōu)點，可直觀判斷設(shè)備的運行狀況。在電力系統(tǒng)中設(shè)備檢測中得到廣泛應(yīng)用，具體典型檢測實例如下。

2.1棗園變電站330 kV瓷柱式斷路器傳動桿狀態(tài)檢測

棗園330 kV變電站3322間隔斷路器(LW25-363型)在例行試驗時，發(fā)現(xiàn)斷路器無法正常分合閘，主傳動桿銷擋圈脫落。

為確保電網(wǎng)運行可靠性，需對相鄰3340、3341間隔斷路器進行狀態(tài)檢測。由于被試品處于高空位置，普通檢測手段需對其進行解體檢測。為防止設(shè)備解體、停電造成的重大經(jīng)濟損失，采用X射線CR成像檢測對被試品進行無損檢測。

為準確判斷棗園變電站LW25型斷路器主傳動桿銷及擋圈狀態(tài)，在設(shè)備停電時，檢測人員對3340、3341間隔斷路器進行X射線CR成像分析。使用X射線機斷路器軀殼及平行于斷路器滅弧室位置，分別檢測斷路器分閘、合閘狀態(tài)時內(nèi)部擋圈狀態(tài)。X射線機平行于斷路器滅弧室位置檢測情況如圖3，使用橡皮筋固定IP成像板，X射線機離主傳動桿銷水平距離為1 000 mm，射線機電壓設(shè)定150 kV，透照時間180 s。X射線成像結(jié)果如圖4所示。

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

從圖4可以看出：傳動桿銷擋圈影像與環(huán)境存在明顯黑度差異，確定3340、3341間隔共6相斷路器主傳動桿銷擋圈未發(fā)生脫落。后對被測設(shè)備進行例行試驗，沒有發(fā)現(xiàn)3322間隔斷路器類似故障。本次試驗證明了X射線成像檢測技術(shù)在電氣設(shè)備檢測中的可行性，X射線無損檢測不僅能節(jié)約大量檢修時間，更能適應(yīng)因現(xiàn)今電力系統(tǒng)大體積，結(jié)構(gòu)復雜的設(shè)備檢測效率相對較低的現(xiàn)狀，為電力系統(tǒng)高壓設(shè)備檢測提供了新的思路。

3.2高橋220 kV變電站220 kV GIS缺陷檢測

2013年8月，國網(wǎng)銀川供電公司高橋220 kV變電站220 kV GIS檢修后準備投入運行，Ⅰ號母電壓互感器周圍出現(xiàn)異響。

檢測過程如下：采用超聲局放檢測，其余氣室未發(fā)現(xiàn)異常；由于超聲波局部放電檢測技術(shù)存在內(nèi)部缺陷不敏感，受外部環(huán)境影響較大，檢測范圍小等缺點，無法準確對缺陷類型，缺陷范圍進行判定。需采用X射線成像法進行精確判定。

采用X射線成像在Ⅰ號母停電狀態(tài)下對電壓互感器側(cè)在合閘狀態(tài)下三相隔離開關(guān)氣室進行X射線成像檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)動觸頭未完全插入梅花觸頭內(nèi)，電壓互感器A相、B相隔離開關(guān)合閘不到位，隔離開關(guān)合閘后動觸頭插入深度僅觸及第一個抱箍彈簧的下沿，隔離開關(guān)A相成像結(jié)果見圖5。對隔離開關(guān)進行檢修后，隔離開關(guān)機構(gòu)恢復調(diào)整不到位造成隔離開關(guān)動靜觸頭未充分接觸。此次缺陷分析，綜合超聲局放檢測及X射線成像兩種測試手段，為診斷設(shè)備缺陷提供了可靠的依據(jù)。

本次試驗證明X射線成像可以與目前主流局部放電檢測技術(shù)相結(jié)合，補充傳統(tǒng)檢測手段無法精確剖析被試設(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PT側(cè)隔離開關(guān)A相成像結(jié)果

3.3新梁220 kV變電站110 kV GIS缺陷檢測

2013年11月，國網(wǎng)吳忠供電公司新梁220 kV變電站110 kV GIS梁廣Ⅱ線快速接地開關(guān)在操作過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，分合閘指示不到位，現(xiàn)場無法確定快速接地開關(guān)內(nèi)部正常分斷情況。

為確保梁廣Ⅱ線順利投入運行，國網(wǎng)寧夏電力公司電科院分別對梁廣Ⅱ線及梁廣Ⅰ線GIS快速接地開關(guān)進行X射線成像試驗，試驗結(jié)果顯示梁廣Ⅱ線GIS快速接地開關(guān)FES分合閘狀態(tài)下成像結(jié)果與正常間隔梁廣Ⅰ線GIS快速接地開關(guān)FES成像結(jié)果對比顯示無異常，且快速接地開關(guān)分合閘狀態(tài)下觸頭開合狀態(tài)明顯，X射線成像檢測梁廣Ⅱ線GIS快速接地開關(guān)狀態(tài)正常，檢測結(jié)果見圖6、圖7。

據(jù)以往工作經(jīng)驗，對設(shè)備進行現(xiàn)場解體確認，或通過耐壓試驗判斷其分閘狀態(tài)是否正常。我方利用X射線成像技術(shù)進行檢測，不僅直觀呈現(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)備投運節(jié)省了寶貴的時間。

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

3X射線成像輔助設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用

X射線成像檢測技術(shù)由于其快速性、可視化等特點，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)比較復雜，為該技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用帶來了諸多的困難。目前X射線CR成像檢測技術(shù)在現(xiàn)場的應(yīng)用所面臨的較大的問題是X射線發(fā)射裝置自帶的支架在高度和角度上不能滿足現(xiàn)場拍攝的需求導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法對某些設(shè)備進行拍攝。為最大限度發(fā)揮X射線成像檢測作用，寧夏公司積極開發(fā)現(xiàn)場用方便、快捷的移動式高度、角度可調(diào)的X射線發(fā)射裝置的支架等成像輔助設(shè)備，為X射線成像探傷技術(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射線輔助設(shè)備通過垂直液壓升降機構(gòu)滿足不同開關(guān)類設(shè)備成像高度的需求，并利用電動水平旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)設(shè)備角度，其結(jié)構(gòu)原理見圖8。輔助設(shè)備使X射線成像檢測更便捷和高效。

圖8　X射線輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

4結(jié)論

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

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

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

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

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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

中圖分類號：TM83

文獻標識碼：A

文章編號：1005-2992(2016)01-0008-05

作者簡介：馬飛越 (1986-)，男，寧夏銀川市人，國網(wǎng)寧夏電力科學研究院工程師，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