王 飛，茍方杰，張奮德，孫文選，宋妙環(huán)

(1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，甘肅 蘭州 730000；2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司發(fā)展事業(yè)部 (經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院)，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

高壓電氣設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著電能輸送、轉(zhuǎn)換和分配的作用，設(shè)備內(nèi)部任何缺陷的存在，都會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行可靠的檢測(cè)與評(píng)估十分重要。目前所使用的諸多缺陷檢測(cè)方法，如局部放電檢測(cè)法、SF6分解物檢測(cè)法等，都只能大致估計(jì)出設(shè)備內(nèi)部缺陷情況，而無法準(zhǔn)確判斷設(shè)備的缺陷位置和內(nèi)部構(gòu)造。采用此類方法進(jìn)行缺陷維修時(shí)，先要對(duì)設(shè)備進(jìn)行停電檢查，尋找缺陷位置，然后再進(jìn)行維修，不僅需要較長(zhǎng)的停電時(shí)間，還將耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，而且在維修過程中，極有可能對(duì)設(shè)備產(chǎn)生二次傷害，給設(shè)備運(yùn)行埋下安全隱患。

因此，若能在設(shè)備故障發(fā)生前，通過檢測(cè)方法提前準(zhǔn)確得知內(nèi)部缺陷的位置及程度，或在設(shè)備故障發(fā)生后準(zhǔn)確判斷故障位置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精準(zhǔn)維修，將對(duì)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生非常積極的意義。

1 基于X射線技術(shù)的帶電檢測(cè)系統(tǒng)搭建

X射線是一種頻率高、波長(zhǎng)短、能量大的電磁波，具有很強(qiáng)的穿透性。X射線穿過設(shè)備時(shí)，設(shè)備內(nèi)部的不同構(gòu)造或缺陷將對(duì)射線實(shí)現(xiàn)不同程度的吸收，那么通過設(shè)備后的X射線量便攜帶了設(shè)備各部位密度分布的信息，在熒光屏上或攝影膠片上將顯示出不同密度的陰影，即設(shè)備的X射線成像圖。

利用X射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)高壓電氣設(shè)備進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí)，其硬件設(shè)備系統(tǒng)組成為：在設(shè)備一側(cè)安裝固定X射線機(jī)，然后在設(shè)備另一側(cè)安裝固定平板探測(cè)器(成像板)接收X射線，并使得X射線機(jī)的發(fā)射口與成像板器相對(duì)，確保X射線穿過測(cè)試設(shè)備后被成像板接收，最后成像板通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒃O(shè)備的成像數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，如圖1所示。

圖1 射線機(jī)、被側(cè)元件和成像板相互位置

圖1中，f為焦距，即X射線管焦點(diǎn)至成像板表面的距離(mm)；f1為X射線管焦點(diǎn)至被測(cè)元件表面的距離(mm)；f2為被測(cè)元件至成像板表面的距離(mm)。

X射線檢測(cè)系統(tǒng)搭建完成后，需要根據(jù)被測(cè)設(shè)備的適應(yīng)性來設(shè)置X射線機(jī)的參數(shù)，通常，管電壓、電流、焦距、曝光時(shí)間都是需要調(diào)整的重要參數(shù)。

在選擇管電壓時(shí)，首要考慮給定的電壓能夠?qū)㈦姎庠O(shè)備照透，并在此基礎(chǔ)上盡量選擇較低的電壓值，從而提高檢測(cè)的靈敏度和圖像質(zhì)量；管電流越大，產(chǎn)生的X射線數(shù)量就越多，管電流與曝光時(shí)間的乘積決定X射線的量，即曝光量，調(diào)節(jié)曝光量可以調(diào)節(jié)圖像的靈敏度、對(duì)比度、顆粒度。

在參數(shù)選定后，使用X射線機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，在成像板的支持下，射線光子將轉(zhuǎn)換為數(shù)字電流并傳輸給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)專用程序的處理下再轉(zhuǎn)換為透視圖。通過對(duì)透視圖的分析，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷情況和內(nèi)部構(gòu)造。

2 實(shí)際應(yīng)用分析

2.1 斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶電檢測(cè)

