SF6電氣設(shè)備紅外輻射檢漏技術(shù)的應(yīng)用

劉 楊，陳昱同，郭 麗

（1.國(guó)網(wǎng)臨汾電力高級(jí)技工學(xué)校，山西 臨汾 041000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；3.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治 046011）

SF6電氣設(shè)備紅外輻射檢漏技術(shù)的應(yīng)用

劉 楊1，陳昱同2，郭 麗3

（1.國(guó)網(wǎng)臨汾電力高級(jí)技工學(xué)校，山西 臨汾 041000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；3.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治 046011）

闡述了S F6氣體泄漏成為影響設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要因素，與傳統(tǒng)的S F6檢漏方法相比，紅外檢漏技術(shù)具有非接觸、遠(yuǎn)距離、定位準(zhǔn)確、無(wú)需停電等優(yōu)點(diǎn)。指出紅外輻射檢漏是紅外檢漏技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)稍晚的一種檢漏方法，相比激光檢漏（紅外吸收檢漏），它具有靈敏度高、安全性高、檢測(cè)范圍廣、更加便攜等優(yōu)勢(shì)。

S F6電氣設(shè)備；紅外輻射檢漏；紅外吸收檢漏；帶電測(cè)試；狀態(tài)檢修

0 引言

SF6被廣泛用作變壓器、斷路器、GIS、電流互感器、電壓互感器等電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)。然而，氣體泄漏是SF6電氣設(shè)備主要故障之一，因此，如何能快速地找到泄漏點(diǎn)對(duì)設(shè)備故障的處理至關(guān)重要。

SF6氣體檢漏方法按檢測(cè)功能可分為定性檢漏和定量檢漏；按檢漏條件可分為停電檢漏和帶電檢漏；按檢測(cè)形式可分為接觸式檢漏和非接觸式檢漏等。隨著紅外光譜成像分析技術(shù)的發(fā)展，紅外檢漏技術(shù)領(lǐng)域中的紅外輻射檢漏技術(shù)以其不停電、非接觸、遠(yuǎn)距離、靈敏度高和方便快捷等優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)場(chǎng)查找泄漏點(diǎn)的新方法，被廣大用戶所接受。本文從SF6氣體泄漏的危害、檢漏方法對(duì)比和紅外輻射檢漏技術(shù)的原理及應(yīng)用幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

1 SF6氣體泄漏的原因和危害

Q/GDW 168—2008《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，SF6電氣設(shè)備中每個(gè)氣室的年漏氣率要求小于1%。

從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，設(shè)備氣體泄漏主要發(fā)生在氣室的接頭、閥門(mén)、表計(jì)、法蘭面接口及焊縫砂眼等處，造成漏氣的主要原因有設(shè)計(jì)不合理、材料質(zhì)量問(wèn)題、接頭或法蘭緊固力矩不夠、熱脹冷縮、密封件老化、密封面劃傷或夾渣、制造缺陷和安裝缺陷等[1，2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年設(shè)備泄漏比例占設(shè)備量的2%~4%左右。隨著設(shè)備的老化，泄漏的情況會(huì)不斷增加。

作為電氣設(shè)備的主要絕緣介質(zhì)，SF6一旦泄漏，將會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)行，降低其可靠性，還會(huì)給人員和環(huán)境帶來(lái)安全隱患[3]。

a）SF6氣體泄漏使設(shè)備內(nèi)部壓力下降，從而導(dǎo)致絕緣性能和滅弧性能下降；大氣中的水分也會(huì)通過(guò)泄漏點(diǎn)向設(shè)備內(nèi)部滲透，降低設(shè)備的絕緣水平。

b）泄漏的SF6氣體及其分解物會(huì)積聚在室內(nèi)下部空間，且不易散發(fā)，造成局部缺氧和帶毒，會(huì)威脅到進(jìn)入室內(nèi)的檢修及巡視人員的身體健康。

