一種聯(lián)合檢測(cè)方法在SF6微量泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用

歐陽(yáng)進(jìn)，黃陽(yáng)崗，胡海寧，王 偉，蒯 強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)湖南電力公司長(zhǎng)沙供電公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

一種聯(lián)合檢測(cè)方法在SF6微量泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用

歐陽(yáng)進(jìn)，黃陽(yáng)崗，胡海寧，王 偉，蒯 強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)湖南電力公司長(zhǎng)沙供電公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

針對(duì)某110 kV變電站氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)(Gas Insulated Switchgear,GIS)設(shè)備SF6氣體微量泄漏問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有檢漏方法進(jìn)行深入分析，提出了一種基于包扎法、SF6檢漏定性儀、紅外檢漏儀的聯(lián)合檢測(cè)方法。應(yīng)用結(jié)果表明：該方法能省時(shí)、有效地完成GIS設(shè)備SF6氣體輕微漏氣的檢測(cè)，并能準(zhǔn)確定位漏氣點(diǎn)。

SF6；檢漏；微量泄漏；包扎法

常溫下，六氟化硫（SF6）是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、化學(xué)性能穩(wěn)定的氣體，該氣體有較強(qiáng)的負(fù)電性、滅弧能力和絕緣強(qiáng)度，因此作為絕緣介質(zhì)，［1］被廣泛應(yīng)用于變壓器、斷路器、互感器和組合電器等多種設(shè)備。

2017年2月24 日某110 kV變電站氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)(Gas Insulated Switchgear,GIS)設(shè)備5101氣室SF6氣壓表報(bào)警，氣室氣壓值低于警示值0.4 MPa。該GIS自2010年投運(yùn)，2013年5101氣室SF6氣壓表首次低于警示值，其后，平均13個(gè)月補(bǔ)氣一次，年漏氣率大于規(guī)程規(guī)定的注意值，由于氣體泄漏的絕對(duì)速度不快、泄漏量小，一直未能找到泄漏點(diǎn)。

SF6氣體的泄漏會(huì)導(dǎo)致設(shè)備絕緣介質(zhì)減少，嚴(yán)重降低設(shè)備的絕緣和滅弧能力，給設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成極大的威脅，同時(shí)發(fā)生過(guò)滅弧的SF6氣體也會(huì)對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)造成傷害［2-4］，因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)SF6泄漏對(duì)于電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

1 現(xiàn)狀分析和需要解決的問(wèn)題

1.1 現(xiàn)狀分析

根據(jù)該氣室補(bǔ)氣頻率和SF6壓力表讀數(shù)顯示，該氣室漏氣量為6 g/年，補(bǔ)氣頻率平均13個(gè)月一次。

該氣室2010年投運(yùn)后3年期間，運(yùn)行良好，可排除出廠設(shè)計(jì)和交接安裝問(wèn)題，判斷可能是運(yùn)行維護(hù)時(shí)連接處開(kāi)裂、密封材料老化、閥門閉合不嚴(yán)等問(wèn)題造成的。據(jù)此，試驗(yàn)人員對(duì)該GIS氣室補(bǔ)氣后的各連接部位、密封墊、儀表閥門進(jìn)行檢測(cè)，采用各常規(guī)檢測(cè)方法均未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，2014年該氣室SF6氣壓表再次低于警示值，此后平均13個(gè)月需進(jìn)行一次補(bǔ)氣，每次補(bǔ)氣后試驗(yàn)人員均進(jìn)行檢漏，仍未檢測(cè)到漏點(diǎn)。

檢測(cè)過(guò)程中，試驗(yàn)人員分別單獨(dú)采用了SF6定性檢漏法、紅外檢漏法、肥皂水法以及包扎法。

SF6定性檢漏法檢測(cè)方便、靈敏度高[5]，在檢測(cè)時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)探頭對(duì)空氣中的SF6進(jìn)行探測(cè)。但由于泄漏量小，SF6氣體快速擴(kuò)散在周圍的空氣中，導(dǎo)致探測(cè)區(qū)域SF6氣體濃度低于儀器檢測(cè)靈敏度，難以發(fā)現(xiàn)泄漏情況。

紅外檢漏法檢測(cè)方便，探測(cè)靈敏度低于SF6定性檢漏法，但具有可視化的優(yōu)點(diǎn)［6］，通過(guò)照片、視頻的形式能夠保存SF6氣體的泄漏圖像。在檢測(cè)時(shí)采用手持紅外探漏儀進(jìn)行探測(cè)，由于泄漏量小，SF6氣體快速擴(kuò)散到周圍的空氣中，檢測(cè)區(qū)域SF6氣體濃度低于儀器檢測(cè)的最小分辨率（靈敏度），也難以發(fā)現(xiàn)泄漏情況。

