廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局 梁群鋒

1 引言

GIS 設(shè)備內(nèi)部缺陷檢測(cè)是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要手段。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用的方法為定期停電進(jìn)行外部檢查和內(nèi)部巡檢。但是這種方式存在著諸多弊端，如工作量大、周期長(zhǎng)等問(wèn)題。因此，研究一種非接觸式的在線檢測(cè)技術(shù)具有十分重要的意義。本文介紹了一種基于SF6氣體紅外光譜特性的GIS 設(shè)備內(nèi)部缺陷檢測(cè)方法，并對(duì)該方法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)分析不同類(lèi)型缺陷的特征譜線位置及其強(qiáng)度變化規(guī)律，可以有效地實(shí)現(xiàn)GIS 設(shè)備內(nèi)部缺陷的識(shí)別與定位。同時(shí)，本方法還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)GIS 設(shè)備內(nèi)外部環(huán)境參數(shù)以及設(shè)備自身狀態(tài)信息，從而提高設(shè)備故障診斷效率及準(zhǔn)確率。

此外，由于該方法無(wú)須拆卸設(shè)備即可完成檢測(cè)，因而不會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)行，也不污染周?chē)h(huán)境，具有很高的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)，利用所提出的方法還能夠定量分析出缺陷的嚴(yán)重程度以及分布范圍，從而指導(dǎo)GIS 設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作。本次研究成果可為電力行業(yè)中GIS 設(shè)備的故障診斷提供新思路及新方法，也有助于提高GIS 設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

2 SF6紅外檢漏成像儀分析

2.1 SF6紅外檢漏成像儀工作原理

SF6氣體分子是一種非常小的氣體，其光譜很特殊。當(dāng)溫度升高時(shí)，會(huì)從原本的無(wú)色變成淺黃色，再逐漸變成紅色，最終成為深褐色。這個(gè)過(guò)程中會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的紅外線輻射，因此可以利用這一特性來(lái)進(jìn)行檢測(cè)[1]。紅外成像儀如圖1所示。

圖1 紅外成像儀

圖2 紅外熱成像儀原理

SF6紅外檢漏成像系統(tǒng)主要由光學(xué)部分和電子學(xué)部分組成。其中，光學(xué)部分包括光源、探測(cè)器以及圖像采集卡等；電子學(xué)部分則負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并對(duì)其處理分析。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及顯示等功能。

SF6紅外檢漏成像儀采用了先進(jìn)的微弱信號(hào)處理技術(shù)，能夠有效地提高信噪比，增強(qiáng)了檢測(cè)靈敏度。同時(shí)該儀器還具有高分辨率、高速采樣、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，可滿(mǎn)足不同場(chǎng)合下的泄漏檢測(cè)需求。

SF6紅外檢漏成像儀的基本工作流程如下。首先，需要將待測(cè)設(shè)備與SF6氣體接觸，使得SF6氣體進(jìn)入到被測(cè)試件內(nèi)部。接著，使用光源照射被測(cè)試件表面，產(chǎn)生一定強(qiáng)度的熱效應(yīng)，形成一個(gè)高溫區(qū)域。這個(gè)過(guò)程中會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的紅外線輻射，因此被稱(chēng)為“紅外光”。利用這一特性，可以將其運(yùn)用于檢測(cè)泄漏問(wèn)題。

SF6紅外檢漏成像系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分和圖像采集處理三部分組成。其中，光學(xué)系統(tǒng)包括了鏡頭、探測(cè)器等組件。機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分則負(fù)責(zé)對(duì)SF6氣體進(jìn)行移動(dòng)并觸發(fā)相機(jī)拍攝；而圖像采集處理部分則通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)SF6濃度分布圖的繪制與分析。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于操作維護(hù)[2]。采集到的光譜檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3 紅外光譜檢測(cè)結(jié)果

2.2 SF6紅外檢漏成像儀的優(yōu)勢(shì)

一是不用直接接觸。由于SF6氣體具有很高的絕緣性能和滅弧能力，因此可以采用非接觸式檢測(cè)方法進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位；而傳統(tǒng)的電氣設(shè)備故障查找方法需要停電后才能對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，這樣就會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)極大影響。

二是不干擾被測(cè)對(duì)象運(yùn)行。SF6是一種稀有氣體，不會(huì)像其他氣體那樣產(chǎn)生干擾信號(hào)，因而能夠有效地避免外界電磁場(chǎng)等環(huán)境因素的干擾，提高了測(cè)量精度。

