X射线数字成像检测设备的GIS设备典型缺陷检测技术

李庆钊 张迅达 叶芳 李田 傅思伟

摘要：文章介绍了一种采用X射线数字成像技术对GIS设备中典型缺陷进行检测的手段。对天津某变电站110kV GIS断路器进行X射线无损检测，并提供了一种尺寸测量方法。经过实验对照，证实X射线数字成像技术能够直观、定性地对GIS内部结构进行观察，为检修提供参考。

关键词：X射线数字成像检测;GIS;无损检测;断路器

中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0107-02

0 引言

GIS（气体绝缘组合电器设备）是由断路器、母线、隔离开关、电流和电压互感器、接地开关、避雷针、套管和过渡元件等组成，将这些组装在Al制壳体内，用SF6气体充满整个壳体，保证了导体对之间、外壳、断口和断口间的可靠绝缘。

GIS内部结构紧凑的特点主要应用在66kV及以上电压等级的高压输变电系统中[1]。因此保證GIS设备服役的可靠性是确保电力系统稳定运行的关键一环，如果GIS设备发生故障，将会导致电力系统突发停电，造成巨大的经济损失[2-4]。因此准确检测出其内部可能存在的缺陷对保证GIS设备的可靠运行，以及保证整个电力系统的安全工作具有举足轻重的意义。目前，在GIS设备中，一般采用超声波法、超高频法、SF6气体分解检测法等无损检测方法对GIS设备进行检测，在上述方法中都是通过GIS非电流特征的改变来对内部状态进行预测判断，属于间接检测方法，但都只能给出一个大致的判断，无法在GIS设备中准确的定位出缺陷位置[5]。随着X射线技术的不断发展，利用X射线对GIS设备进行检测判断越来越直观和准确。

现今，在生产中有多重检测手来确保输变电设备的可靠稳定性能，但是大部分手段都无法进行定性的判断，有一些只能在发生故障时给出某些部分的问题，在不解体设备的情况下无法得出准确的判断[6]。为了解决这种情况，X射线数字成像技术成为了GIS设备无损检测中可靠的手段之一。

1 X射线数字成像检测方法的可行性分析

X射线数字成像系统由X射线发射机和成像设备两个部分组成，与X射线检测系统相似。如图1所示，在X射线穿透检测期间，根据被检测件中不同部位以及缺陷对X射线的吸收能量的不同导致的射线能量衰减情况的不同，使得其在数字平板上获得的能力也不同，最终获得不同表现形态的透射照片，进而得以区分设备中的缺陷和设备结构。

X射线数字成像检测技术是采用无法弯曲的平板接收X射线，在平板探测器上覆盖的晶体电流会将X射线管子信号转化为数字化电路信号，直接将图像呈现在计算机上。DR（X射线数字成像检测技术）技术比CR技术具有更快的速度，更高的效率等优点。而且CR图像灰度只有12位，时间分辨率差，DR技术获得的图片质量远远高于CR技术，最终获得的图片也不易失真。因此基于上诉优点，DR技术逐渐成为X射线数字成像检测技术的主流技术之一[7]。

2 GIS设备主要缺陷

GIS具有高可靠性和稳定性的特点，但是如果生产中的环节控制不当，会出现接触，散落金属颗粒，电位悬浮，灰尘，金属尖端等缺陷出现，一旦这些缺陷没有得到修补，可能会发生故障，造成巨大的影响和经济损失[8]。在GIS设备中主要存在5中典型缺陷：导体接触不良，金属尖端，散落金属颗粒，绝缘子表面金属颗粒，绝缘子裂纹气泡。

2.1 内部异物类缺陷

在GIS设备使用，维修，组装时可能会发生工具的遗落，装配体的掉落，干燥剂散落等情况，导致此类缺陷的出现。由于安装、维修人员的疏忽会导致GIS罐体的底部出现扳手等金属类工具，会造成内部放电，最终造成GIS设备故障。装配体异物类缺陷[9]：主要是在GIS 设备底部出现多余的零部件。可能由于安装，维修时掉落，也存在由于运输过程导致内部设备上的装配体配件掉落。GIS设备内部异物类缺陷图2所示。

