電氣設(shè)備SF6氣體泄漏的紅外檢測技術(shù)

王俊波,徐 鑫,劉志陸,張偉忠,譚勁章

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局， 佛山 528000)

電氣設(shè)備SF6氣體泄漏的紅外檢測技術(shù)

王俊波,徐 鑫,劉志陸,張偉忠,譚勁章

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局， 佛山 528000)

分析了電力系統(tǒng)六氟化硫(SF6)氣體絕緣的電氣設(shè)備的常用檢漏方法的技術(shù)現(xiàn)狀;針對電氣設(shè)備SF6氣體泄漏檢測的紅外檢測，介紹了該檢測技術(shù)的原理和方法。采用紅外檢測法進行了現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)果表明：紅外檢測法能夠快速準確地找出SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備的漏氣點，值得在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備；氣體泄漏；紅外檢測

隨著SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備數(shù)量的日趨增多以及提高其運行可靠性專項工作在電力系統(tǒng)中的深入開展，缺陷和隱患基本在生產(chǎn)制造、出廠試驗、交接及運行維護等各環(huán)節(jié)中就被發(fā)現(xiàn)和消除，從而極大程度避免了事故的重復(fù)發(fā)生，但是SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備漏氣現(xiàn)象仍是難以避免和徹底杜絕的常見問題。以廣東電網(wǎng)公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，2015年SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備涉及氣體的缺陷共180起，其中密封不良導(dǎo)致SF6氣體壓力低引起閉鎖或報警的缺陷為63起。SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備發(fā)生泄漏的主要原因包括：生產(chǎn)工藝不良，外殼上有砂眼，密封材料質(zhì)量欠佳；現(xiàn)場安裝質(zhì)量不高，密封面處理不到位；設(shè)備運行中發(fā)生振動，如開關(guān)分合、變壓器運行中的振動，密封材料老化等原因。受目前檢漏技術(shù)的限制，SF6氣體泄漏點的查找與定位難度比較大。

筆者分析了電力系統(tǒng)六氟化硫(SF6)氣體絕緣的電氣設(shè)備的常用檢漏方法的技術(shù)現(xiàn)狀，針對電氣設(shè)備SF6氣體泄漏檢測的紅外檢測，介紹了該技術(shù)的檢測原理和方法;并采用紅外檢測法進行了現(xiàn)場檢測應(yīng)用，取得了較好的效果。

1 SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備檢漏的必要性

SF6氣體作為電氣設(shè)備的重要組成部分，發(fā)生泄漏后會帶來多方面的困擾。第一，從設(shè)備運行維護的角度來講:① SF6氣體起著絕緣和滅弧的重要作用，一旦發(fā)生泄漏必然導(dǎo)致電氣設(shè)備內(nèi)部SF6壓力降低，絕緣及滅弧性能會大幅下降，嚴重時會導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生絕緣擊穿故障。② 氣體微水含量是評價SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備絕緣狀況的另一重要技術(shù)指標，存在泄漏點時空氣中的水蒸氣很容易進入設(shè)備內(nèi)部，引起SF6氣體微水超標，SF6氣體和水份發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的氫氟酸(HF)具有很強的腐蝕性，生成的二氧化硫(SO2)遇水生成的硫酸也具有腐蝕性；同時，水份的凝結(jié)對沿面絕緣也是有害的，通常氣體中混雜的水份在溫度降低時可能凝結(jié)成露水附著在零件表面而產(chǎn)生沿面放電,甚至引起事故。③ SF6氣體價格昂貴，泄漏將使得運行維護成本大大增加。第二，從環(huán)境保護和職業(yè)健康角度來講：① SF6屬于溫室氣體，對溫室效應(yīng)的影響是同等比重二氧化碳(CO2)的23 900倍，是京都議定書禁止排放的。② 雖然SF6氣體不會自行分解，但當電氣設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)局部放電、電弧或是過熱現(xiàn)象時，會產(chǎn)生分解并與設(shè)備內(nèi)的空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生二氟化硫(SF2)、四氟化硫(SF4)、氟化亞硫酰(SOF2)、氟化硫酰(SO2F2)等強毒性和腐蝕性的氣體;一旦SF6氣體的分解物發(fā)生泄漏，將對運行維護人員的安全構(gòu)成嚴重威脅[1]。

