X射线数字成像技术在GIS设备吸附剂罩材质识别中的应用

庞先海，景 皓，沈 洋，李晓峰

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021;2.国网河北省电力公司正定县供电分公司，石家庄 050800)

目前，GIS 设备大量应用于电网，且比例越来越大，如何维护GIS 设备已是实际面临的难题［1］。为及时发现故障或缺陷征兆，避免重大事故，同时减少盲目的定期检修所造成的停电、人力物力的浪费和可能的设备损坏，研究新型的有效的检测技术成为必要［2］。X 射线数字成像技术实现了GIS 设备带电状态下内部结构的“可视化”检测，特别是能够有效识别GIS 设备内部吸附剂罩材质，克服超高频、超声波等带电检测技术无法识别GIS 内部吸附剂罩材质的缺陷，补充了GIS 设备的检测手段，为开展电网设备状态检修提供了有力的技术支持［3］。

1 GIS 设备吸附剂罩缺陷

吸附剂罩作为GIS 内部盛放吸附剂的容器，一般为不锈钢材质，但部分设备制造商为降低成本，使用塑料材质的吸附剂罩。塑料材质吸附剂罩存在下列问题:一是GIS 多安装在室外，随季节变化骤冷骤热易造成塑料材质老化，最终引起破损;二是吸附剂自身有一定质量，对于在GIS 顶部或侧面安装的吸附剂罩，长时间在吸附剂质量作用下易发生变形破裂;三是塑料材质热膨胀系数为80 ～120 μm/℃，不锈钢材质热膨胀系数为14 ～16 μm/℃，两者差别较大，在温度变化时，GIS 金属壳体热胀冷缩程度要小于塑料吸附剂罩，因此尺寸越大的吸附剂罩破损越严重［4］。

GIS 设备内部绝缘介质为SF6气体，该介质电场均匀程度受杂质影响较大，当GIS 内部存在杂质或微粒后，易发生绝缘击穿放电故障［5］。事实证明，如果运行中的GIS 内吸附剂罩破裂造成吸附剂掉落，将引起GIS 内部放电故障［6］。

2 X 射线数字成像技术检测原理及方法

2.1 检测原理

X 射线穿过物质时，会存在吸收、散射等情况，其穿透能力由物质的密度、质量吸收系数等性质决定［2］。X 射线穿透被检设备后照射在涂有感光材料的X 射线感应板上，并在其上面记录透过的X 射线强度，X 射线照射量决定了感应板上每个点的黑化程度［7］。因被检设备不同部位的材料性质和厚度存在差异，透过被检设备的X 射线强度也存在差异，致使X 射线感应板上存在黑度差异，经扫描仪扫描并转换后形成平面影像［8］。

2.2 检测方法

移动式X 射线数字成像(CR)检测系统，采用先进的CR 成像技术，其部件主要由X 射线源、X 射线感应板、感应板扫描仪和图像分析处理系统等组成［7］。现场操作时，让X 射线源靠近被测设备，射线出口对准需测区域中心，感应板放在被测设备正背面。照射完成后将感应板取回、扫描，并将数据传入上位机，根据图像效果判断是否调整参数或位置进行重新照射。

3 GIS 设备吸附剂罩X 射线透视模拟试验

3.1 不锈钢材质吸附剂罩试验

为有效排查现场运行设备中塑料材质吸附剂罩，首先进行GIS 设备不锈钢材质吸附剂罩模拟试验，将现场实测显示和模拟试验影像进行对比，确定吸附剂罩的材质。不锈钢材质吸附剂罩主要存在以下特点:吸附剂罩网孔清晰明显;吸附剂罩和底片相比轮廓清晰易见;吸附剂罩边缘无棱角。不锈钢吸附剂罩网孔和轮廓清晰主要是因为吸附剂罩较为厚实、不锈钢密度较大，增大了X 射线透视的难度，增加了吸附剂罩处的对比度。吸附剂罩边缘无棱角主要因铸造工艺造成，同时无棱角也降低了吸附剂罩处的电场强度。