電力系統(tǒng)中投切空載線路，會(huì)產(chǎn)生操作過電壓，為此要在斷路器上裝設(shè)合閘電阻，釋放電網(wǎng)的能量，從而保護(hù)電網(wǎng)電氣設(shè)備，合閘電阻在主斷口(滅弧室)合閘前幾毫秒投入，在主斷口合閘后若干毫秒后自動(dòng)切除。

在變電站實(shí)際運(yùn)行維護(hù)過程中，由于設(shè)備運(yùn)行年限長(zhǎng)，設(shè)備銘牌信息模糊不清、出廠資料不齊、資料丟失等原因，對(duì)某臺(tái)斷路器內(nèi)部是否帶合閘電阻無從得知，利用X射線檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備帶電情況下的合閘電阻檢查。

某330 kV變電站3351斷路器合閘電阻檢測(cè)X射線機(jī)參數(shù)如表1所示，現(xiàn)場(chǎng)X射線檢測(cè)儀器布置如圖2所示。

表1 斷路器合閘電阻檢測(cè)X射線機(jī)參數(shù)

圖2 X射線檢測(cè)儀器布置

檢測(cè)時(shí)，當(dāng)斷路器內(nèi)部不帶合閘電阻時(shí)，成像圖中合閘電阻區(qū)域空白，僅能觀察到背部電纜；當(dāng)斷路器內(nèi)部帶合閘電阻時(shí)，成像圖中能清晰地觀察到合閘電阻的完好狀態(tài)及其內(nèi)部彈簧。

2.2 GIS設(shè)備帶電檢測(cè)

2021年7月，某110 kVA變電站某間隔在運(yùn)行過程中，出線側(cè)丙刀閘氣室吸附劑罩(塑料材質(zhì))掉落，造成該間隔內(nèi)部放電，間隔被迫停運(yùn)、解體檢查、維修。間隔主接線及故障點(diǎn)如圖3所示。

圖3 間隔主接線及故障點(diǎn)

查閱歷史設(shè)備資料，該站I期工程110 kV GIS設(shè)備7個(gè)間隔于2008年投入運(yùn)行，II期工程2個(gè)間隔于2011投入運(yùn)行；I期工程所采用的吸附劑罩均為塑料材質(zhì)，II期工程所采用的吸附器罩為金屬材質(zhì)。

該故障檢修結(jié)束后，對(duì)全站110 kV GIS設(shè)備所有吸附器罩采用X射線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行帶電檢測(cè)，判斷其完好情況，排查設(shè)備隱患。設(shè)備吸附罩檢測(cè)X射線機(jī)參數(shù)如表2所示。

表2 設(shè)備吸附劑罩檢測(cè)X射線機(jī)參數(shù)

對(duì)吸附器罩進(jìn)行X射線檢測(cè)時(shí)，重點(diǎn)檢查吸附劑罩是否齊全，是否存在開裂現(xiàn)象，吸附劑罩面與蓋板是否平行以及判斷吸附劑罩的材質(zhì)。

檢測(cè)中，由于金屬吸附劑罩對(duì)X射線的衰減強(qiáng)，因此成像中能清晰地觀察出吸附劑罩的外形輪廓和吸附劑罩表面的細(xì)小孔洞，但無法觀察到其內(nèi)部的吸附劑顆粒；塑料吸附劑罩對(duì)X射線的衰減弱，因此成像中僅能夠大致觀察出吸附劑罩的外部輪廓，無法觀察到其外部的細(xì)小孔洞，且其內(nèi)部的吸附劑顆粒清晰可見；當(dāng)漏裝吸附劑罩時(shí)，X射線成像區(qū)域處于空白狀態(tài)，僅能觀察到緊固蓋板的螺栓。因此，通過對(duì)吸附劑罩X射線影像結(jié)構(gòu)的觀察，可有效判斷其完好程度，并能準(zhǔn)確區(qū)分其材質(zhì)是金屬還是塑料。

