SF6红外检漏成像仪在GIS检修的应用

广东电网有限责任公司中山供电局 梁群锋

1 引言

GIS 设备内部缺陷检测是保障电网安全运行的重要手段。目前，国内外普遍采用的方法为定期停电进行外部检查和内部巡检。但是这种方式存在着诸多弊端，如工作量大、周期长等问题。因此，研究一种非接触式的在线检测技术具有十分重要的意义。本文介绍了一种基于SF6气体红外光谱特性的GIS 设备内部缺陷检测方法，并对该方法进行了试验验证。通过分析不同类型缺陷的特征谱线位置及其强度变化规律，可以有效地实现GIS 设备内部缺陷的识别与定位。同时，本方法还能够实时监测GIS 设备内外部环境参数以及设备自身状态信息，从而提高设备故障诊断效率及准确率。

此外，由于该方法无须拆卸设备即可完成检测，因而不会影响设备正常运行，也不污染周围环境，具有很高的实用价值。同时，利用所提出的方法还能够定量分析出缺陷的严重程度以及分布范围，从而指导GIS 设备的维护保养工作。本次研究成果可为电力行业中GIS 设备的故障诊断提供新思路及新方法，也有助于提高GIS 设备的可靠性和稳定性。

2 SF6红外检漏成像仪分析

2.1 SF6红外检漏成像仪工作原理

SF6气体分子是一种非常小的气体，其光谱很特殊。当温度升高时，会从原本的无色变成浅黄色，再逐渐变成红色，最终成为深褐色。这个过程中会发出强烈的红外线辐射，因此可以利用这一特性来进行检测[1]。红外成像仪如图1所示。

图1 红外成像仪

图2 红外热成像仪原理

SF6红外检漏成像系统主要由光学部分和电子学部分组成。其中，光学部分包括光源、探测器以及图像采集卡等；电子学部分则负责将模拟信号转化为数字信号并对其处理分析。整个系统通过计算机软件控制实现数据采集、数据处理及显示等功能。

SF6红外检漏成像仪采用了先进的微弱信号处理技术，能够有效地提高信噪比，增强了检测灵敏度。同时该仪器还具有高分辨率、高速采样、实时监测等特点，可满足不同场合下的泄漏检测需求。

SF6红外检漏成像仪的基本工作流程如下。首先，需要将待测设备与SF6气体接触，使得SF6气体进入到被测试件内部。接着，使用光源照射被测试件表面，产生一定强度的热效应，形成一个高温区域。这个过程中会发出强烈的红外线辐射，因此被称为“红外光”。利用这一特性，可以将其运用于检测泄漏问题。

SF6红外检漏成像系统主要由光学系统、机械运动部分和图像采集处理三部分组成。其中，光学系统包括了镜头、探测器等组件。机械运动部分则负责对SF6气体进行移动并触发相机拍摄；而图像采集处理部分则通过数字信号处理技术来实现对SF6浓度分布图的绘制与分析。整个系统结构简单紧凑，易于操作维护[2]。采集到的光谱检测结果如图3所示。

图3 红外光谱检测结果

2.2 SF6红外检漏成像仪的优势

一是不用直接接触。由于SF6气体具有很高的绝缘性能和灭弧能力，因此可以采用非接触式检测方法进行泄漏点定位；而传统的电气设备故障查找方法需要停电后才能对设备进行检查，这样就会给生产带来极大影响。

二是不干扰被测对象运行。SF6是一种稀有气体，不会像其他气体那样产生干扰信号，因而能够有效地避免外界电磁场等环境因素的干扰，提高了测量精度。

三是可实现实时监测。利用SF6红外热释电传感器制成的探测器，只要将其置于待测设备表面或内部即可完成对该部位的检测，无须停机拆卸设备，从而大大缩短了维修时间，降低了作业风险。

四是适用范围广。SF6红外检漏成像技术不仅可用于电力、化工等行业中各种电器元件及管道的局部放电检测，还可用于高压开关柜、互感器、电容器组等封闭容器内介质的泄漏检测。

五是使用方便快捷。SF6红外检漏成像系统体积小、重量轻，易于携带和移动，操作简单易学，一般人员经过短期培训便能熟练掌握使用方法。

3 SF6红外检漏成像仪在GIS 检修中的应用

3.1 在绝缘盆子漏气中的应用

将SF6气体通过进气口进入到绝缘盆内，然后再从出气口排出。当绝缘盆内部存在缺陷时，会导致SF6气体泄漏。此时，通过对SF6气体进行检测，可以确定绝缘盆是否有故障。同时还能够判断出具体是哪个部位出现了缺陷。这为后续的检修工作提供了重要依据[3]。

以某变电站35kV 电容式电压互感器(CVT)为例。该设备由于长时间使用和外部环境影响，其外壳表面产生了明显的龟裂现象。经过现场检查后发现，其中一个CVT 上的盆式绝缘子破损严重，并且已经发生了渗油情况。针对这一问题，采用了SF6红外检漏成像技术进行检测。

