红外成像技术在高压变电站SF6设备状态检修中的应用

长治供电公司 齐振忠 李建忠 宁晋峰 王晓慧 崔辰晨



红外成像技术在高压变电站SF6设备状态检修中的应用

长治供电公司 齐振忠 李建忠 宁晋峰 王晓慧 崔辰晨

【摘要】将红外成像捡漏技术应用于在高压变电站SF6设备的检修中，可以更加安全、快捷、高效发现消除设备缺陷，保证SF6断路器正常运行状态。本文首先对红外成像检漏技术的现状和原理进行了介绍和分析；同时，进一步通过实例证实，在不停电的情况下，红外成像检漏技术可安全高效地确定SF6设备的泄漏点，提高现场状态检修的效率。

【关键词】SF6设备；红外成像技术；检修

1　引言

随着输变电技术的不断发展，具有理想绝缘和灭弧介质的六氟化硫（SF6）气体已经广泛应用于高压变电站中的等级断路器和组合电器（GIS）等电气设备中。

目前，设备中的SF6气体泄漏问题也时常在发生；特别是高压电气设备的SF6气体泄漏属于设备的严重缺陷，特别当此类缺陷发生在断路器、GIS和HGIS等设备时，不但会使设备的绝缘性能降低，更严重的是使灭弧室的灭弧性能降低，从而危及设备的安全运行，如不及时处理将造成十分严重的后果[1]。然而，SF6气体无色、无味、无臭的特殊物理特征增加了设备在检测过程中的难度[2]。如何高效、精准地开展状态检测工作，为状态检修提供可靠的依据将是未来工作的重点。

SF6电气设备要保持良好的灭弧和绝缘性能， 必须使内部的SF6气体保持一定密度值，而SF6气体的密度与压力曲线关系是正比例函数关系[3]。如果电气设备密封性受到破坏，SF6气体泄露会产生多方面的危害[4]，如表1所示。

表1　SF6气体泄露产生的危害

随着输变电设备状态检修的深入推广，整体密封性作为SF6电气设备状态评估中的一项内容，直接影响着电气设备检修计划的制定和执行。为维护SF6电气设备的安全稳定运行，就需要对其密封性能进行严格、有效和准确的检漏检测，又可以对漏气缺陷准确定位，及时处理，消除危害。因此，SF6检漏技术安全、精度高、快捷高效显得尤为重要。

2　SF6检漏技术现状

2.1SF6传统检漏方法

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。

（1）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。

（2）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和实际生产应用来看，定量检漏因包扎体积只能估算，且检漏过程繁复，所以现场很少采用；定性检漏因受温度、风力等环境因素的限制，应用也有很大的局限性。它们共同特点是都属于接触类检测法，设备不停电时存在很大的安全隐患。

2.2带电检测技术

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、超声波检漏技术和激光检漏技术。激光成像检漏技术主要是利用反射理论及红外吸收理论。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，存在检测死角，对其应用推广形成一定的局限性[5]。SF6红外检漏技术有效的弥补了以上缺陷，广泛的应用带电检测技术中。

3　SF6红外成像检漏技术

3.1SF6红外成像检漏技术原理

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[6]。

SF6气体作为目前最稳定的绝缘气体，与空气相比，其红外吸收特性极强。SF6气体吸收性最强的波段在10.6μm附近。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，如图1所示。

3.2SF6红外成像检漏仪特点

较之传统检测手段，如皂水查漏、手持检漏仪，以及SF6激光成像仪，SF6红外成像检漏仪具有带电、实时、非接触检测；灵敏度高，成像清晰；检测范围广；操作方便等优点，但仪器价格较贵，不易大量普及。

图1　SF6红外成像检漏仪原理图

4　应用案例

4.1应用案例1

长治某110kV变电站，某110kV出线193断路器气体压力低报警，当时气压为0.57MPa，低于额定气压0.60MPa,检修人员到现场后采用传统的手持式SF6检漏仪对断路器进行了全面检查，未发现明显的漏气部位；采用激光成像检漏仪，因SF6断路器结构原因，使得检测存在死角，也未发现明显的漏气部位；采用FLIR GF306型红外检漏仪到现场进行精确检测，检漏时未受到断路器结构的限制，如图2所示，红外检漏仪所对的位置为漏气的位置，发现该断路器B相气管与极柱连接处存在较严重的漏气现象，并对其漏气部位进行了精确定位，如图3所示。