3.2 塑料材质吸附剂罩试验

塑料材质的吸附剂罩主要有2 种，一种是带棱角的吸附剂罩，一种是带倒角的吸附剂罩。塑料吸附剂罩主要存在以下特点:塑料吸附剂罩网孔不清晰;部分塑料吸附剂罩边缘有棱角;塑料吸附剂罩因材质较薄，密度较小，与底片相比轮廓不清晰;塑料吸附剂罩能够清晰看出吸附剂(分子筛颗粒)。

4 X 射线数字成像技术的现场应用

4.1 110 kV GIS 吸附剂罩检测

某110 kV 变电站母线气室吸附剂罩X 射线影像如图1所示，避雷器气室吸附剂罩影像如图2所示。由图1可知，该母线气室吸附剂罩网孔、轮廓明晰，应为金属吸附剂罩;由图2可知，该避雷器气室吸附剂罩网孔、轮廓均不清晰，且能够清晰看出吸附剂影像，应为塑料吸附剂罩。

图1 110 kV 母线气室吸附剂罩

图2 110 kV 避雷器气室吸附剂罩

4.2 220 kV GIS 吸附剂罩检测

某变电站220 kV GIS 各气室吸附剂罩X 射线影像如图3所示。其中，图3(a)为母线隔离开关气室，图3(b)为电缆头气室。

由图3可知，母线隔离开关气室具有明显金属倒角轮廓，细看有网孔存在，应为金属吸附剂罩。电缆头气室吸附剂罩网孔、轮廓均不清晰，且能够清晰看出吸附剂影像，应为塑料吸附剂罩。

图3 某220 kV 变电站各GIS 气室吸附剂罩

4.3 500 kV GIS 吸附剂罩检测

某500 kV 变电站断路器气室吸附剂罩X 射线影像如图4所示，电流互感器气室吸附剂罩影像如图5所示。由图4可知，该断路器气室吸附剂罩网孔、轮廓明晰，应为金属吸附剂罩;由图5可知，该电流互感器吸附剂罩网孔不清晰、轮廓不分明且能够清晰看出吸附剂影像，应为塑料吸附剂罩。

图4 500 kV 断路器气室吸附剂罩

图5 500 kV 电流互感器气室吸附剂罩

5 结束语

以上分析了GIS 设备塑料材质吸附剂罩存在的缺陷，使用移动式X 射线数字透视成像系统，实现了将X 射线数字成像技术应用于GIS 设备吸附剂罩缺陷的“可视化”检测，避免了因设备状态检测造成的停电，解决了吸附剂罩缺陷难以有效识别和判断的重大难题。该技术可成功发现塑料吸附剂罩缺陷，为GIS 设备状态检修工作提供了强有力的技术支撑。X 射线数字成像技术应用能够提高GIS设备运行维护水平、减少停电检修时间、降低故障率，确保设备安全和提高供电可靠性。

［1］李建基.高压开关设备实用技术［M］.北京:中国电力出版社，2005.

［2］郑世才.射线检测［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［3］郑世才.射线实时成像检验技术［J］.无损检测，1996，18(7):512-514.

［4］巫松桢，谢大荣，陈寿田，等.电气绝缘材料科学与工程［M］.西安:西安交通大学出版社，1996.

［5］林 莘.现代高压电器技术［M］.北京:机械工业出版社，2002.

［6］印 华，邱毓昌.GIS 中局部放电测量用超高频方法的研究［J］.高电压技术，2004，30(10):19-20.

［7］闫 斌，何喜梅，吴童生.GIS 设备X 射线可视化检测技术［J］.中国电力，2010，43(7):44-47.

［8］余长江，王激光，郑西振.射线探伤装置［M］.北京:机械工业出版社，1994.