c）SF6是一種溫室氣體，其溫室效應(yīng)是CO2的23 900倍[4]，排入大氣中，會(huì)加劇溫室效應(yīng)。

d）SF6氣體價(jià)格昂貴，頻繁補(bǔ)氣會(huì)增加設(shè)備維護(hù)成本。

2 SF6氣體檢漏現(xiàn)狀

SF6電氣設(shè)備傳統(tǒng)且經(jīng)典的檢漏方法可主要?dú)w納為下面的兩大類。

a）定性檢漏：包括抽真空法、定性檢漏儀探測(cè)法、肥皂泡法、密度繼電器報(bào)警法。

b）定量檢漏：包括局部包扎法、掛瓶法、壓降法和扣罩法等。

從電氣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，定量檢漏一般采用包扎加定量檢漏儀法，因包扎體積只能估算，且檢漏過(guò)程繁復(fù)，所以現(xiàn)場(chǎng)很少采用。

實(shí)際生產(chǎn)中用的最多的是定性檢漏。通常運(yùn)行和檢修人員先根據(jù)SF6電氣設(shè)備密度與繼電器漏氣報(bào)警確定漏氣設(shè)備，再利用定性檢漏儀查找漏氣的大致位置，最后在疑似漏氣部位涂抹肥皂水來(lái)確定漏氣的具體部位。這種傳統(tǒng)的組合定性檢漏法雖簡(jiǎn)單易行，但局限性也不可忽視。對(duì)距離不滿足安全要求的設(shè)備需停電檢漏；定性檢漏儀需多次反復(fù)檢測(cè)，容易受風(fēng)力影響；泡沫法工作量較大，容易誤判，如果在冬天氣溫很低時(shí)，泡沫就失去了效果。

隨著狀態(tài)檢修的開(kāi)展，帶電檢測(cè)對(duì)檢漏提出了更高的要求，目前國(guó)內(nèi)外常用的SF6檢漏帶電檢測(cè)技術(shù)主要有紫外線電離型、高頻振蕩無(wú)極電離型、電子捕獲型、鉑絲熱電子發(fā)射型及負(fù)電暈放電型。近幾年發(fā)展起來(lái)的還有光聲光譜檢測(cè)技術(shù)[5，6]、超聲波檢漏技術(shù)和激光檢漏技術(shù)[7，8]。激光檢漏技術(shù)因其非接觸、遠(yuǎn)距離和無(wú)需停電等特點(diǎn)，得到較多的應(yīng)用，但該檢漏儀存在體積笨重、需要反射背景、存在檢測(cè)死角等缺陷。SF6紅外輻射檢漏技術(shù)有效的彌補(bǔ)了以上缺陷，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

3 紅外檢漏技術(shù)

3.1 紅外檢漏原理

SF6氣體紅外檢漏技術(shù)是基于紅外光譜成像分析技術(shù)發(fā)展而成的新興技術(shù)。紅外光譜成像分析技術(shù)是指以分子光譜學(xué)作為理論基礎(chǔ)，以紅外熱成像技術(shù)作為工具，分析、鑒別及檢測(cè)特定的（如有害、特殊）氣體，并能以直接觀察可視圖像的方式，確定其位置的技術(shù)[9]。它是紅外光譜分析理論與紅外成像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

紅外光譜分析理論認(rèn)為，不同的物質(zhì)具有不同的特征紅外光譜，物質(zhì)能最大程度地輻射和吸收對(duì)應(yīng)特征頻率下的紅外光。這成為區(qū)分或鑒別某一種物質(zhì)的重要依據(jù)。SF6氣體在以10.56μm為中心的紅外吸收帶內(nèi)對(duì)紅外線的吸收和輻射能力最強(qiáng)，如圖1所示。于是，結(jié)合紅外成像技術(shù)，在SF6氣體紅外檢漏領(lǐng)域出現(xiàn)了兩個(gè)分支，即紅外吸收檢漏技術(shù)和紅外輻射檢漏技術(shù)[10]。