图2　红外检漏仪现场检测

图3　193断路器漏气处红外成像截图

检修人员对该断路器B相气管与极柱连接处进行了解体检查，如图4、图5所示，发现逆止阀与对接头连接螺母内的O型密封胶圈有压挤现象，取下O型密封圈发现其存在严重的老化变形现象，并且胶圈本身由于压挤产生了多处裂痕，如图6所示。漏气正是由于O型密封胶圈存在变形及多处裂痕导致的密封不严所致，检修人员对密封胶圈进行了更换，处理完成后，对断路器重新进行了全面的红外检漏检查，未发现其存在其他漏气部位，缺陷消除送电后，进行了两次跟踪复测，至今该断路器未再发生类似缺陷。

图4　逆止阀与导气管连接螺母

图5　极柱下逆止阀

图6　受损的O型密封圈

4.2应用案例2

长治某110kV变电站，运行人员在巡检时发现某110kV进线141断路器气压为0.47MPa，明显低于额定气压0.50MPa，该断路器三相极柱连接导气管，位于断路器极柱底座外沿，如图7所示，受风、环境等因素影响，以及无法选择合适背景，激光检漏成像仪无法测量漏气部位；利用FLIR GF306型红外检漏仪进行了精确检测，如图8所示，可以看到漏气部位，虽然漏气量非常小，并对漏气部位进行了精确定位。经仔细检查，发现该焊缝处有直径越1mm的砂眼，如图9所示，导致漏气发生。

图7　断路器极柱连接气管

图8　141断路器漏气处红外成像截图

图9　漏气砂眼位置

5　结语

较之传统检测手段和激光成像检漏仪，SF6红外成像检漏仪轻巧方便、漏点定位精确、灵敏度高、检测无死角等优点更加突出。2011年至今，山西长治供电公司利用红外成像检漏仪成功定位、处理SF6电气设备漏气缺陷13处，除了上述2例SF6断路器漏气缺陷，其余11例为组合电器（GIS）漏气缺陷，在SF6电气设备状态检修过程发挥了积极的作用，确保了设备的安全稳定运行，确保了运行人员的人身安全，降低了运行维护成本，提高了供电可靠性。

同时，通过以上案例处理分析，以后我们的工作中应做到以下两方面进行防范：

（1）为防止断路器设备在运行中发生类似故障，应对断路器实行全过程管理，设计制造阶段，优先选择具有成熟制造经验、并在电网内有多年成功运行经验的断路器厂家。在安装调试阶段，选取资质齐全的安装单位，安装时避免恶劣天气环境，并做好安装记录备查。交接时对重要的技术指标应进行复查，不合格者不准投运，保证设备零隐患投运。

（2）建立和健全专业管理体系，加强对断路器设备的技术管理工作，加强对运行和检修人员的技术培训工作，使之熟悉掌握所管辖范围内高压开关设备的性能和检修的技术要求；加强新型试验手段的应用，对出现气压降低的设备采用红外检漏技术仔细排查所有可能漏气的部位，一旦发现漏气缺陷，尽快进行消缺处理。

参考文献

[1]朱建国,林捷,徐敏骅等.红外成像检漏技术在SF_6设备状态检修中的应用[J].电气应用,2013(S1):464-466.

[2]西安交通大学,清华大学合编.高电压绝缘,1980.

[3]胡伟涛,隋少臣,韩建波.红外检漏成像仪在SF6电气设备状态检修中的应用[J].高压电器,2010(10):90-92.

[4]高树国,郑爱全,耿江海.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.

[5]刘杨,陈昱同,郭丽.SF6电气设备红外辐射检漏技术的应用[J].山西电力,2014(2):39-41.

[6]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.

[7]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.

[8]甘德刚,刘曦,肖伟.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.

齐振忠（1984—），男，硕士研究生，工程师，现从事电气试验与状态检修工作。

李建忠（1981—），男，大学本科，工程师，现从事绝缘监督工作。

宁晋峰（1970—），男，大学专科，现任长治供电公司变电检修室副主管，主管一次设备检修、安全培训。

王晓慧（1986—），女，山西长治人，大学本科，工程师，现从事电气试验工作。

崔辰晨（1987—），女，大学本科，工程师，现从事电气试验工作。

作者简介：