可見(jiàn)，要使用SF6定性檢漏法和紅外檢漏法來(lái)進(jìn)行檢漏，需滿足檢測(cè)區(qū)域SF6濃度不低于儀器靈敏度的條件。

肥皂水法檢漏成本低廉，不需要購(gòu)置專門的儀器［7］，只需配制肥皂水即可進(jìn)行。將肥皂水涂刷到泄漏點(diǎn)上，受到SF6泄漏氣體的影響的泄漏點(diǎn)上將逐漸鼓起肥皂泡，檢測(cè)結(jié)果簡(jiǎn)單明了。由于每個(gè)點(diǎn)涂抹后需要觀察至少1 min（視SF6氣體泄漏量大小決定），檢測(cè)速度慢且鼓泡不易察覺(jué)，因此適用于確定泄漏點(diǎn)和泄漏量大的情況下進(jìn)行確認(rèn)。

包扎法通過(guò)對(duì)氣室進(jìn)行薄膜包扎，避免其消散在空氣中，將泄漏SF6的氣體集中在薄膜內(nèi)來(lái)提高檢測(cè)區(qū)內(nèi)的SF6濃度［8］，使得泄漏現(xiàn)象更加明顯。但通常薄膜包扎后需要等候24 h，且對(duì)每個(gè)漏氣點(diǎn)都需要進(jìn)行包扎，當(dāng)大范圍薄膜包扎后不計(jì)算集氣時(shí)間，可能造成集氣后薄膜內(nèi)的SF6氣體濃度仍不滿足其他檢測(cè)手段的靈敏度要求。由于包扎范圍大，耗費(fèi)時(shí)間久，人力投入較多，對(duì)該氣室未單獨(dú)采用包扎法。

1.2 需要解決的問(wèn)題

綜上所述，GIS設(shè)備泄漏點(diǎn)檢測(cè)需解決3個(gè)問(wèn)題：

（1）泄漏量確定。

（2）泄漏點(diǎn)區(qū)域確定；

（3）泄漏點(diǎn)位置確定；

由于該GIS設(shè)備SF6氣體泄漏的特殊性，常規(guī)的SF6檢漏法無(wú)法完成泄漏點(diǎn)檢測(cè)，迫切需要一種新的檢漏方法來(lái)解決問(wèn)題。

2 SFSF66聯(lián)合檢測(cè)方法

針對(duì)包扎法、紅外成像法和SF6定性檢漏法具有的優(yōu)缺點(diǎn)，本文提出了一種聯(lián)合檢測(cè)方法：

（1）利用包扎法提高膜薄包扎區(qū)域SF6泄漏氣體濃度的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)氣室進(jìn)行膜薄包扎，根據(jù)SF6壓力表顯示的漏氣量、補(bǔ)氣頻率計(jì)算漏氣率，進(jìn)而得到集氣時(shí)間，再對(duì)疑似漏點(diǎn)分別采取薄膜包扎進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的集氣，集氣后根據(jù)后續(xù)的檢測(cè)手段，逐步確定泄漏范圍，縮小包扎區(qū)域。

（2）利用SF6定性檢漏法檢測(cè)方便和紅外檢漏法可視化檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)膜薄包扎后SF6氣體局部濃度滿足檢測(cè)要求，發(fā)現(xiàn)泄漏區(qū)域，再逐步縮小檢測(cè)范圍，鎖定泄漏點(diǎn)。

（3）根據(jù)肥皂水法靈敏、可視化的特點(diǎn)，對(duì)鎖定泄漏點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)泄漏。充分利用這幾種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行泄漏點(diǎn)檢測(cè)。

2.1 漏氣量計(jì)算

聯(lián)合檢測(cè)方法為了得到包扎法集氣的時(shí)間，首先需要進(jìn)行漏氣量計(jì)算：

（1）計(jì)算出檢測(cè)對(duì)象的年漏氣率q（%）和補(bǔ)氣時(shí)間T（年）［9］

式中：Pt—斷路器額定氣壓，MPa；

G—斷路器重啟重量，g；

ρ—大氣壓下SF6氣體的密度（取3 200），g/m3；

Pgm—低氣壓報(bào)警壓力，MPa；

P—大氣壓力，MPa。

（2）對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢漏的定性分析，確定泄漏點(diǎn)大致區(qū)域。即分別分相、分區(qū)域?qū)z測(cè)對(duì)象進(jìn)行封閉式膜薄包扎，根據(jù)年漏氣率確定包扎法集氣的時(shí)間t［10］。

qT—檢漏儀最小檢測(cè)濃度，與現(xiàn)場(chǎng)的溫度、風(fēng)速有關(guān)。

由此得到該GIS設(shè)備漏氣速度約為0.305×10-4mL/s，低于文獻(xiàn)［10］定義的泄漏量1.820×10-4mL/s的指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)該氣室為SF6氣體的微量泄漏。