圖1 SF6氣體的紅外吸收波段

紅外吸收檢漏技術(shù)源于氣體背向散射吸收成像系統(tǒng)，指紅外激光源主動(dòng)向泄漏源打出長(zhǎng)波紅外線，SF6氣體對(duì)長(zhǎng)波紅外線有很強(qiáng)吸收能力，此時(shí)通過(guò)背景反射到檢測(cè)設(shè)備的紅外線就會(huì)急劇減弱，在成像上會(huì)出現(xiàn)黑色煙霧狀氣體團(tuán)，從而確定泄漏點(diǎn)的位置。SF6激光檢漏儀就屬于這一類，這種技術(shù)需要一定背景作為反射面，且檢漏儀體積大、質(zhì)量重，對(duì)其應(yīng)用推廣形成一定的局限性。

紅外輻射檢漏技術(shù)充分利用SF6氣體在10~11μm波段輻射強(qiáng)的特性，采用與該波段匹配的高靈敏度、高性能紅外探測(cè)器及先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，被動(dòng)感應(yīng)10~11μm波段紅外線，使得SF6氣體在紅外成像儀上變得清晰可見(jiàn)，從而實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的查找和定位功能，成像原理如圖2所示。

圖2 紅外輻射檢漏技術(shù)工作原理

3.2 紅外輻射檢漏儀特點(diǎn)

具有靈敏度高、檢測(cè)范圍廣、更加便攜、使用安全等特點(diǎn)，得到更廣泛的認(rèn)可。

a）非接觸、遠(yuǎn)距離檢測(cè)。檢漏儀可在距離運(yùn)行設(shè)備約15m以內(nèi)準(zhǔn)確成像，不用接觸被檢設(shè)備，使檢測(cè)人員更安全；無(wú)需停電，可大大減少檢漏時(shí)間；既可用于帶電巡視，也可停電檢修時(shí)查找泄漏點(diǎn)，為狀態(tài)檢修的實(shí)行提供了有力條件。

b）靈敏度高，成像清晰。溫度靈敏度可達(dá)到0.025℃，氣體探測(cè)靈敏度可達(dá)到0.001m l/s，更容易分辨微小溫差的SF6氣體流；具有可調(diào)靈敏度的便捷功能，能在風(fēng)速較大時(shí)檢測(cè)到泄漏點(diǎn)。

c）檢測(cè)范圍廣。不需要特定的反射背景，可用于檢測(cè)以天空為背景的高空設(shè)備，也可用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜、GIS等空間較小的設(shè)備。

d）操作簡(jiǎn)單，使用方便。檢漏儀重量輕，便于移動(dòng)，可減輕工作人員的工作量。

紅外輻射檢漏儀的優(yōu)良特性，使其應(yīng)用更加快捷、安全、高效，但儀器價(jià)格較貴，不易大量普及。

3.3 紅外輻射檢漏應(yīng)用實(shí)例

某220 kV GIS變電站，運(yùn)行人員在巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)，某220 kV進(jìn)線279間隔的279南隔離開(kāi)關(guān)C相氣室壓力偏低，就快接近報(bào)警壓力0.45 MPa。2012年3月，試驗(yàn)人員利用FLIRGF306紅外輻射檢漏儀對(duì)該氣室罐體和各接口部位進(jìn)行檢漏，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的掃描，發(fā)現(xiàn)在279南接地開(kāi)關(guān)C相絕緣盆邊緣有黑色氣體飄動(dòng)，由于SF6氣體在10~11μm波段輻射較空氣強(qiáng)，所以黑色煙霧即為SF6氣體，至于氣體和后面的設(shè)備顏色，可由儀器調(diào)節(jié)，進(jìn)行反差顯示。

2012年4月，對(duì)279南接地開(kāi)關(guān)泄漏問(wèn)題進(jìn)行停電處理。檢修人員拆下該絕緣盆時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣盆有一裂縫，這是引起SF6氣體泄漏的主要原因。