2.2 内部装配体缺陷

装配体缺陷主要是由于安装时的错位，划伤，运行过程中震动松动等导致的。这类缺陷包括螺丝松动，吸收剂屏蔽罩松动，隔离开关合闸不到位以及密封槽内密封圈安装缺陷。屏蔽罩缺陷图3所示。

如果GIS母线导电杆上出现限位止钉的漏装，会出现母线相对位移的情况，导致触头离开正常位置，最终导致动静触头接触面积变小，在工作电流长时间的作用下持续加热，导致动静触头损坏，母线出现跳闸现象[10]。端部间隔限位止钉图4所示。

3 X射线DR检测技术的应用

在GIS设备中，断路器是控制和保护电路安全稳定的重要设备之一。在以往事故中，出现过由于固定喷口的上压环和下压环的安装不到位导致断路器在动作过程中出现零件脱落等情况，最终导致断路器的严重烧毁。GIS断路器透照参数表1所示。

在某变电站110kV GIS设备进行X射线DR检测拍摄，对断路器部位进行拍摄，获得图5。图5中的左图主要为断路器的动触头，可以从图中清晰的观察到动弧触头，动主触头等。在右图中可以观察到清晰的静主触头等细节。可以通过该部分的X射线透射照片对各部件结构进行检查，判断是否发生变形，烧损，脱落等故障，因此可以在不停电的情况下对断路器进行检测，发现是否存在缺陷。

通过利用DR检测软件Rhythm Review中长度测量工具对所拍摄的照片尺寸进行测量，通过照片中某部位的实际长度来获得相应的放大倍数，最终计算实际设备中各个部位的长度，确定关键部位是否存在松动，紧固不到位等情况。图6为触头部位局部方法图，在拍摄过程中，成像直板紧靠GIS管道，因此其放大倍数为1。从图中可知，在触头和触座之间存在一定长度的间隙，以便发热时的自由伸缩，但是如果此间隙过大，超过其设计尺寸，会造成合闸不到位，引发故障。

4 结语

X射线数字成像系统检测技术逐渐开始在电力系统中得到广泛的应用。该技术可以实现在服役状态下，对带电的GIS设备进行无损检测，从而可以直接有效的对GIS设备内部情况进行观察和判断，对GIS设备内部可能存在的缺陷进行识别，并对缺陷尺寸进行定量的测量，提高GIS设备运行的可靠性，降低以往检修所花费的人力财力，也保证电网安全稳定的运行。

参考文献

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[3] 詹花茂，姚林志，李志兵.252kV GIS隔离开关特快速暂态过电压试验中触头间隙重复击穿过程研究[J].電网技术，2014，38（09）：2570-2574.

[4] 段韶峰，赵琳，李志兵.GIS中VFTO、VFTC统计特性试验和仿真方法研究[J].电网技术，2015，39（12）：3634-3640.

[5] 丁登伟，高文胜，刘卫东.GIS结构尺寸对局部放电特高频信号的影响[J].电网技术，2013，37（10）：2850-2854.

[6] 张涛，谢利明，张雪超.基于DR的输变电设备缺陷检测技术的应用[J].内蒙古电力技术，2017，35（06）：89-92.

[7] 许焕清，马君鹏，王成亮.GIS设备典型缺陷的X射线数字成像检测技术[J].电网技术，2017，41（05）：1697-1702.

[8] 王达达.X射线数字成像技术对GIS设备典型缺陷的可视化无损检测[A].云南电网公司、云南省电机工程学会.2011年云南电力技术论坛论文集（入选部分）[C].云南电网公司、云南省电机工程学会：云南省电机工程学会，2011：10.

[9] 刘衍，周友武，徐鹂.X射线数字成像技术在GIS检测中的应用研究[J].江西电力，2014，38（06）：72-74.

[10] 刘高飞，云峰，王志惠.X射线成像检测技术在电网GIS母线中的应用[J].青海电力，2015，34（01）：42-44.

Abstract：This paper introduces a method of using X-ray digital imaging technology to detect typical defects in GIS equipment. The 110 kV GIS circuit breaker of a substation in Tianjin was tested by X-ray nondestructive testing， and a method of dimension measurement was provided. Through experimental comparison， it is confirmed that the X-ray digital imaging technology can visually and qualitatively observe the internal structure of GIS， providing reference for maintenance.

Key words：X-ray digital imaging detection; GIS; non-destructive testing; circuit breaker