DR 成像技術(shù)在電網(wǎng)設(shè)備檢測中的應(yīng)用

王中亞，王亦民

（安徽省電力科學(xué)研究院，合肥 230601）

電網(wǎng)設(shè)備一旦出現(xiàn)設(shè)備失效問題，即會嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過失效分析研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)備中存在的制造缺陷是造成失效的主要原因，在外在因素作用下有缺陷的設(shè)備易發(fā)生失效破壞。電網(wǎng)設(shè)備的事故頻發(fā)使得其檢測變得愈加重要，如何快速有效地檢測和評價設(shè)備缺陷成了電網(wǎng)設(shè)備檢測工作的重中之重。

數(shù)字化X 射線實時成像技術(shù)（簡稱DR 技術(shù)）是近年來發(fā)展起來的一種新型射線無損檢測技術(shù)。李衍［1－2］闡述了DR 技術(shù)的基本特點和方法要點，展示了其工業(yè)應(yīng)用前景。國內(nèi)無損檢測工作者對DR技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行了積極探索［3－4］。DR技術(shù)實時成像的檢測速度快、便攜性強(qiáng)的特性非常符合電網(wǎng)設(shè)備的檢測工作特點，因而被應(yīng)用到電網(wǎng)設(shè)備的質(zhì)量監(jiān)督與檢測工作中。筆者主要介紹DR技術(shù)在電網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量檢測工作中的應(yīng)用情況，并就其應(yīng)用優(yōu)勢作了一些探討。

1 DR技術(shù)原理及系統(tǒng)

DR 技術(shù)是直接將X 射線通過數(shù)字成像板轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像的先進(jìn)檢測技術(shù)。其技術(shù)原理是，射線穿過被檢測物體后攜帶了物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)厚度組成信息，在經(jīng)過成像板后，將會把X 光信號轉(zhuǎn)換為可見光，并利用非晶硅陣列的電子接收單元把可見光轉(zhuǎn)換成電信號加以記錄，轉(zhuǎn)換裝置輸出的信號大小和射入其中的射線強(qiáng)度成正向關(guān)系。隨后數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的信號進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換和一定的預(yù)處理并輸入計算機(jī)進(jìn)行存儲和后處理。DR 的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)X 射線檢測技術(shù)的觀念，實現(xiàn)了模擬X 射線圖像向數(shù)字化X 射線圖像的轉(zhuǎn)換。

DR 實時成像系統(tǒng)一般由X 射線源、數(shù)字成像板、信號放大和數(shù)據(jù)采集處理單元、計算機(jī)圖像處理存儲傳輸系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)構(gòu)成，圖1為以色列維迪思科V－FR 便攜式非晶硅平板X 射線數(shù)字化檢測系統(tǒng)。

圖1 V－FR便攜式非晶硅平板X 射線數(shù)字化檢測系統(tǒng)

2 DR技術(shù)特點分析

2.1 檢測效率

使用傳統(tǒng)膠片進(jìn)行檢測時需要經(jīng)過膠片曝光，暗室沖洗、顯影、定影等處理過程，檢測時間非常長，通常需要2～3h。DR 技術(shù)的成像速度取決于成像板的形狀、大小、射線曝光時間和后處理程序的運(yùn)算速度，使用DR 系統(tǒng)進(jìn)行射線成像僅需要幾秒鐘，而且不需要沖洗、顯影、定影等過程，整個過程僅需數(shù)分鐘，使用非常方便。

傳統(tǒng)射線檢測得到的是一定黑度范圍的底片，一旦檢測參數(shù)選擇不當(dāng)，就不能得到合格的底片，重新檢測受各方面因素所限，而且費時費力。DR 檢測可實時調(diào)節(jié)脈沖數(shù)來達(dá)到指定黑度，而且DR 系統(tǒng)具有很強(qiáng)大的圖像后處理功能，很容易現(xiàn)場實時得到合格的電子底片，保證了缺陷檢出率，提高了檢測效率。

2.2 檢測靈敏度

檢測靈敏度由底片成像質(zhì)量決定，即由底片的動態(tài)范圍決定。動態(tài)范圍是指膠片、相紙和CCD 芯片等所能記錄的最大調(diào)影范圍，是所成圖像最亮點和最暗點的強(qiáng)度之比，反映了一個成像系統(tǒng)在一次成像過程中對信號強(qiáng)度變化量的檢測性能。

對于膠片成像技術(shù)，當(dāng)確定了膠片質(zhì)量、透照布置和透照參數(shù)后，其動態(tài)范圍基本就可以確定，其中膠片質(zhì)量決定了膠片成像的最大動態(tài)范圍。對于顆粒度小且顆粒分布均勻的質(zhì)量。比較好的膠片，成像的動態(tài)范圍（即成像的寬容度）可以達(dá)到2 000以上，但是在實際使用和操作過程中由于受到各種具體條件的限制一般難以達(dá)到膠片的極限動態(tài)范圍。而DR 探測器和圖像采集卡的響應(yīng)靈敏度高，飽和信號值也很大，其動態(tài)范圍可達(dá)3 500 以上，因此DR 技術(shù)具有很高的檢測靈敏度。

