SF6电气设备红外辐射检漏技术的应用

刘 杨，陈昱同，郭 丽

（1.国网临汾电力高级技工学校，山西 临汾 041000；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；3.国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046011）

SF6电气设备红外辐射检漏技术的应用

刘 杨1，陈昱同2，郭 丽3

（1.国网临汾电力高级技工学校，山西 临汾 041000；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；3.国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046011）

阐述了S F6气体泄漏成为影响设备安全可靠运行的重要因素，与传统的S F6检漏方法相比，红外检漏技术具有非接触、远距离、定位准确、无需停电等优点。指出红外辐射检漏是红外检漏技术领域出现稍晚的一种检漏方法，相比激光检漏（红外吸收检漏），它具有灵敏度高、安全性高、检测范围广、更加便携等优势。

S F6电气设备；红外辐射检漏；红外吸收检漏；带电测试；状态检修

0 引言

SF6被广泛用作变压器、断路器、GIS、电流互感器、电压互感器等电气设备的绝缘介质。然而，气体泄漏是SF6电气设备主要故障之一，因此，如何能快速地找到泄漏点对设备故障的处理至关重要。

SF6气体检漏方法按检测功能可分为定性检漏和定量检漏；按检漏条件可分为停电检漏和带电检漏；按检测形式可分为接触式检漏和非接触式检漏等。随着红外光谱成像分析技术的发展，红外检漏技术领域中的红外辐射检漏技术以其不停电、非接触、远距离、灵敏度高和方便快捷等优势成为现场查找泄漏点的新方法，被广大用户所接受。本文从SF6气体泄漏的危害、检漏方法对比和红外辐射检漏技术的原理及应用几个方面进行介绍。

1 SF6气体泄漏的原因和危害

Q/GDW 168—2008《输变电设备状态检修试验规程》规定，SF6电气设备中每个气室的年漏气率要求小于1%。

从运行经验来看，设备气体泄漏主要发生在气室的接头、阀门、表计、法兰面接口及焊缝砂眼等处，造成漏气的主要原因有设计不合理、材料质量问题、接头或法兰紧固力矩不够、热胀冷缩、密封件老化、密封面划伤或夹渣、制造缺陷和安装缺陷等[1，2]。据统计，每年设备泄漏比例占设备量的2%~4%左右。随着设备的老化，泄漏的情况会不断增加。

作为电气设备的主要绝缘介质，SF6一旦泄漏，将会影响设备正常运行，降低其可靠性，还会给人员和环境带来安全隐患[3]。

a）SF6气体泄漏使设备内部压力下降，从而导致绝缘性能和灭弧性能下降；大气中的水分也会通过泄漏点向设备内部渗透，降低设备的绝缘水平。

b）泄漏的SF6气体及其分解物会积聚在室内下部空间，且不易散发，造成局部缺氧和带毒，会威胁到进入室内的检修及巡视人员的身体健康。

c）SF6是一种温室气体，其温室效应是CO2的23 900倍[4]，排入大气中，会加剧温室效应。

d）SF6气体价格昂贵，频繁补气会增加设备维护成本。

2 SF6气体检漏现状

SF6电气设备传统且经典的检漏方法可主要归纳为下面的两大类。

a）定性检漏：包括抽真空法、定性检漏仪探测法、肥皂泡法、密度继电器报警法。

b）定量检漏：包括局部包扎法、挂瓶法、压降法和扣罩法等。

从电气设备实际运行经验来看，定量检漏一般采用包扎加定量检漏仪法，因包扎体积只能估算，且检漏过程繁复，所以现场很少采用。

实际生产中用的最多的是定性检漏。通常运行和检修人员先根据SF6电气设备密度与继电器漏气报警确定漏气设备，再利用定性检漏仪查找漏气的大致位置，最后在疑似漏气部位涂抹肥皂水来确定漏气的具体部位。这种传统的组合定性检漏法虽简单易行，但局限性也不可忽视。对距离不满足安全要求的设备需停电检漏；定性检漏仪需多次反复检测，容易受风力影响；泡沫法工作量较大，容易误判，如果在冬天气温很低时，泡沫就失去了效果。

随着状态检修的开展，带电检测对检漏提出了更高的要求，目前国内外常用的SF6检漏带电检测技术主要有紫外线电离型、高频振荡无极电离型、电子捕获型、铂丝热电子发射型及负电晕放电型。近几年发展起来的还有光声光谱检测技术[5，6]、超声波检漏技术和激光检漏技术[7，8]。激光检漏技术因其非接触、远距离和无需停电等特点，得到较多的应用，但该检漏仪存在体积笨重、需要反射背景、存在检测死角等缺陷。SF6红外辐射检漏技术有效的弥补了以上缺陷，得到越来越广泛的应用。

3 红外检漏技术

3.1 红外检漏原理

SF6气体红外检漏技术是基于红外光谱成像分析技术发展而成的新兴技术。红外光谱成像分析技术是指以分子光谱学作为理论基础，以红外热成像技术作为工具，分析、鉴别及检测特定的（如有害、特殊）气体，并能以直接观察可视图像的方式，确定其位置的技术[9]。它是红外光谱分析理论与红外成像技术结合的产物。

红外光谱分析理论认为，不同的物质具有不同的特征红外光谱，物质能最大程度地辐射和吸收对应特征频率下的红外光。这成为区分或鉴别某一种物质的重要依据。SF6气体在以10.56μm为中心的红外吸收带内对红外线的吸收和辐射能力最强，如图1所示。于是，结合红外成像技术，在SF6气体红外检漏领域出现了两个分支，即红外吸收检漏技术和红外辐射检漏技术[10]。

