红外成像检测技术在变电设备SF6气体泄露中的研究与应用

红外成像检测技术在变电设备SF6气体泄露中的研究与应用

张斌斌

（广东电网公司惠州供电局516001）

摘要：SF6红外成像检漏技术具有非接触、高灵敏度等优点，能准确、迅速对SF6气体绝缘电气设备的密封能力进行检测，确定泄漏源头，即时掌握SF6气体绝缘设备的健康状况，保证设备的安全稳定运行，在变电带电检测中应用广泛，效果显著。本文结合在变电带电检测中发现的典型故障实例，对SF6红外成像检漏中发现的泄漏原因进行了归纳：密封件老化或本身质量问题，安装工艺不良以及设备本身工艺问题。

关键词：成像技术；气体泄漏；变电设备

目前，红外成像技术在电力设备状态检测中优势明显，它是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测输变电设备红外辐射能量，将图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与被测输变电设备表面的热分布场相对应。简单地描述就是红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。颜色越亮，一般定义为温度越高，弥补了过去比较陈旧检测手段，例如夜间目测、声波法、超声法、夜视仪等方法，劳动强度大，效率不高。随着科学技术的进步，在光学透膜、数字信号分析芯片、图像处理等软硬件技术等领域均取得了长足进步或突破性进展。

一、变电设备漏气原因以及危害

该设备出现漏气问题会导致气室压力降低，SF6气体湿度逐渐增大。这个湿度要及早发现，进而将湿度控制住。这个时候需要检修人员不停的进行补气，从而维护住额定的气压标准状态下。这个过程会导致成产成本不断增加，在进行补气时如果操作人员操作不规范，还有整个管路的密封不够严实，当外界的大气逐渐渗透进入时，会使得气体湿度逐渐提升，湿度不断增加，这容易导致安全事故出现。尤其是当湿度达到一定程度时，会直接引起绝缘事故出现。这个时候GLS设备结构理当紧凑，不能出现缝隙。一般而言，设备工艺复杂程度在一定水平上已经决定了事故影响范围，导致抢修难度提升，所需的恢复时间比较长，这样就容易出现安全事故，严重时会导致我国电网企业安全出现漏洞，安全事故提升，造成更大的经济损失。这个相当于高压断路器以及电流互感器这些设备的工艺都比较复杂，设备的封闭性比较高，每个接口也比较复杂。这出现漏洞的原因比较多，这些原因概括起来主要有，第一，设计施工出现缺陷。当母线过长时，波纹管比较少，导致调整距离能力水平较差，施工时尺寸对接不符合要求导致局部受力过大：设备基础不均匀导致运行中发生尺寸偏移。第二，制造安装缺陷。盆式绝缘子、法兰、铸件存在裂纹、砂眼等缺陷；密封圈尺寸不匹配；防水、密封工艺不符合标准；接头、法兰紧固力矩不够。第三，自然影响因素，这个因素不得不进行详细分析，当O型圈因为受到潮湿时，封闭条件下会逐渐失效恶化情况严重，当气候变化时，会容易发生热胀冷缩现象。

二、红外成像法的检测原理

当波长在0.75到1000um之间时，这个时候的电磁波被称为红外光，当连续不断的红外波长穿透过物质时，其中有的波长会被其他的光线吸收光谱，红外线吸收光谱的能力比较强。SF6气体红外吸收的特性非常强，当它进行光谱吸收时，吸收的主要部位在于10.6um位置。

设计人员根据这个原理开始研究使用红外成像法进行气体泄漏研究，从研究中逐渐发现设备红外线成像法可以高效率实现远距离监测需求，这个距离高达0到30m之间。而且，红外线成像法的灵敏度非常高，最高的距离能够达到0.001ml每秒，重量比较轻，最轻的重量为2.1kg，重量较轻非常容易携带，带着这样的设备可以在工作中实时监控气体是否出现泄漏问题，通过外置的录像机就可以清晰的看到红外视频变动情况，这个时候更能方便分析的储备。