2021年7月，對(duì)某110 kV B變電站進(jìn)行吸附器罩X射線帶電檢測(cè)，該站與A站為同廠同時(shí)期產(chǎn)品，采用的吸附劑罩均為塑料材質(zhì)。在對(duì)該站110 kV Ⅱ段母線電壓互感器丁刀閘氣室吸附器罩X射線探傷檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)該吸附劑罩頂部有疑似開裂、翹起現(xiàn)象，與底部蓋板不平行。在對(duì)該站1號(hào)主變1101間隔電纜終端氣室吸附劑罩X射線檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該吸附劑罩存在嚴(yán)重開裂破損現(xiàn)象，內(nèi)部分子篩包已脫落沉積，此缺陷對(duì)設(shè)備運(yùn)行存在嚴(yán)重危害，隨后，該站緊急安排設(shè)備停電檢修。

將該站110 kV Ⅱ段母線電壓互感器丁刀閘氣室打開后，發(fā)現(xiàn)吸附器罩頂部已開裂、翹起，且吸附劑罩老化嚴(yán)重，使用很小的力便可將其撕裂。將該站1號(hào)主變1101間隔電纜終端氣室打開后，發(fā)現(xiàn)吸附劑罩破損程度更為嚴(yán)重，吸附劑已完全脫出，被下部的弧形外殼托住，尚未掉入設(shè)備罐體內(nèi)。

在此案例中，正因?yàn)椴捎肵射線技術(shù)對(duì)設(shè)備內(nèi)部缺陷進(jìn)行了精準(zhǔn)識(shí)別，才有效避免了該站因吸附劑掉落引起的三相短路放電事故，保障了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨后，考慮到該站已運(yùn)行數(shù)十年，塑料材質(zhì)的吸附劑罩已老化嚴(yán)重，決定在不影響供電的情況下對(duì)全站所有吸附劑罩進(jìn)行輪流更換。

3 X射線檢測(cè)的不足之處

X射線對(duì)人有害，其照射量可以在人體內(nèi)累積，如果長(zhǎng)時(shí)間暴露在X射線下，會(huì)導(dǎo)致人體細(xì)胞、組織、器官的損傷。因此應(yīng)對(duì)輻射源采取屏蔽防護(hù)、距離防護(hù)和時(shí)間防護(hù)措施。屏蔽防護(hù)是指使用原子序數(shù)較高的物質(zhì)作為屏障，通常采用鉛或含鉛的物質(zhì)，鉛的厚度應(yīng)根據(jù)相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。距離防護(hù)是指利用X射線曝射量與距離平方成反比這一原理，通過增加X射線源與人體間距離以減少曝射量。時(shí)間防護(hù)是指要盡量減少檢測(cè)人員與放射線的接觸時(shí)間。此外，X射線會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的輻射污染，還會(huì)對(duì)其他敏感物體產(chǎn)生一定損害。

與其他無損檢測(cè)方法相比，X射線檢測(cè)速度慢、效率低。該方法對(duì)設(shè)備的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)都需要重新固定、調(diào)節(jié)射線機(jī)和成像板，并對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)和成像查看。一般情況下，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)人員每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)需耗時(shí)15～20 min。

檢測(cè)時(shí)的X射線方向與被測(cè)物的角度十分重要，檢測(cè)中由于設(shè)備內(nèi)部缺陷情況無從得知，因此需要反復(fù)調(diào)試X射線機(jī)以調(diào)節(jié)射線方向，若射線與被測(cè)物的角度不合適，缺陷便無法被有效識(shí)別。

X射線檢測(cè)對(duì)射線衰減弱的材質(zhì)(如塑料)的細(xì)小或極小裂痕難以識(shí)別，如在對(duì)110 kV B變電站檢測(cè)中，雖然X射線方向與吸附劑罩面的成像角度合適，但對(duì)其中的吸附劑罩細(xì)小缺陷仍未能有效識(shí)別，此缺陷為后期檢修時(shí)人為發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié)論

通過對(duì)X射線技術(shù)在高壓電氣設(shè)備帶電檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用分析，說明了該方法可在設(shè)備不停電、不影響其運(yùn)行的情況下準(zhǔn)確判斷其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷情況和內(nèi)部部件材質(zhì)，有效杜絕盲目檢修并為檢修工作節(jié)約大量時(shí)間，防止重大經(jīng)濟(jì)損失。最后，對(duì)該技術(shù)的不足之處進(jìn)行了分析闡述。