三是可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。利用SF6紅外熱釋電傳感器制成的探測(cè)器，只要將其置于待測(cè)設(shè)備表面或內(nèi)部即可完成對(duì)該部位的檢測(cè)，無(wú)須停機(jī)拆卸設(shè)備，從而大大縮短了維修時(shí)間，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

四是適用范圍廣。SF6紅外檢漏成像技術(shù)不僅可用于電力、化工等行業(yè)中各種電器元件及管道的局部放電檢測(cè)，還可用于高壓開(kāi)關(guān)柜、互感器、電容器組等封閉容器內(nèi)介質(zhì)的泄漏檢測(cè)。

五是使用方便快捷。SF6紅外檢漏成像系統(tǒng)體積小、重量輕，易于攜帶和移動(dòng)，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，一般人員經(jīng)過(guò)短期培訓(xùn)便能熟練掌握使用方法。

3 SF6紅外檢漏成像儀在GIS 檢修中的應(yīng)用

3.1 在絕緣盆子漏氣中的應(yīng)用

將SF6氣體通過(guò)進(jìn)氣口進(jìn)入到絕緣盆內(nèi)，然后再?gòu)某鰵饪谂懦觥．?dāng)絕緣盆內(nèi)部存在缺陷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致SF6氣體泄漏。此時(shí)，通過(guò)對(duì)SF6氣體進(jìn)行檢測(cè)，可以確定絕緣盆是否有故障。同時(shí)還能夠判斷出具體是哪個(gè)部位出現(xiàn)了缺陷。這為后續(xù)的檢修工作提供了重要依據(jù)[3]。

以某變電站35kV 電容式電壓互感器(CVT)為例。該設(shè)備由于長(zhǎng)時(shí)間使用和外部環(huán)境影響，其外殼表面產(chǎn)生了明顯的龜裂現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)CVT 上的盆式絕緣子破損嚴(yán)重，并且已經(jīng)發(fā)生了滲油情況。針對(duì)這一問(wèn)題，采用了SF6紅外檢漏成像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

首先，利用SF6氣體放電燈對(duì)接收端進(jìn)行照射，使得接收端形成一個(gè)穩(wěn)定的光源。接著，將SF6氣體通入絕緣盆內(nèi)部，觀察SF6氣體的分布情況。最后，通過(guò)圖像處理軟件對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析，得出了絕緣盆內(nèi)部的缺陷信息以及缺陷位置等相關(guān)參數(shù)。最終確認(rèn)了該絕緣盆確實(shí)存在缺陷，并且明確了需要更換的部件。

此外，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，一是要保證SF6氣體的純度達(dá)到要求；二是要合理設(shè)置采樣點(diǎn)的數(shù)量和位置，避免過(guò)多或過(guò)少地覆蓋整個(gè)區(qū)域；三是要選擇合適的檢測(cè)方法和儀器，確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3.2 在螺栓漏氣中的應(yīng)用

對(duì)于一些密封性要求較高或者存在高溫、高壓等環(huán)境下的設(shè)備，其連接部件如法蘭盤(pán)、螺栓等很容易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。而這些部位往往是事故多發(fā)點(diǎn)，因此需要進(jìn)行定期檢測(cè)和維護(hù)。目前常用的檢測(cè)方法有聽(tīng)音法、氣泡觀察法以及氦質(zhì)譜檢漏法等。其中，氦質(zhì)譜檢漏法因其靈敏度高、準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。但由于該方法需將氣體充入檢漏室進(jìn)行檢測(cè)，所以會(huì)受到環(huán)境因素(溫度、濕度)影響，同時(shí)也無(wú)法直觀地顯示出泄漏情況[4]。

為了解決上述問(wèn)題，采用了SF6紅外熱像技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接頭處的螺栓進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，首先通過(guò)對(duì)被測(cè)物體表面施加一定的熱量，然后利用紅外探測(cè)器接收反射回來(lái)的信號(hào)并經(jīng)過(guò)處理得到圖像信息。通過(guò)分析圖像可以清晰地看到接頭內(nèi)部是否存在異常發(fā)熱區(qū)域或缺陷，從而判斷是否存在泄漏現(xiàn)象。此外，該技術(shù)還具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、不干擾現(xiàn)場(chǎng)工作人員等優(yōu)勢(shì)，能夠有效提高檢測(cè)效率及可靠性。

以某變電站10kV 電容式套管接頭作為試驗(yàn)對(duì)象，分別采用傳統(tǒng)的聽(tīng)音法和SF6紅外熱像技術(shù)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。結(jié)果表明，SF6紅外熱像技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)接頭內(nèi)壁的局部過(guò)熱區(qū)域，且不受環(huán)境條件限制，大大縮短了故障查找時(shí)間，有利于及時(shí)排除安全隱患。為解決上述問(wèn)題，采用了SF6紅外熱像技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓等連接件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