2.2 檢測(cè)步驟設(shè)計(jì)

聯(lián)合檢測(cè)方法檢漏步驟如圖1所示。

圖1 SF6聯(lián)合檢漏方法流程

（1）計(jì)算集氣時(shí)間，確定包扎法包扎時(shí)間。

（2）采用薄膜包扎法對(duì)檢漏對(duì)象的疑似漏點(diǎn)進(jìn)行包扎，利用薄膜對(duì)疑似漏點(diǎn)按照大區(qū)域劃分進(jìn)行包扎，大大減少了對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行包扎時(shí)的工作量。

（3）滿足集氣時(shí)間t后，此時(shí)儀器檢測(cè)靈敏度已達(dá)到集氣后的泄漏濃度，采用SF6定性檢漏法確定是薄膜里包扎了漏氣點(diǎn)，確定泄漏點(diǎn)的大致范圍。

（4）通過(guò)紅外檢漏法進(jìn)一步確定和縮小泄漏點(diǎn)區(qū)域，保存可視化的氣體泄漏圖像。

（5）確定泄漏點(diǎn)的大區(qū)域范圍后，再根據(jù)該區(qū)域的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化包扎，利用SF6定性檢漏法、紅外檢漏法、肥皂水法復(fù)測(cè)和鎖定泄漏點(diǎn)。

（6）發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)后，再對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行處理。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2017年3月22 日，試驗(yàn)人員采用聯(lián)合檢測(cè)方法對(duì)該微漏氣室進(jìn)行檢測(cè)。

根據(jù)補(bǔ)氣情況，試驗(yàn)人員決定采用薄膜包扎法對(duì)可能存在的漏氣點(diǎn)（包括：法蘭盤(pán)連接處、螺栓、接頭、閥門、焊縫、表計(jì)等連接區(qū)域）進(jìn)行包扎，如圖2所示。

圖2 對(duì)疑似漏點(diǎn)進(jìn)行薄膜包扎

采用式（1）、式（2）、式（3）計(jì)算出年漏氣量，要使泄漏SF6氣體濃度滿足儀器最低檢測(cè)濃度要求，得出滿足儀器最低檢測(cè)濃度條件的集氣時(shí)間為24 min。

集氣時(shí)間滿足條件后，逐一扎破薄膜，在擠壓連接處（漏氣點(diǎn)所在大致區(qū)域）薄膜扎孔時(shí)，將定性檢漏儀探頭放入剛剛戳破的薄膜洞孔中，探測(cè)到滿格的急促報(bào)警聲如圖3所示，從紅外檢漏儀上可見(jiàn)小孔處看到更加明顯的泄漏現(xiàn)象如圖4所示，利用紅外檢漏儀、SF6定性檢漏儀進(jìn)行檢測(cè)，排查出疑似泄漏點(diǎn)。試驗(yàn)人員再重點(diǎn)對(duì)此底座連接排底座各部件進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，分別對(duì)底座、連接排銅排進(jìn)行分區(qū)薄膜包扎，發(fā)現(xiàn)為底座漏氣如圖5所示，通過(guò)肥皂水法精確檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)為該底座螺孔處發(fā)生泄漏，如圖6所示，該漏點(diǎn)刷完肥皂水后25 s鼓起如圖所示的明顯氣泡。聯(lián)合檢測(cè)全過(guò)程共用時(shí)2 h完成。

圖3 試驗(yàn)人員對(duì)包扎后的薄膜進(jìn)行檢測(cè)

圖4 紅外檢漏法結(jié)果

圖5 對(duì)底座進(jìn)行SF6紅外檢測(cè)

圖6 肥皂水檢測(cè)法結(jié)果

3 效果評(píng)價(jià)

（1）本次GIS氣室漏氣量?jī)H為0.305×10-4mL/s，針對(duì)泄漏量小的問(wèn)題，聯(lián)合檢測(cè)法通過(guò)對(duì)可能漏點(diǎn)進(jìn)行薄膜包扎集氣，提高了漏氣部位局部SF6氣體濃度，使得SF6定性檢漏儀、紅外檢漏儀能夠定量地檢測(cè)到泄漏值。

