紅外成像技術(shù)在高壓變電站SF6設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用

長(zhǎng)治供電公司 齊振忠 李建忠 寧晉峰 王曉慧 崔辰晨

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紅外成像技術(shù)在高壓變電站SF6設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用

長(zhǎng)治供電公司 齊振忠 李建忠 寧晉峰 王曉慧 崔辰晨

【摘要】將紅外成像撿漏技術(shù)應(yīng)用于在高壓變電站SF6設(shè)備的檢修中，可以更加安全、快捷、高效發(fā)現(xiàn)消除設(shè)備缺陷，保證SF6斷路器正常運(yùn)行狀態(tài)。本文首先對(duì)紅外成像檢漏技術(shù)的現(xiàn)狀和原理進(jìn)行了介紹和分析；同時(shí)，進(jìn)一步通過(guò)實(shí)例證實(shí)，在不停電的情況下，紅外成像檢漏技術(shù)可安全高效地確定SF6設(shè)備的泄漏點(diǎn)，提高現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)檢修的效率。

【關(guān)鍵詞】SF6設(shè)備；紅外成像技術(shù)；檢修

1　引言

隨著輸變電技術(shù)的不斷發(fā)展，具有理想絕緣和滅弧介質(zhì)的六氟化硫（SF6）氣體已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高壓變電站中的等級(jí)斷路器和組合電器（GIS）等電氣設(shè)備中。

目前，設(shè)備中的SF6氣體泄漏問(wèn)題也時(shí)常在發(fā)生；特別是高壓電氣設(shè)備的SF6氣體泄漏屬于設(shè)備的嚴(yán)重缺陷，特別當(dāng)此類(lèi)缺陷發(fā)生在斷路器、GIS和HGIS等設(shè)備時(shí)，不但會(huì)使設(shè)備的絕緣性能降低，更嚴(yán)重的是使滅弧室的滅弧性能降低，從而危及設(shè)備的安全運(yùn)行，如不及時(shí)處理將造成十分嚴(yán)重的后果[1]。然而，SF6氣體無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的特殊物理特征增加了設(shè)備在檢測(cè)過(guò)程中的難度[2]。如何高效、精準(zhǔn)地開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢測(cè)工作，為狀態(tài)檢修提供可靠的依據(jù)將是未來(lái)工作的重點(diǎn)。

SF6電氣設(shè)備要保持良好的滅弧和絕緣性能， 必須使內(nèi)部的SF6氣體保持一定密度值，而SF6氣體的密度與壓力曲線(xiàn)關(guān)系是正比例函數(shù)關(guān)系[3]。如果電氣設(shè)備密封性受到破壞，SF6氣體泄露會(huì)產(chǎn)生多方面的危害[4]，如表1所示。

表1　SF6氣體泄露產(chǎn)生的危害

隨著輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修的深入推廣，整體密封性作為SF6電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)估中的一項(xiàng)內(nèi)容，直接影響著電氣設(shè)備檢修計(jì)劃的制定和執(zhí)行。為維護(hù)SF6電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就需要對(duì)其密封性能進(jìn)行嚴(yán)格、有效和準(zhǔn)確的檢漏檢測(cè)，又可以對(duì)漏氣缺陷準(zhǔn)確定位，及時(shí)處理，消除危害。因此，SF6檢漏技術(shù)安全、精度高、快捷高效顯得尤為重要。

2　SF6檢漏技術(shù)現(xiàn)狀

2.1SF6傳統(tǒng)檢漏方法

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(lèi)。

（1）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。

（2）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)和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用來(lái)看，定量檢漏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；定性檢漏因受溫度、風(fēng)力等環(huán)境因素的限制，應(yīng)用也有很大的局限性。它們共同特點(diǎn)是都屬于接觸類(lèi)檢測(cè)法，設(shè)備不停電時(shí)存在很大的安全隱患。

2.2帶電檢測(cè)技術(shù)

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(xiàn)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)、超聲波檢漏技術(shù)和激光檢漏技術(shù)。激光成像檢漏技術(shù)主要是利用反射理論及紅外吸收理論。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，存在檢測(cè)死角，對(duì)其應(yīng)用推廣形成一定的局限性[5]。SF6紅外檢漏技術(shù)有效的彌補(bǔ)了以上缺陷，廣泛的應(yīng)用帶電檢測(cè)技術(shù)中。

3　SF6紅外成像檢漏技術(shù)

3.1SF6紅外成像檢漏技術(shù)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)[6]。

SF6氣體作為目前最穩(wěn)定的絕緣氣體，與空氣相比，其紅外吸收特性極強(qiáng)。SF6氣體吸收性最強(qiáng)的波段在10.6μm附近。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(xiàn)，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，如圖1所示。

3.2SF6紅外成像檢漏儀特點(diǎn)

較之傳統(tǒng)檢測(cè)手段，如皂水查漏、手持檢漏儀，以及SF6激光成像儀，SF6紅外成像檢漏儀具有帶電、實(shí)時(shí)、非接觸檢測(cè)；靈敏度高，成像清晰；檢測(cè)范圍廣；操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但儀器價(jià)格較貴，不易大量普及。