2 電氣設(shè)備SF6氣體泄漏檢測技術(shù)現(xiàn)狀

對于SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備氣體泄漏的檢測方法比較多，主要包括：肥皂泡法、包扎法、真空法、鹵化物檢測法、聲波法、超聲波法、氣敏半導(dǎo)體法、濕敏傳感器法、電化學(xué)法、紫外線電離法、熱導(dǎo)檢測器法、示蹤法、激光成像法等[2-3]。以上各種檢測方法的實現(xiàn)方法和優(yōu)缺點如表1所示。

表1 常見電氣設(shè)備SF6氣體泄漏檢測方法對比

3 SF6氣體紅外成像原理及檢測儀器

3.1 SF6氣體紅外成像原理 SF6氣體是目前最穩(wěn)定的絕緣氣體，與空氣相比其紅外吸收特性極強。由SF6透過率曲線可知，SF6氣體從波長10.4 μm開始顯現(xiàn)紅外吸收特性，在10.6 μm時SF6吸收性最強，隨后逐步衰減，在10.7 μm出現(xiàn)一點反彈，至10.9 μm紅外吸收特性消失。使用波長在10.3～10.7 μm間的紅外熱像儀就可以使肉眼原本無法觀察到的SF6氣體的泄漏變得可視化。氣體泄漏紅外檢測技術(shù)就是利用SF6氣體比空氣對特定波段紅外線有更強的吸收能力這一特性，采用后向散光成像技術(shù)進行成像的。當被檢測區(qū)域存在SF6氣體時，由于SF6氣體對10.3～10.7 μm波段的紅外光線具有強烈的吸收作用[5-6]，所以此時反射到檢測設(shè)備的紅外線能量因吸收作用而急劇地減弱，SF6氣體在檢測儀器的顯示屏上顯示為黑色的煙霧狀。此時，檢測人員便可以方便直觀地定位SF6氣體泄漏源。

3.2 檢測儀器

檢測儀器采用美國FLIR公司的GF306型紅外氣體檢漏測溫成像儀，如圖1所示。該儀器采用被動式紅外檢測技術(shù)，可以遠距離檢測SF6氣體泄漏點并成像，采用制冷型量子陷阱探測器，具有0.025 ℃的熱靈敏度，可將圖像及視頻直接存儲在SD卡內(nèi)，具有可旋轉(zhuǎn)的大屏幕顯示屏，體積小、質(zhì)量僅為2.4 kg，鋰電池可以持續(xù)工作4 h以上，方便現(xiàn)場使用。

圖1 GF306型紅外氣體檢漏測溫成像儀外觀

通常情況下，SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備的氣體泄漏是非常微弱的，為了將這個微弱的漸變現(xiàn)象可視化，儀器會對采集到的圖像或視頻進行處理后再展示給檢測人員，GF306型紅外氣體檢漏測溫成像儀采用幀間差分法對原始視頻進行處理進而實現(xiàn)漏氣點的精確定位[7-8]。幀間差分法可以提取視頻中運動的部分，將所拍攝的若干幀圖像校正在同一坐標系下，然后將同一背景不同時刻兩幀圖像進行差分運算，灰度不發(fā)生變化的部分不會出現(xiàn)在差分圖像中，而運動變化的部分會被凸顯出來。在測試過程中，將拍攝到的第一幀圖像作為背景圖像，將其標記為第K幀圖像，那么第K+1幀圖像就是當前圖像，通過第K+1幀圖像與第K幀圖像的幀間差分來發(fā)現(xiàn)是否存在氣體泄漏點；無論是否發(fā)現(xiàn)氣體泄漏點，均將第K+1幀圖像替換第K幀圖像作為最新背景圖像，若未發(fā)現(xiàn)氣體泄漏點則舍棄第K幀圖像不保存，若發(fā)現(xiàn)氣體泄漏點則保存第K幀圖像；如此反復(fù)地做幀間差分運算，最終通過保存下來的所有圖像精確定位氣體泄漏點。