图1 SF6气体的红外吸收波段

红外吸收检漏技术源于气体背向散射吸收成像系统，指红外激光源主动向泄漏源打出长波红外线，SF6气体对长波红外线有很强吸收能力，此时通过背景反射到检测设备的红外线就会急剧减弱，在成像上会出现黑色烟雾状气体团，从而确定泄漏点的位置。SF6激光检漏仪就属于这一类，这种技术需要一定背景作为反射面，且检漏仪体积大、质量重，对其应用推广形成一定的局限性。

红外辐射检漏技术充分利用SF6气体在10~11μm波段辐射强的特性，采用与该波段匹配的高灵敏度、高性能红外探测器及先进的图像处理技术，被动感应10~11μm波段红外线，使得SF6气体在红外成像仪上变得清晰可见，从而实现泄漏点的查找和定位功能，成像原理如图2所示。

图2 红外辐射检漏技术工作原理

3.2 红外辐射检漏仪特点

具有灵敏度高、检测范围广、更加便携、使用安全等特点，得到更广泛的认可。

a）非接触、远距离检测。检漏仪可在距离运行设备约15m以内准确成像，不用接触被检设备，使检测人员更安全；无需停电，可大大减少检漏时间；既可用于带电巡视，也可停电检修时查找泄漏点，为状态检修的实行提供了有力条件。

b）灵敏度高，成像清晰。温度灵敏度可达到0.025℃，气体探测灵敏度可达到0.001m l/s，更容易分辨微小温差的SF6气体流；具有可调灵敏度的便捷功能，能在风速较大时检测到泄漏点。

c）检测范围广。不需要特定的反射背景，可用于检测以天空为背景的高空设备，也可用于检测开关柜、GIS等空间较小的设备。

d）操作简单，使用方便。检漏仪重量轻，便于移动，可减轻工作人员的工作量。

红外辐射检漏仪的优良特性，使其应用更加快捷、安全、高效，但仪器价格较贵，不易大量普及。

3.3 红外辐射检漏应用实例

某220 kV GIS变电站，运行人员在巡视时发现，某220 kV进线279间隔的279南隔离开关C相气室压力偏低，就快接近报警压力0.45 MPa。2012年3月，试验人员利用FLIRGF306红外辐射检漏仪对该气室罐体和各接口部位进行检漏，经过短时间的扫描，发现在279南接地开关C相绝缘盆边缘有黑色气体飘动，由于SF6气体在10~11μm波段辐射较空气强，所以黑色烟雾即为SF6气体，至于气体和后面的设备颜色，可由仪器调节，进行反差显示。

2012年4月，对279南接地开关泄漏问题进行停电处理。检修人员拆下该绝缘盆时，发现绝缘盆有一裂缝，这是引起SF6气体泄漏的主要原因。

4 红外检漏技术的应用展望

SF6气体红外检漏技术由红外吸收成像技术向红外辐射成像技术转变，说明该技术发展迅速，有广阔的市场空间。随着SF6电气设备越来越广泛的应用和状态检修的不断深入实施，红外辐射检漏仪因其轻便、灵敏度高等优点，必然被广泛普及。

目前的红外辐射检漏仪多为国外产品，虽然性能好，但价格昂贵，所以研发性能先进、价格低廉的国产设备是国内同类企业的重要任务。

高灵敏度和高分辨率为SF6气体电气设备的在线全天候检漏提供了技术条件，相信不久后将出现类似的在线检漏装置。

5 结语

随着红外光谱成像分析技术的发展和状态检修的技术要求，传统的SF6气体检漏技术正逐渐被红外检漏技术所取代。而红外检漏技术又可分为红外吸收检漏和红外辐射检漏，红外辐射检漏仪因其灵敏度高、检测范围广、更加安全、更便携等特点，比红外吸收检漏有更广泛的应用空间。

各供电企业在配备了SF6气体红外辐射检漏仪后，用其进行例行巡视和故障检查，实践证明了其检漏的实用性、高效性和安全性，为状态检修的开展提供了强有力的技术支持。

［1］ 姚唯建.SF6开关设备检测技术现状及建议［J］.电力电气，2009（13）：6-8．

［2］ 佟智勇，甄利，张远超.SF6开关设备检漏及漏点处理现场实践［J］.高压电器，2010（5）：92-94．

［3］ 高树国，郑爱全，耿江海，等.应用激光成像技术检测SF6电气设备气体泄漏［J］.高压电器，2010（3）：103-105．

［4］ 张力，卢昌华，江建国，等.激光可视检漏仪中激光能量对灵敏度的影响［J］.激光与红外，2010（3）：246-248．

［5］ 郭小凯，郑炎.基于光声光谱技术的SF6泄漏检测技术［J］.高压电器，2010（6）：89-92．

［6］ 胡红红.SF6气体定量检漏技术的探讨［J］.电工文摘，2011（3）：10-14．

［7］ 田勇，阎春生，孙立时.利用激光成像技术定位检测SF6设备气体泄漏［J］.东北电力技术，2005（12）：35-37.

［8］ 吴剑敏.激光成像技术在电力系统中的应用［J］.上海电力，2008（2）：192-195.

［9］ 王树铎.红外光谱成像分析技术的应用研究［J］.中国仪器仪表，2010（增刊）：165-168.

［10］ 甘德刚，刘曦，肖伟，等.基于红外成像检漏技术的SF6气体检漏方法研究［J］.电气应用，2011（11）：56-58.

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

刘 杨（1984-），女，山西太原人，2008年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，讲师，从事电气试验教学和研究工作；

陈昱同（1983-），男，山西大同人，2008年毕业于华北电力大学高电压与绝缘技术专业，硕士，工程师，从事电气试验工作；

郭 丽（1984-），女，山西大同人，2008年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，助理工程师，从事电气试验工作。