射線數(shù)字成像（DR）技術(shù)在電力工業(yè)檢測中的應(yīng)用

高 闊，于 虹，郭鐵橋

（1.華北電力大學(xué) 云南電網(wǎng)公司研究生工作站，昆明 650217；2.云南電力研究院 高壓研究所，昆明 650217；3.華北電力大學(xué) 機械工程系，保定 071003）

電流互感器的安全運行對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行有著重要意義，在現(xiàn)場施工安裝中應(yīng)給予充分保證［1］。對于配網(wǎng)側(cè)電流互感器的常用檢測方法有耐壓、絕緣電阻、局部放電等分析方法以及出廠試驗、定檢預(yù)試等，這些方法僅能了解缺陷的外部物理參數(shù)和所處的大致區(qū)域，而不能對設(shè)備內(nèi)部缺陷或故障進(jìn)行定位和定性，不利于制定檢修策略。

1 X射線數(shù)字實時成像系統(tǒng)

X射線檢測技術(shù)作為工業(yè)射線檢測的重要手段，廣泛應(yīng)用于材料測試、食品檢測、制造業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工等方面［2］。X射線無損檢測成像技術(shù)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)膠片成像技術(shù)、數(shù)字存儲熒光體成像CR技術(shù)（Computer Radiography）和數(shù)字?jǐn)z影成像DR技術(shù)（Digital Radiography）的發(fā)展過程［3］。

X射線數(shù)字成像DR技術(shù)是目前最先進(jìn)的數(shù)字成像技術(shù)，它比傳統(tǒng)膠片成像技術(shù)和數(shù)字存儲熒光體成像CR技術(shù)更具有優(yōu)勢［4］，其具有成像質(zhì)量高、速度快、可以做到實時成像顯示并能實現(xiàn)在線檢測等優(yōu)點［5］。由于干式電流互感器全封閉式的結(jié)構(gòu)特點，使其在檢測過程中無法對其缺陷類型進(jìn)行分析。X射線數(shù)字成像技術(shù)DR能夠在設(shè)備不停電、不解體的情況下，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行透照，直觀、可視地確定缺陷位置、程度和性質(zhì)。因此，DR檢測技術(shù)為電力設(shè)備的故障檢測提供了一種新的思路和方法。

2 故障試驗分析

某供電局220kV變220kV號1主變壓器第I套保護(hù)比率差動保護(hù)動作，220kV號1主變220 kV側(cè)201，110kV側(cè)101，35kV側(cè)301斷路器跳閘。發(fā)生故障后，首先對相關(guān)電流互感器的二次回路進(jìn)行檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，懷疑為電流互感器的故障導(dǎo)致的事故，于是對其進(jìn)行試驗性檢測，觀察其是否存在缺陷。該電流互感器為電磁式環(huán)氧樹脂絕緣的全封閉式結(jié)構(gòu)，常規(guī)檢測僅能了解其缺陷的大致故障區(qū)域，具體的缺陷形式和發(fā)生故障的原因無法做出分析。因此，筆者綜合常規(guī)的電流互感器故障檢測方法和X射線數(shù)字成像方法，制定了一套詳細(xì)的故障試驗檢測流程。

首先選取B相TA（電流互感器）進(jìn)行對比分析，B相TA與C相TA為同一廠家的同一批次產(chǎn)品。然后對故障TA進(jìn)行絕緣電阻試驗，觀察其絕緣狀態(tài)是否正常。然后對故障TA按照其銘牌規(guī)定的要求進(jìn)行耐壓試驗。接著對故障TA進(jìn)行勵磁試驗，測得其拐點電壓、拐點電流以及該電流互感器在25和27℃時的電阻換算值。在不同電壓等級下進(jìn)行局放試驗，觀察故障TA局放圖譜。并在不同電壓等級下觀察其紫外成像圖和紅外成像圖，看是否存在明顯放電現(xiàn)象或局部明顯過熱現(xiàn)象。

在以上試驗過程均無法發(fā)現(xiàn)缺陷位置和類型后，使用X射線數(shù)字成像DR檢測系統(tǒng)，對其進(jìn)行X射線透照，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果遇特殊情況無法繼續(xù)后續(xù)試驗的，直接用X射線成像系統(tǒng)對其進(jìn)行檢測。

2.1 絕緣電阻測量

對損壞的C相TA與未損壞的B相TA進(jìn)行了絕緣電阻測試，測試結(jié)果如表1所示。

通過絕緣電阻測試，可以明確C相TA一次繞組與二次繞組直接絕緣擊穿。由于絕緣已被擊穿，后續(xù)耐壓試驗、勵磁試驗、局放試驗等無法繼續(xù)進(jìn)行。故對故障TA進(jìn)行X射線透照，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