三、SF6气体泄漏检测方法

SF6充气设备每个气室都安装有SF6气体密度继电器，设定气体压力降低警报。当发现SF6气体密度继电器显示的压力下降较快或压力降低时触发报警信号，结合SF6气体泄漏检测方法，可以对气体泄漏进行定性、定量和定位检测。SF6气体泄漏检测方法分为定性检漏和定量检漏。定性检漏包括真空检漏、皂水检漏、检漏仪检漏、激光成像检漏和红外成像检漏等。真空检漏：将真空泵与SF6气室连接，抽真空至133Pa，真空保持30min后静置3～5h，如果气室内真空度基本维持不变，可认为气室密封性良好；真空检测需要的辅助设备较多，操作过程复杂，检测时间长，多应用于工程基建阶段。皂水检漏：采用专用检测液或配置肥皂水，涂抹在被测部位，如果起泡即可判定泄漏位置；皂水检漏灵敏度存在差异，对微小泄漏或隐蔽处的泄漏不易观察。检漏仪检漏：将检漏仪探头沿法兰密封面、螺栓、接头、阀门、焊缝等容易泄漏的部位缓慢移动，发出报警即可找出泄漏的大致范围；检漏仪检漏容易受探头移动速度的影响，移动过快容易错过漏点，而且风速过大会吹散泄漏气体影响检漏效果，无法精确定位。定量检漏包括扣罩法、挂瓶法和局部包扎法等。扣罩法：将被测设备整个置于密封罩内，静置24后，在密封罩的不同部位检测SF6气体浓度。挂瓶检漏：适用于法兰对接面上带有检测点的密封检漏，悬挂容积为1L的集气瓶，橡胶管一头连接检测点，另一头插入集气瓶底部，静置24h后，测量集气瓶中SF6气体浓度。局部包扎法：采用塑料薄膜包扎检测部位，薄膜与设备保持2～5mm的间隙，接缝尽量留在上部，静置24h后，取不同位置测量薄膜内SF6气体浓度。这3种检漏方法的原理大致相同，根据检测的SF6气体泄漏浓度计算漏气量，与气室内气体总量相比计算年泄漏率。扣罩法体现的是气室的整体泄漏量，微小泄漏反应在综合的检测结果上可能是泄漏量满足标准要求。局部包扎法工作量大，而且设备的有些部位形状不规则不便于包扎。这3种方法都存在严密性难以保证，密封罩、塑料薄膜及气室内容积的计算存在误差等弊端。

四、SF6红外成像检漏技术的应用

2011年8月，500kV变电站220kVGIS设备断路器C相气室SF6气体密度继电器显示压力下降较快。运维人员使用FLIRGF306红外检漏仪进行带电检测，发现在设备外壳表面有黑色烟絮状阴影，现场红外成像检漏结果如图1所示，说明存在SF6气体泄漏。确定SF6气体泄漏具体位置后，考虑到SF6气体压力仍在额定压力之上，决定继续运行，同时严密监视气室压力变化，必要时采取带电补气。

通过案例发现，设备外壳做工工艺不精或长时间运行引起设备表面出现沙眼，造成SF6气体泄漏，因此，建造过程中应严格把控制作工艺，日常工作中应定期对设备外壳进行检测，并且予以高度重视。

SF6红外成像检漏能够在充气设备运行状态下进行，有效检测SF6气体泄漏精确定位，仪器使用方便、观测效果直观，减少设备停电时间。在带电检测过程中，单独采用SF6红外成像检漏工作量大，具有盲目性，应结合SF6气体密度继电器压力变化，有针对性的对充气设备进行检测，提高检测效率。

结论

随着光学成像技术在SF6气体泄漏检测方面的应用，可实现在相对较远距离就可准确定位泄漏的具体部位，运行设备无需停电，随时可以远程检测有泄漏可能的设备，极大地提高了查漏效率，且具有很高的探测灵敏度，有效保证了SF6设备的安全运行和检测人员的人身安全。

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