圖1　SF6紅外成像檢漏儀原理圖

4　應(yīng)用案例

4.1應(yīng)用案例1

長(zhǎng)治某110kV變電站，某110kV出線(xiàn)193斷路器氣體壓力低報(bào)警，當(dāng)時(shí)氣壓為0.57MPa，低于額定氣壓0.60MPa,檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)后采用傳統(tǒng)的手持式SF6檢漏儀對(duì)斷路器進(jìn)行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的漏氣部位；采用激光成像檢漏儀，因SF6斷路器結(jié)構(gòu)原因，使得檢測(cè)存在死角，也未發(fā)現(xiàn)明顯的漏氣部位；采用FLIR GF306型紅外檢漏儀到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精確檢測(cè)，檢漏時(shí)未受到斷路器結(jié)構(gòu)的限制，如圖2所示，紅外檢漏儀所對(duì)的位置為漏氣的位置，發(fā)現(xiàn)該斷路器B相氣管與極柱連接處存在較嚴(yán)重的漏氣現(xiàn)象，并對(duì)其漏氣部位進(jìn)行了精確定位，如圖3所示。

圖2　紅外檢漏儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

圖3　193斷路器漏氣處紅外成像截圖

檢修人員對(duì)該斷路器B相氣管與極柱連接處進(jìn)行了解體檢查，如圖4、圖5所示，發(fā)現(xiàn)逆止閥與對(duì)接頭連接螺母內(nèi)的O型密封膠圈有壓擠現(xiàn)象，取下O型密封圈發(fā)現(xiàn)其存在嚴(yán)重的老化變形現(xiàn)象，并且膠圈本身由于壓擠產(chǎn)生了多處裂痕，如圖6所示。漏氣正是由于O型密封膠圈存在變形及多處裂痕導(dǎo)致的密封不嚴(yán)所致，檢修人員對(duì)密封膠圈進(jìn)行了更換，處理完成后，對(duì)斷路器重新進(jìn)行了全面的紅外檢漏檢查，未發(fā)現(xiàn)其存在其他漏氣部位，缺陷消除送電后，進(jìn)行了兩次跟蹤復(fù)測(cè)，至今該斷路器未再發(fā)生類(lèi)似缺陷。

圖4　逆止閥與導(dǎo)氣管連接螺母

圖5　極柱下逆止閥

圖6　受損的O型密封圈

4.2應(yīng)用案例2

長(zhǎng)治某110kV變電站，運(yùn)行人員在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)某110kV進(jìn)線(xiàn)141斷路器氣壓為0.47MPa，明顯低于額定氣壓0.50MPa，該斷路器三相極柱連接導(dǎo)氣管，位于斷路器極柱底座外沿，如圖7所示，受風(fēng)、環(huán)境等因素影響，以及無(wú)法選擇合適背景，激光檢漏成像儀無(wú)法測(cè)量漏氣部位；利用FLIR GF306型紅外檢漏儀進(jìn)行了精確檢測(cè)，如圖8所示，可以看到漏氣部位，雖然漏氣量非常小，并對(duì)漏氣部位進(jìn)行了精確定位。經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)該焊縫處有直徑越1mm的砂眼，如圖9所示，導(dǎo)致漏氣發(fā)生。

圖7　斷路器極柱連接氣管

圖8　141斷路器漏氣處紅外成像截圖

圖9　漏氣砂眼位置

5　結(jié)語(yǔ)

較之傳統(tǒng)檢測(cè)手段和激光成像檢漏儀，SF6紅外成像檢漏儀輕巧方便、漏點(diǎn)定位精確、靈敏度高、檢測(cè)無(wú)死角等優(yōu)點(diǎn)更加突出。2011年至今，山西長(zhǎng)治供電公司利用紅外成像檢漏儀成功定位、處理SF6電氣設(shè)備漏氣缺陷13處，除了上述2例SF6斷路器漏氣缺陷，其余11例為組合電器（GIS）漏氣缺陷，在SF6電氣設(shè)備狀態(tài)檢修過(guò)程發(fā)揮了積極的作用，確保了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保了運(yùn)行人員的人身安全，降低了運(yùn)行維護(hù)成本，提高了供電可靠性。

同時(shí)，通過(guò)以上案例處理分析，以后我們的工作中應(yīng)做到以下兩方面進(jìn)行防范：

（1）為防止斷路器設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生類(lèi)似故障，應(yīng)對(duì)斷路器實(shí)行全過(guò)程管理，設(shè)計(jì)制造階段，優(yōu)先選擇具有成熟制造經(jīng)驗(yàn)、并在電網(wǎng)內(nèi)有多年成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的斷路器廠家。在安裝調(diào)試階段，選取資質(zhì)齊全的安裝單位，安裝時(shí)避免惡劣天氣環(huán)境，并做好安裝記錄備查。交接時(shí)對(duì)重要的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行復(fù)查，不合格者不準(zhǔn)投運(yùn)，保證設(shè)備零隱患投運(yùn)。

（2）建立和健全專(zhuān)業(yè)管理體系，加強(qiáng)對(duì)斷路器設(shè)備的技術(shù)管理工作，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行和檢修人員的技術(shù)培訓(xùn)工作，使之熟悉掌握所管轄范圍內(nèi)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的性能和檢修的技術(shù)要求；加強(qiáng)新型試驗(yàn)手段的應(yīng)用，對(duì)出現(xiàn)氣壓降低的設(shè)備采用紅外檢漏技術(shù)仔細(xì)排查所有可能漏氣的部位，一旦發(fā)現(xiàn)漏氣缺陷，盡快進(jìn)行消缺處理。

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齊振忠（1984—），男，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事電氣試驗(yàn)與狀態(tài)檢修工作。

李建忠（1981—），男，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事絕緣監(jiān)督工作。

寧晉峰（1970—），男，大學(xué)專(zhuān)科，現(xiàn)任長(zhǎng)治供電公司變電檢修室副主管，主管一次設(shè)備檢修、安全培訓(xùn)。

王曉慧（1986—），女，山西長(zhǎng)治人，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事電氣試驗(yàn)工作。

崔辰晨（1987—），女，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事電氣試驗(yàn)工作。

作者簡(jiǎn)介：