射線成像技術在GIS設備母線導體連接觸頭間隙檢測中的應用

張 杰，孫慶峰，毛永銘，張 進，酈宇青

（1.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315099）

0 引言

GIS（氣體絕緣開關）設備具有運行安全可靠、檢修周期長、維護工作量少、安裝方便、占地面積少且受環(huán)境影響小等優(yōu)點，已廣泛應用于電網中。GIS設備雖然有許多優(yōu)點，但如果發(fā)生故障，后果往往很嚴重，停電范圍要比常規(guī)設備大，經濟損失也比較大，現(xiàn)場檢修過程復雜，且受現(xiàn)場條件限制，修復時間一般很長[1]。GIS設備故障之一是母線導體連接觸頭之間間隙過大，導致觸頭接觸不良引起發(fā)熱，長時間觸頭過熱導致觸頭失去彈性，觸頭電阻變大。發(fā)熱嚴重將導致觸頭金屬物熔化（見圖1），從而形成尖端放電，造成GIS導體對外殼電弧短路而引起事故。

圖1 觸頭間隙過大導致觸頭滑套燒損

GIS母線導體連接觸頭的間隙過大原因主要有2個方面：一是安裝不當，安裝過程中GIS母線導體連接觸頭未合到位，使GIS內部電場分布不均，某些部位處于懸浮電位，導致電場強度局部升高，最終引起事故發(fā)生；二是操作過程中合閘不到位，導致假合或假分，（合閘）分閘不到位導致事故發(fā)生。

由于GIS設備的全封閉性，大部分未配置觀察孔，當GIS設備內部出現(xiàn)觸頭間隙過大時，無法直接觀測，也就無法在事故發(fā)生前提前干預。因此，將射線成像技術引入GIS設備母線導體連接觸頭間隙的檢測具有十分重要意義。

1 數字化射線成像技術

1.1 工作原理

DR（數字平板直接射線成像，Director Digital Panel Radiography）檢測的工作原理是：用射線透照工件，如果工件局部區(qū)域存在缺陷，將改變物體對射線的衰減，引起透射射線強度的變化，這樣，采用一定的檢測方法來檢測射線的強度，就可以判斷工件中是否存在缺陷。工業(yè)用DR技術原理和醫(yī)院、機場用到的拍片、CT（計算機X射線斷層掃描技術）、安檢系統(tǒng)等工作原理一樣。X射線在穿透不同的物體時與物質發(fā)生相互作用，因吸收和散射而強度變化，感光材料接受到該強度變化信號后，經信號處理形成常見的影像（見圖 2）。

圖2 X射線數字成像原理

通常一套完整的檢測系統(tǒng)包括：射線源、DR板（成像板）、圖像顯示系統(tǒng)含圖像處理分析軟件、X光機現(xiàn)場移動支架、移動工作站等[2]。

1.2 DR檢測技術應用于間隙檢測的難點

將DR技術應用于GIS設備母線導體連接觸頭間隙檢測，關鍵是選取合適的透照參數，使得GIS設備內部的母線結構能夠清晰地成像于DR成像板上。若參數選取不當，將出現(xiàn)以下2種可能：一是射線能量過小，無法穿透GIS筒體及母線導體在成像板上成像；二是射線能量過大，導致在成像板上形成白片或成像不清晰。

由于數字化射線成像技術與傳統(tǒng)的射線成像技術原理上差別較大，無法將傳統(tǒng)的射線技術成像參數作為參考，國內外目前也沒有這方面的確切參數供參考，只能靠試驗者自己摸索相應的參數，這是GIS設備母線導體套管間隙檢測的又一個難點。

2 DR檢測技術在間隙檢測中的應用

2.1 測試參數

某220 kV變電站因GIS設備中某段母線處連接脫離，放電灼燒導體，造成正母母差動作。因不便拆除全站GIS檢查，采用DR檢測技術進行GIS設備導體套管間隙的檢測試驗工作。分別對透照電壓、電流、透照時間進行相應改變，反復對成像質量進行了研究分析，從而得出了合適的透照參數。

采用以色列VIDISCO生產的DR成像系統(tǒng)，射線源選用了XRS－3脈沖源及65MF4連續(xù)源。采用XRS－3脈沖源時，脈沖數量設置為99時，檢測效果不佳，遂更換為65MF4連續(xù)源進行檢測。DR板厚13 mm，圖像面積482 cm2，動態(tài)范圍14bit（16384灰度），分辨率3.5線對/mm，DR成像系統(tǒng)在GIS設備上的布置見圖3。

圖3 DR成像系統(tǒng)在GIS設備上的布置

2.2 透照電壓的影響

管電壓決定了X射線的頻率，頻率越高穿透力越強，傳統(tǒng)的射線檢測是根據X射線機的曝光曲線來確定管電壓。

對A－11法蘭波紋管處分別在90，100，110，115 kV等透照電壓下進行拍攝，透照時間1.5 min，采用雙能量接收模式，時間分別設為5 s和1.5 s，拍攝效果見圖 4（a），（b）， （c）， （d）。從實際拍攝效果看，透照電壓在90 kV時成像最清晰，當透照電壓增加時，圖像整體黑度增加，部分區(qū)域圖像湮沒。透照電壓增加到110 kV時，接頭位置未能清晰顯示。

2.3 透照電流和時間的影響

圖4 不同透照電壓的拍攝效果

對B-11法蘭波紋管處采用固定透照電壓80 kV，透照電流為1.5，3 mA進行透照，透照時間2 min，雙能量接收，接收時間分別為5 s和1.5 s，拍攝效果見圖5。由圖像可見電流為1.5 mA時黑度小，3 mA時可以清楚看到導體連接的情況。

圖5 不同透照電流的拍攝效果

對B-11法蘭波紋管處采用改變透照時間的方法進行透照，透照電流為1.5 mA，透照時間分別為1.5 min和3 min，拍攝效果見圖6，可以看出隨著透照時間的延長，照片接收的能量增大，黑度加大。

通過對多種參數下的對比試驗研究，透照電壓選取80～90 kV，電流選取 1.5～2 mA，透照時間選取1.5～2 min，可以取得效果較好的圖像，清晰看出觸頭結合情況是否良好。

最終，通過傳統(tǒng)射線拍片和DR檢測，發(fā)現(xiàn)3處法蘭觸頭接觸不良，對照片上顯示結合不良的部位拆開測量，觸頭間隙最大已達10 mm（見圖7），遠超過規(guī)定允許的4 mm限值。

圖6 不同拍攝時間下拍攝效果

圖7 實際觸頭的間隙距離

3 結論

通過試驗研究，可以得出以下結論：

（1）DR檢測技術可以快速有效地檢測出GIS母線導體連接觸頭的間隙水平。

（2）DR檢測技術在GIS母線導體連接觸頭的檢測中應采用合適參數，以獲得最佳圖像信息。

[1]李大勇.GIS設備故障原因分析及對策[J].中國科技信息，2011（6）：98.

[2]閆斌，何喜梅.X射線數字成像檢測系統(tǒng)在GIS設備中的應用[J].高壓電器，2010（11）：90