2.3 檢測成本

膠片成像技術(shù)在檢測過程中要使用大量的膠片，這些膠片需要用化學(xué)試劑進(jìn)行顯影定影，測評后的膠片需要花費一定的財力物力來保存，加大了設(shè)備材料成本，同時對環(huán)境也造成了一定程度的污染。DR 技術(shù)無需膠片，所有的檢測數(shù)據(jù)均可通過電腦來完成檢測數(shù)據(jù)庫管理，檢測數(shù)據(jù)可以終身保存，檢測結(jié)果易于管理，方便查詢，降低了檢測成本。

2.4 輻射防護(hù)

對于常規(guī)膠片成像技術(shù)，曝光時間較長，現(xiàn)場X射線輻射量非常大，而DR 技術(shù)可以采用脈沖式射線源進(jìn)行檢測，檢測時間短，輻射量非常小，檢測人員站在射線源后3米即可實現(xiàn)距離防護(hù)，降低了現(xiàn)場工作難度。

電網(wǎng)設(shè)備金屬監(jiān)督工作的特點是停電時間短，工期緊張，工作量大，人員流動性大，而DR 檢測系統(tǒng)便攜性強(qiáng)，不對檢測現(xiàn)場造成污染，非常適用于電網(wǎng)設(shè)備的檢測。

3 DR技術(shù)在電網(wǎng)設(shè)備檢測中的應(yīng)用

3.1 電力金具檢測

電力金具是連接和組合電力系統(tǒng)中的各類裝置，是起到傳遞機(jī)械負(fù)荷、電氣負(fù)荷及某種防護(hù)作用的金屬附件。電力金具主要存在鑄造缺陷和焊接缺陷，運(yùn)行中若出現(xiàn)過熱、應(yīng)力集中現(xiàn)象將會導(dǎo)致金具失效，圖2為采用DR 系統(tǒng)檢測的各類金具缺陷。

電力金具多采用鑄鋁或鋁合金材料，經(jīng)試驗證實，DR 的檢測靈敏度可達(dá)φ0.8mm?？紤]到實際檢測條件可能較差的因素，可將鑄造鋁或鋁合金的DR 最小檢測靈敏度定為φ1mm，即對于當(dāng)量大于φ1mm 孔的缺陷可以保證檢出，此靈敏度以下的缺陷并不會影響金具的使用要求。DR 技術(shù)檢測速度快、便攜性強(qiáng)，契合電力金具種類繁多、量大的特點，因而行之有效。

3.2 水泥桿塔檢測

近年來，變電站、輸電線路水泥桿塔斷裂事故頻頻發(fā)生，主要原因是桿塔連接鋼圈的對接焊縫質(zhì)量不良致使強(qiáng)度降低，遇到惡劣天氣等因素易發(fā)生斷裂。圖3為采用DR 技術(shù)檢測出的水泥桿塔連接鋼圈的焊接缺陷。

水泥桿塔鋼圈焊接缺陷主要是未焊透、夾渣和氣孔，DR 技術(shù)完全可以滿足檢測要求。焊縫質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)參照GB／T 3323－2005《金屬熔化焊焊接接頭射線照相》。另外，由于桿塔檢測部位一般位于半空，DR 技術(shù)可以比較方便地進(jìn)行檢測，這也是DR 技術(shù)相較于其他檢測方法的優(yōu)勢所在。水泥桿塔焊接缺陷的普遍存在暴露了焊接工藝不良、焊接人員技術(shù)水平低下的問題，需要加強(qiáng)加工制造過程監(jiān)管。

3.3 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）檢測

GIS設(shè)備以封閉性好、占地小、受環(huán)境影響小等優(yōu)點在全國得到了廣泛應(yīng)用。由于設(shè)備本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部又充有SF6氣體，使得查找故障點困難，檢測難度很大。采用DR 技術(shù)可以很好地觀察GIS設(shè)備的內(nèi)部狀況（圖4），實現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化診斷，將缺陷消除在萌芽狀態(tài)，確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。

圖4 GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測示例

3.4 電力線纜檢測

近年來，惡劣天氣的頻現(xiàn)對電力線纜的力學(xué)性能提出了更高的要求。DR 技術(shù)可以較好地對線纜的內(nèi)部缺陷進(jìn)行診斷，防止運(yùn)行過程中線纜拉斷事故的發(fā)生（圖5）。

圖5 線纜DR 檢測示例

4 結(jié)語

分析了DR 檢測技術(shù)特點，總結(jié)了DR 技術(shù)在電網(wǎng)設(shè)備檢測中的現(xiàn)場應(yīng)用情況。DR 技術(shù)檢測效率高，檢測靈敏度高，便攜性強(qiáng)，具有很強(qiáng)的靈活性和適用性，對實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的可視化診斷有重大意義，可在以后的電網(wǎng)設(shè)備檢測中推廣應(yīng)用。

［1］ 李衍.數(shù)字射線照相法現(xiàn)狀評述［J］.無損檢測，2006，28（4）：198－202.

［2］ 李衍.工業(yè)DR 技術(shù)的新動向［J］.無損探傷，2006，30（6）：1－4.

［3］ 李少云，王小伍，高建忠.DR 實時成像技術(shù)在雙面埋弧焊管焊縫檢測中的應(yīng)用［J］.焊管，2010，33（2）：17－20.

［4］ 陳光，丁克勤，梁麗紅.便攜式DR 與CR 成像技術(shù)在焊縫檢測中的應(yīng)用［J］.無損檢測，2009，31（6）：494－496.