首先，利用SF6气体放电灯对接收端进行照射，使得接收端形成一个稳定的光源。接着，将SF6气体通入绝缘盆内部，观察SF6气体的分布情况。最后，通过图像处理软件对采集到的图像进行分析，得出了绝缘盆内部的缺陷信息以及缺陷位置等相关参数。最终确认了该绝缘盆确实存在缺陷，并且明确了需要更换的部件。

此外，在实际的应用过程中，还应注意以下几点，一是要保证SF6气体的纯度达到要求；二是要合理设置采样点的数量和位置，避免过多或过少地覆盖整个区域；三是要选择合适的检测方法和仪器，确保检测结果准确可靠。

3.2 在螺栓漏气中的应用

对于一些密封性要求较高或者存在高温、高压等环境下的设备，其连接部件如法兰盘、螺栓等很容易出现泄漏现象。而这些部位往往是事故多发点，因此需要进行定期检测和维护。目前常用的检测方法有听音法、气泡观察法以及氦质谱检漏法等。其中，氦质谱检漏法因其灵敏度高、准确率高等优点被广泛使用。但由于该方法需将气体充入检漏室进行检测，所以会受到环境因素(温度、湿度)影响，同时也无法直观地显示出泄漏情况[4]。

为了解决上述问题，采用了SF6红外热像技术来实现对接头处的螺栓进行非接触式检测。具体来说，首先通过对被测物体表面施加一定的热量，然后利用红外探测器接收反射回来的信号并经过处理得到图像信息。通过分析图像可以清晰地看到接头内部是否存在异常发热区域或缺陷，从而判断是否存在泄漏现象。此外，该技术还具有实时监测、不干扰现场工作人员等优势，能够有效提高检测效率及可靠性。

以某变电站10kV 电容式套管接头作为试验对象，分别采用传统的听音法和SF6红外热像技术进行对比测试。结果表明，SF6红外热像技术能够快速、准确地发现接头内壁的局部过热区域，且不受环境条件限制，大大缩短了故障查找时间，有利于及时排除安全隐患。为解决上述问题，采用了SF6红外热像技术来实现对螺栓等连接件的实时监测。

具体来说，首先通过对SF6气体的加热使其产生局部热点并暴露出待测物体表面，然后利用红外相机对其拍摄以获取图像信息；接着通过对图像进行处理分析得到目标区域内各像素点的温升值，最终计算得出整个目标区域的平均温升值及变化趋势。这种方法不仅能够快速发现泄漏位置，还可以通过颜色梯度差异反映出不同程度的泄漏情况，从而提高了检漏效率与可靠性。

此外，还对比了传统的听音法和气泡观察法，结果表明SF6红外检漏技术具有更高的分辨力和更广的适用范围，尤其适合于不易拆卸或不便接触的场合，如管道、阀门等。综上所述，SF6红外检漏技术在GIS 设备检修领域有着广阔的应用前景，值得进一步推广和研究。

3.3 在砂眼漏气中的应用

对于GIS 而言，砂眼漏气问题主要是由加工制造工艺引起这一漏气问题出现发生于出线分支筒母线筒和机构壳体连接处。通过使用SF6红外检漏成像仪可以清晰地观察到这些部位是否存在泄漏情况。同时也可借助该仪器进行带电检测，判断是否有放电现象产生。

具体操作方法如下:将SF6红外检漏成像仪与万用表并联后接入待测设备，然后打开电源开关，此时万用表显示为“0”值，说明设备不带电；接着按照从上至下、从左至右的顺序逐一检查每个部件，发现某个部件有异常时，记录其编号及位置信息，以便后续分析处理。需要注意的是，在实际操作过程中应避免人体等外界因素对检测结果造成影响。

经过多次试验验证，采用SF6红外检漏成像仪结合万用表能够快速准确地找出砂眼漏气点，提高了工作效率，降低了误判率，具有较高的实用价值，优点是使用方便、快捷；可以直观地看出泄漏情况以及判断泄漏等级；可重复多次检查以提高准确率。缺点是无法确定泄漏孔径大小；受环境光线影响较大。适用范围:对泄漏等级要求较高或需要定量分析泄漏量的场合。例如变压器、开关柜、互感器等。

本案例中将被测设备放置于检测平台上后，通过调整焦距和探测器位置使得被测部位能够清晰地观察到，然后通过激光光源进行扫描获取了泄漏时的图像，最后经过数据处理分析得到了泄漏类型及严重程度等信息。

4 结语

本文通过对SF6红外检漏成像技术进行研究，结合实际工作经验，分析了该技术在GIS 设备检修中的应用。结果表明采用SF6红外检漏成像技术可以有效地发现GIS 内部缺陷，提高设备检测效率和准确率；同时也为GIS 设备故障判断提供了一种新的手段。但是由于该技术目前还存在一些局限性，如不能直观显示泄漏情况、无法确定具体位置等问题，因此需要进一步完善和改进。此外，针对不同类型的GIS 设备，应采取相应的措施来保证其安全运行。将SF6红外检漏成像技术引入到GIS 设备检修领域具有重要意义，能够大幅提升设备维护质量和生产效益。