红外成像法在GIS设备SF6气体检漏的应用

王义平，蔡雪峰，黄成吉

（1.广州华润热电有限公司，广东广州 511455；2.广东电网公司电力科学研究院，广东广州 510080）

0 引言

SF6气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)因其占地面积小、可靠性高等优点广泛应用于电力系统。SF6气体具有无色无味的特性，GIS设备内部通常以0.4～0.6 MPa的SF6气体作为绝缘和灭弧介质[1]。如果设备出现密封性缺陷，SF6气体会因为内外压差泄漏到大气中，会有以下弊端[2-3]：

（1）引起高压带电设备内部绝缘性能下降，形成安全隐患；

（2）SF6气体是一种强温室效应气体，气体泄漏会污染环境；

（3）需要不断补充SF6气体以维持运行，增加生产成本。

传统的SF6气体检漏方法有皂水法和声光报警法。皂水法简单直观，但需逐个部位涂抹观察，工作量大；声光报警法使用检漏仪器沿设备表面移动监测，还可配合局部包扎法进行，检测仪器根据气体泄漏量的大小发出相应等级的警告信号，该方法经多次比较验证以确定漏气部位，灵敏度高，缺点信号是受操作不当或现场环境（例如：风量）的干扰，此外这两种方法需要测试人员接近被测设备，而不能探测高压带电设备的本体[4]。

红外成像法是近年来兴起的新技术，能使泄漏的SF6气体以动态烟雾的形式呈现在检测仪器的显示画面中，操作方便，直观有效，是一种快速安全的现场查找漏气部位的方法[5-8]。

1 红外成像法的检测原理

波长在0.75～1 000μm之间的电磁波被称为红外光，具有连续波长的红外光通过物质时，其中某些波长的光被吸收，形成特定的红外吸收光谱，SF6气体的红外吸收特性很强，其吸收光谱主要集中于10.55μm处，见图1所示。基于该原理，红外成像法在由衍射光学元件完成成像和色散的基础上，通过滤波器将工作波段调至包含上述波长的窄带(10～11μm)，则使无色无味的不可见SF6气体异于背景图像，在仪器的取景器上清晰可见[9]。

图1 SF6气体红外吸收光谱图

2 现场GIS设备SF6气体泄漏问题描述

某电厂220 kV GIS设备型号ZF11-252(L)，共有9个间隔，50个独立气室。2009年6月投入运行。从2012年9月开始，#1主变间隔2 M刀闸气室的SF6气体压力下降，其额定压力为0.50 MPa（20℃），多次气体补充后计算该气室漏气量不大，但气室容量较小，所以年漏气率较高，此外该气室泄漏点还有隐蔽性和间歇性的特点，例如有时该气室压力维持三个月保持不变。电厂组织多次、多方法查漏均无效果，气室漏气点一直无法准确定位，该气室长期处于观察和持续补气状态。

鉴于现场仪表误差、昼夜温差的因素会导致SF6气体密度继电器显示的压力偏差，以及无法预测即将出现的漏气量，该电厂采取的SF6气体补气原则为：SF6气体密度继电器显示压力低至0.46～0.48 MPa时，均补气至0.51～0.52 MPa。该电厂从发现漏气到2014年9月的历次补气记录见表1所示。

GB/T 8905-2012《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》、DL/T 618-2011《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》等相关规程规定[10-11]：每个气室的年漏气率不大于0.5%。根据GIS设备气室压降检测的常用计算公式Fy=36 500△P/△t（P+0.1），其中计算公式的年漏气率为Fy，计算期间的天数为△t，气室SF6气体压降为△P（单位MPa）[12]，可计算出该气室从发现漏气以来各月的年漏气率，变化曲线如图2所示。

表1 #1主变间隔2M刀闸气室SF6气体压力记录

图2 气室年漏气率变化趋势曲图

从2012年9月至2014年9月，电厂技术人员先后进行了四次皂水检漏，三次将气室分块包扎后使用三种不同的专用检漏仪器进行检漏，均未发现气室的漏气点，使用过的三种检漏仪器特性见表2所示。