4 紅外檢漏技術(shù)的應(yīng)用展望

SF6氣體紅外檢漏技術(shù)由紅外吸收成像技術(shù)向紅外輻射成像技術(shù)轉(zhuǎn)變，說(shuō)明該技術(shù)發(fā)展迅速，有廣闊的市場(chǎng)空間。隨著SF6電氣設(shè)備越來(lái)越廣泛的應(yīng)用和狀態(tài)檢修的不斷深入實(shí)施，紅外輻射檢漏儀因其輕便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，必然被廣泛普及。

目前的紅外輻射檢漏儀多為國(guó)外產(chǎn)品，雖然性能好，但價(jià)格昂貴，所以研發(fā)性能先進(jìn)、價(jià)格低廉的國(guó)產(chǎn)設(shè)備是國(guó)內(nèi)同類企業(yè)的重要任務(wù)。

高靈敏度和高分辨率為SF6氣體電氣設(shè)備的在線全天候檢漏提供了技術(shù)條件，相信不久后將出現(xiàn)類似的在線檢漏裝置。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著紅外光譜成像分析技術(shù)的發(fā)展和狀態(tài)檢修的技術(shù)要求，傳統(tǒng)的SF6氣體檢漏技術(shù)正逐漸被紅外檢漏技術(shù)所取代。而紅外檢漏技術(shù)又可分為紅外吸收檢漏和紅外輻射檢漏，紅外輻射檢漏儀因其靈敏度高、檢測(cè)范圍廣、更加安全、更便攜等特點(diǎn)，比紅外吸收檢漏有更廣泛的應(yīng)用空間。

各供電企業(yè)在配備了SF6氣體紅外輻射檢漏儀后，用其進(jìn)行例行巡視和故障檢查，實(shí)踐證明了其檢漏的實(shí)用性、高效性和安全性，為狀態(tài)檢修的開(kāi)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

［1］ 姚唯建.SF6開(kāi)關(guān)設(shè)備檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及建議［J］.電力電氣，2009（13）：6-8．

［2］ 佟智勇，甄利，張遠(yuǎn)超.SF6開(kāi)關(guān)設(shè)備檢漏及漏點(diǎn)處理現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐［J］.高壓電器，2010（5）：92-94．

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［7］ 田勇，閻春生，孫立時(shí).利用激光成像技術(shù)定位檢測(cè)SF6設(shè)備氣體泄漏［J］.東北電力技術(shù)，2005（12）：35-37.

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［9］ 王樹(shù)鐸.紅外光譜成像分析技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)儀器儀表，2010（增刊）：165-168.

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App lication of Infrared Radiation Leakage Detection Technology of SF6ElectricalEquipment

LIU Yang1，CHEN Yu-tong2，GUO Li3
（1.State Grid Linfen Electric Power Senior Technical School，Linfen，Shanxi 041000，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China；3.State Grid Changzhi Power Supply Company，Changzhi，Shanxi 046011，China）

SF6electricalequipmenthas an extensive application in electric power system，while the SF6gas leakage becomes a key factor influencing its safe operation.Compared with the traditionalmethods of leakage detection，infrared leakage detection technology is advantageous in the aspectsasnon-contact，remote-operated,locating accurately，and free of power cut，etc.Compared with laser light leakage detection technology（infrared absorption leakage detection technology），infrared radiation leakage detection technology is a new technique,and ithasadvantagessuch ashighersensitivity,safer,extensive detection range,andmore portableetc.

SF6electrical equipment；infrared radiation leakage detection technology；infrared absorption leakage detection technology；live testing；condition-basedmaintenance

TM855+.1

B

1671-0320（2014）01-0039-03

2013-10-25，

2013-11-19

劉 楊（1984-），女，山西太原人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，講師，從事電氣試驗(yàn)教學(xué)和研究工作；

陳昱同（1983-），男，山西大同人，2008年畢業(yè)于華北電力大學(xué)高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，碩士，工程師，從事電氣試驗(yàn)工作；

郭 麗（1984-），女，山西大同人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，從事電氣試驗(yàn)工作。