（2）針對(duì)泄漏點(diǎn)區(qū)域小的問(wèn)題，聯(lián)合檢測(cè)法采用分區(qū)域的薄膜包扎法，再通過(guò)縮小包扎范圍的方法，逐步鎖定泄漏點(diǎn)。檢測(cè)全程耗時(shí)僅2 h。而單純包扎法需要至少4人同時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行全部包扎，工作過(guò)程需要24 h，工作量大；肥皂水法是精確檢測(cè)方法，但單純肥皂水法需要對(duì)各疑似漏點(diǎn)逐一排查，且每個(gè)漏點(diǎn)需等候30 s，同樣工作過(guò)程至少需要用時(shí)5 h，且因?yàn)闆](méi)有對(duì)泄漏點(diǎn)的初步判斷，可能還會(huì)錯(cuò)過(guò)泄漏點(diǎn)。

（3）針對(duì)泄漏點(diǎn)位置問(wèn)題，聯(lián)合檢測(cè)法在集氣滿足后扎破包扎薄膜，首先使用靈敏度高的SF6檢漏儀進(jìn)行初步判斷，確定包扎了泄漏點(diǎn)的薄膜；再通過(guò)可視化的紅外檢漏儀進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)泄漏點(diǎn)位置，保存可視化圖片和視頻；最后通過(guò)SF6定性檢漏儀和肥皂水法進(jìn)行精確定位，確定漏點(diǎn)。而單一的常規(guī)方法因泄漏量小的原因，難以發(fā)現(xiàn)隱秘的泄漏點(diǎn)位置。

4 結(jié)論

（1）常規(guī)檢漏方法在設(shè)備發(fā)生微漏時(shí)，難以完成檢測(cè)。本文采用薄膜包扎法、紅外檢漏儀、SF6定性檢漏儀、肥皂水法的聯(lián)合檢測(cè)方法，成功完成了SF6氣體微量泄漏的檢測(cè)。該方法通過(guò)調(diào)整薄膜包扎的時(shí)間，可適用于所有SF6設(shè)備微量泄漏的檢測(cè)。

（2）聯(lián)合檢測(cè)方法用時(shí)短、工作量小、針對(duì)性強(qiáng)，通過(guò)聯(lián)合檢測(cè)法的6個(gè)步驟，逐步排除漏點(diǎn)、互相印證方法，完成從區(qū)域逐步排除到定位具體泄漏點(diǎn)的過(guò)程。

（3）聯(lián)合檢測(cè)方法通過(guò)集氣提高了泄漏SF6氣體的濃度，進(jìn)而滿足儀器檢測(cè)的靈敏度要求，確定泄漏點(diǎn)的大致區(qū)域，再層層排除、鎖定，最后確認(rèn)泄漏點(diǎn)的方式，能準(zhǔn)確檢測(cè)到設(shè)備的氣體泄漏點(diǎn)。

（4）聯(lián)合檢測(cè)方法適合對(duì)室內(nèi)設(shè)備SF6氣體微量泄漏進(jìn)行檢測(cè)，而室外設(shè)備的氣體泄漏檢測(cè)，由于受環(huán)境溫度、光照、風(fēng)速的影響，檢測(cè)環(huán)境更加惡劣，理論上聯(lián)合檢測(cè)方法能夠進(jìn)行檢測(cè)，但檢測(cè)效果如何還有待進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。

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Application of a joint detection method in the detection of SF6minimal leakage

OUYANG Jin,HUANG Yanggang,HU Haining,WANG Wei,KUAI Qiang
(Changsha Power Supply Filiale of State Grid Hunan Power Co.,Changsha Hunan 410000,China)

Focusing on the problem of SF6gas appearing minimal leakage in gas insulated switchgear (GIS)equipment of a 110 kV substation,deeply analyzes the current detection method of the leakage, puts forward a joint detection method to detect the GIS equipment based on bandaging method,SF6leakage qualitative detector and infrared leak detector.The application result shows that the method can effectively complete the minimal SF6gas leakage detection for GIS equipment,and locate the leakage point accurately.

SF6；leakage detection；minimal leakage；bandaging method

TM561.3；642.6

B

1672-3643（2017）03-0038-04

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.03.007

2017-03-04

歐陽(yáng)進(jìn)（1990），男，工學(xué)碩士，助理工程師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化及智能變電站一次設(shè)備技術(shù)管理工作。

有效訪問(wèn)地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.03.007