表2 三种常规SF6气体检漏设备及特性

3 红外成像检漏情况

多次常规检漏无效的情况下，2014年9月该电厂使用了红外成像检漏技术，专用红外成像检漏设备在现场很快就检测到漏气位置为C相接地刀闸的转动轴处，泄漏的SF6气体顺着转动轴，沿着轴套内侧进入操作机构箱，见图3所示。该机构箱在运行时四周密封，箱体上仅留有一个通风孔和两个控制电缆输出孔，在未打开机构箱盖板前，红外成像仪检测到通风孔和控制电缆输出孔外接蛇皮管的漏洞处有持续性气体冒出，打开机构箱盖板后发现有气体从转动轴处漏出，根据设备的构造，很容易定位到C相接地刀闸转动轴处漏气，而该气室其他位置未再发现有漏气点，该漏气部位在机构箱内，无法用皂水法进行检漏，对于常规的声光报警检漏仪器也属于检测盲区。

图3 现场SF6气体漏气点描述

4 红外成像仪选型对查漏效果的对比

红外成像检漏技术能高效解决SF6气体泄漏点查找的难题，泄漏的SF6气体在专用红外成像检漏仪中呈现连续的烟雾状态，直观清晰，该检漏仪属于气体型红外成像仪器，尤其是针对SF6气体，而常规的红外成像仪则无此项功能，电厂技术人员选择一款常规型红外成像仪器和气体专用型仪器的现场检漏效果进行对比，仪器参数见表3所示，现场测试效果对比见图4和图5所示。

表3 常规红外成像仪和气体专用型仪器的参数对比

5 结语

检测案例表明红外成像法对GIS设备SF6气体泄漏点定位准确，能为设备检修方案制定提供可靠的依据。红外成像法相比传统检漏方法有以下明显优势：

图4 两种红外成像仪测试效果图对比1

图5 两种红外成像仪测试效果图对比2

（1）检漏时可避免测试人员攀爬设备等高处作业，能与高压带电设备保持足够的距离，保证了人身安全；

（2）红外成像法不受夜晚或光亮限制，适用性好，对现场设备检漏以平面为单位进行成像记录，区别于传统方式的逐点检测模式，提高了检测效率；

（3）GIS设备的结构和外观具有不规则的特点，红外成像法能检测到传统方法无法触及的盲区部位。

［1］ 孟玉婵，朱芳菲.电力设备用六氟化硫的检测与监督［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［2］ 佟志勇，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］杨振宇，何正兴，俞澄一.晋陵变220 kV GIS的漏气检修及其相关问题［J］.高压电器，2010（6）：93-97.

［4］张新中.气体绝缘开关柜漏气问题的分析与处理［J］.高压电器，2010（6）：93-96.

［5］王伟，冯新岩，牛林，等.利用红外成像法检测GIS设备SF6气体泄漏 ［J］.高压电器，2012（4）：84-86.

［6］张军，张虹.负电晕放电在SF6气体泄漏检测中的应用研究［J］.仪表技术与传感器，2010（6）：107-108.

［7］徐元哲，刘县，胡智慧，等.光学式SF6断路器的泄漏检测技术［J］.高电压技术，2009（2）：250-254.

［8］吴变桃，肖登明，尹毅.GIS中SF6气体泄漏光学检测新技术［J］.高压电器，2005（2）：116-118.

［9］吕超，胡晓光.基于吸附势理论的SF6高压电器设备气体绝缘状态预测［J］.中国电机工程学报，2006（1）：151-154.

［10］GB/T 8905-2012.六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则［S］.

［11］DL/T618-2011.气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程［S］.

［12］河南平高电气股份有限公司.ZF11-252（L）型气体绝缘金属封闭开关设备［Z］.2012.