3.3 典型案例應(yīng)用

(1) 案例一

2015年5月13日，佛山供電局某110 kV變電站#2主變變高102開關(guān)出現(xiàn)氣壓低告警信號。對該110 kV變電站#2主變變高102開關(guān)進行巡視的過程中，發(fā)現(xiàn)102開關(guān)壓力已降至0.475 MPa。其在不到兩天的時間內(nèi)，102開關(guān)壓力值由0.53 MPa降至0.475 MPa，降幅為0.055 MPa，初步懷疑為102開關(guān)出現(xiàn)SF6泄漏現(xiàn)象。利用紅外檢漏儀對102開關(guān)進行檢漏，檢漏結(jié)果顯示102開關(guān)B相滅弧室與支撐瓷瓶間的法蘭出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，泄漏點如圖2所示。對其進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)支撐瓷瓶上法蘭面有大量氧化物。

圖2 102開關(guān)B相SF6泄漏點

(2) 案例二

2016年9月27日，佛山供電局某220 kV變電站220 kV氣體絕緣組合電器(GIS設(shè)備)母聯(lián)2012開關(guān)C相出現(xiàn)氣壓低告警信號。初步懷疑為2012開關(guān)出現(xiàn)SF6泄漏現(xiàn)象，利用紅外檢漏儀對2012開關(guān)進行檢漏。檢漏結(jié)果顯示補氣閥與斷路器本體焊接處存在漏氣點，泄漏點如圖3所示。

圖3 某2012開關(guān)C相SF6泄漏點

4 結(jié)論與展望

SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備的多種檢漏技術(shù)手段均有其適用范圍和局限性，除激光成像法之外均屬于非目視檢測法，最大的弊端在于監(jiān)測結(jié)果不直觀。紅外成像應(yīng)用于SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備的無損檢測屬于新興的檢漏技術(shù)，可以實現(xiàn)非接觸式帶電測試，對于微量SF6氣體泄漏能夠?qū)崟r捕捉、清晰成像、準確定位，在一定程度上克服了目前現(xiàn)有檢測手段的不足，豐富了檢測手段。今后，紅外成像應(yīng)用于SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備的檢漏的發(fā)展趨勢將會是圖像特征提取、視頻圖像再處理等[9-10]，諸如采用圖像增強、小波閾值去噪、幀間差分法、局部熵差法等方法或者是多種算法的優(yōu)勢互補，對原始圖片、視頻進行數(shù)字化圖像處理，突顯SF6氣體的泄漏軌跡和位置，為檢測人員提供更為直觀的圖像判據(jù)[11-12]。

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Infrared Detection Technology of SF6Gas Leakage of Electrical Equipment

WANG Junbo, XU Xin, LIU Zhilu, ZHANG Weizhong, TAN Jinzhang

(Guangdong Power Gird Co., Ltd., Foshan Power Bureau, Foshan 528000, China)

The paper is to analyze the technology status of leak detection used in SF6electric equipment power system. Aiming at the infrared detection of SF6gas leakage in electrical equipment, the principle and method of infrared detection technology are introduced. According to the field test results, it can be concluded that the infrared imaging method can quickly and accurately find out the leakage point of SF6electrical equipment, which is worthy of popularization and application in electric power system.

SF6electrical equipment; gas leakage; infrared detection

2017-02-22

王俊波(1986-)，男，工學(xué)碩士，高級工程師，主要從事高壓試驗工作

王俊波，honeymoon651@126.com

10.11973/wsjc201708011

TG115.28

A

1000-6656(2017)08-0043-04