表1 絕緣電阻測試結(jié)果 MΩ

2.2 X射線數(shù)字成像檢測

對C相TA及B相TA進(jìn)行X射線成像檢測，按圖1所示對試驗設(shè)備進(jìn)行布置。設(shè)置的X射線機的參數(shù)為：曝光時間2s，采集次數(shù)4次，電壓300 kV，電流3.0mA，焦距750mm。

圖1 電流互感器X射線成像檢測設(shè)備布置圖

試驗所選用的平板探測器為GE公司生產(chǎn)的DXR 250V型成像板，其基本參數(shù)見表2。

表2 平板探測器的基本參數(shù)

通過觀察拍攝到的兩個TA的X射線成像圖像可以看出，B相TA的二次繞組引線位于TA底部，比較整齊，環(huán)氧樹脂澆注整齊，無氣泡、雜質(zhì)等。而C相TA的二次繞組引線飛出，有部分引線交疊并呈現(xiàn)彎曲，引線比較凌亂，并且發(fā)現(xiàn)二次引線距離一次側(cè)銅板過近。圖4為對比銘牌在X射線圖像上找到的C相TA二次繞組引線與二次出線端子的對應(yīng)圖。

圖2 B相TA的X射線成像

圖3 C相TA的X射線成像

圖4 C相TA二次繞組引線與二次出線端子對應(yīng)圖

從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，1S1端子的二次引出線距一次繞組較近，初步推斷為由于該位置擊穿導(dǎo)致C相TA擊穿。通過觀察X射線圖像可知，該電流互感器質(zhì)量存在制造固有缺陷，由于在澆注前未對二次引線進(jìn)行固定或者固定不牢靠，導(dǎo)致在澆注中二次引線飛出，距離一次端過近，并且發(fā)現(xiàn)二次端的引線是以對折結(jié)構(gòu)的形式封閉在環(huán)氧樹脂內(nèi)，可能存在應(yīng)力，導(dǎo)致在澆筑后二次引線在此處形成空穴，引起局部放電。一旦局部放電形成，在孔穴處會產(chǎn)生活性氣體（臭氧、氧化氮）腐蝕局部絕緣，造成不可恢復(fù)的損傷，隨著腐蝕程度的逐漸加大，經(jīng)過一段時間的運行，造成絕緣性能的不斷下降，最終導(dǎo)致突發(fā)性絕緣擊穿短路，造成主變差動保護(hù)［6－7］。

2.3 解體后觀察

為了驗證X射線檢測的正確性，對C相TA進(jìn)行了解體觀察（圖5）。

圖5 C相TA解體圖

圖6 C相TA局部放電通道示意圖

由圖5解體圖片觀察分析，在故障TA二次繞組1S1處出現(xiàn)大量的碳化痕跡，如圖6所示，并在解體過程中伴有異味氣體溢出。通過觀察解體后二次繞組1S1處周圍的環(huán)氧樹脂碎塊（圖5）發(fā)現(xiàn)，其二次繞組引線周圍存在明顯的空隙，碎塊表面并有大量的爬電痕跡存在，驗證了在電流互感器解體前，僅憑X射線圖像分析的事故原因。

2.4 試驗結(jié)論

通過對35kV環(huán)氧樹脂型電流互感器的故障試驗分析，發(fā)現(xiàn)了該互感器在制造工藝中出現(xiàn)的問題，并對其造成的影響進(jìn)行了分析。驗證了用X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)對配網(wǎng)側(cè)固體絕緣設(shè)備透視檢測的可能性。利用該技術(shù)能夠在電流互感器不解體、不停電的前提下，配合電流互感器缺陷的常規(guī)檢測方法，準(zhǔn)確、快速地診斷出缺陷方式和性質(zhì)，為配網(wǎng)側(cè)電力設(shè)備的故障診斷提供了新的方法，同時該技術(shù)為設(shè)備狀態(tài)檢修和輔助決策提供了依據(jù)。

3 結(jié)語

建議在今后的設(shè)備入網(wǎng)檢測過程中，加入X射線數(shù)字成像技術(shù)的檢測，在常規(guī)檢測方法無法檢測出異常的情況下，對入網(wǎng)電流互感器進(jìn)行抽檢。通過對入網(wǎng)設(shè)備的X射線透視圖像觀察其是否存在制造工藝等類型的問題，避免以后帶來的突發(fā)事故。同時由于X射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)具有在設(shè)備不停電、不拆卸的情況下進(jìn)行檢測的特點，針對正在運行的配網(wǎng)側(cè)電流互感器進(jìn)行部分抽檢，對容易發(fā)生的故障的重點部位進(jìn)行多角度拍攝。

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