具體來(lái)說(shuō)，首先通過(guò)對(duì)SF6氣體的加熱使其產(chǎn)生局部熱點(diǎn)并暴露出待測(cè)物體表面，然后利用紅外相機(jī)對(duì)其拍攝以獲取圖像信息；接著通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行處理分析得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)各像素點(diǎn)的溫升值，最終計(jì)算得出整個(gè)目標(biāo)區(qū)域的平均溫升值及變化趨勢(shì)。這種方法不僅能夠快速發(fā)現(xiàn)泄漏位置，還可以通過(guò)顏色梯度差異反映出不同程度的泄漏情況，從而提高了檢漏效率與可靠性。

此外，還對(duì)比了傳統(tǒng)的聽(tīng)音法和氣泡觀察法，結(jié)果表明SF6紅外檢漏技術(shù)具有更高的分辨力和更廣的適用范圍，尤其適合于不易拆卸或不便接觸的場(chǎng)合，如管道、閥門(mén)等。綜上所述，SF6紅外檢漏技術(shù)在GIS 設(shè)備檢修領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，值得進(jìn)一步推廣和研究。

3.3 在砂眼漏氣中的應(yīng)用

對(duì)于GIS 而言，砂眼漏氣問(wèn)題主要是由加工制造工藝引起這一漏氣問(wèn)題出現(xiàn)發(fā)生于出線分支筒母線筒和機(jī)構(gòu)殼體連接處。通過(guò)使用SF6紅外檢漏成像儀可以清晰地觀察到這些部位是否存在泄漏情況。同時(shí)也可借助該儀器進(jìn)行帶電檢測(cè)，判斷是否有放電現(xiàn)象產(chǎn)生。

具體操作方法如下:將SF6紅外檢漏成像儀與萬(wàn)用表并聯(lián)后接入待測(cè)設(shè)備，然后打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)萬(wàn)用表顯示為“0”值，說(shuō)明設(shè)備不帶電；接著按照從上至下、從左至右的順序逐一檢查每個(gè)部件，發(fā)現(xiàn)某個(gè)部件有異常時(shí)，記錄其編號(hào)及位置信息，以便后續(xù)分析處理。需要注意的是，在實(shí)際操作過(guò)程中應(yīng)避免人體等外界因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，采用SF6紅外檢漏成像儀結(jié)合萬(wàn)用表能夠快速準(zhǔn)確地找出砂眼漏氣點(diǎn)，提高了工作效率，降低了誤判率，具有較高的實(shí)用價(jià)值，優(yōu)點(diǎn)是使用方便、快捷；可以直觀地看出泄漏情況以及判斷泄漏等級(jí)；可重復(fù)多次檢查以提高準(zhǔn)確率。缺點(diǎn)是無(wú)法確定泄漏孔徑大小；受環(huán)境光線影響較大。適用范圍:對(duì)泄漏等級(jí)要求較高或需要定量分析泄漏量的場(chǎng)合。例如變壓器、開(kāi)關(guān)柜、互感器等。

本案例中將被測(cè)設(shè)備放置于檢測(cè)平臺(tái)上后，通過(guò)調(diào)整焦距和探測(cè)器位置使得被測(cè)部位能夠清晰地觀察到，然后通過(guò)激光光源進(jìn)行掃描獲取了泄漏時(shí)的圖像，最后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理分析得到了泄漏類(lèi)型及嚴(yán)重程度等信息。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)SF6紅外檢漏成像技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，分析了該技術(shù)在GIS 設(shè)備檢修中的應(yīng)用。結(jié)果表明采用SF6紅外檢漏成像技術(shù)可以有效地發(fā)現(xiàn)GIS 內(nèi)部缺陷，提高設(shè)備檢測(cè)效率和準(zhǔn)確率；同時(shí)也為GIS 設(shè)備故障判斷提供了一種新的手段。但是由于該技術(shù)目前還存在一些局限性，如不能直觀顯示泄漏情況、無(wú)法確定具體位置等問(wèn)題，因此需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。此外，針對(duì)不同類(lèi)型的GIS 設(shè)備，應(yīng)采取相應(yīng)的措施來(lái)保證其安全運(yùn)行。將SF6紅外檢漏成像技術(shù)引入到GIS 設(shè)備檢修領(lǐng)域具有重要意義，能夠大幅提升設(shè)備維護(hù)質(zhì)量和生產(chǎn)效益。