X射線數(shù)字成像檢測設備的GIS設備典型缺陷檢測技術

李慶釗 張迅達 葉芳 李田 傅思偉

摘要：文章介紹了一種采用X射線數(shù)字成像技術對GIS設備中典型缺陷進行檢測的手段。對天津某變電站110kV GIS斷路器進行X射線無損檢測，并提供了一種尺寸測量方法。經(jīng)過實驗對照，證實X射線數(shù)字成像技術能夠直觀、定性地對GIS內(nèi)部結構進行觀察，為檢修提供參考。

關鍵詞：X射線數(shù)字成像檢測;GIS;無損檢測;斷路器

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0107-02

0 引言

GIS（氣體絕緣組合電器設備）是由斷路器、母線、隔離開關、電流和電壓互感器、接地開關、避雷針、套管和過渡元件等組成，將這些組裝在Al制殼體內(nèi)，用SF6氣體充滿整個殼體，保證了導體對之間、外殼、斷口和斷口間的可靠絕緣。

GIS內(nèi)部結構緊湊的特點主要應用在66kV及以上電壓等級的高壓輸變電系統(tǒng)中[1]。因此保證GIS設備服役的可靠性是確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵一環(huán)，如果GIS設備發(fā)生故障，將會導致電力系統(tǒng)突發(fā)停電，造成巨大的經(jīng)濟損失[2-4]。因此準確檢測出其內(nèi)部可能存在的缺陷對保證GIS設備的可靠運行，以及保證整個電力系統(tǒng)的安全工作具有舉足輕重的意義。目前，在GIS設備中，一般采用超聲波法、超高頻法、SF6氣體分解檢測法等無損檢測方法對GIS設備進行檢測，在上述方法中都是通過GIS非電流特征的改變來對內(nèi)部狀態(tài)進行預測判斷，屬于間接檢測方法，但都只能給出一個大致的判斷，無法在GIS設備中準確的定位出缺陷位置[5]。隨著X射線技術的不斷發(fā)展，利用X射線對GIS設備進行檢測判斷越來越直觀和準確。

現(xiàn)今，在生產(chǎn)中有多重檢測手來確保輸變電設備的可靠穩(wěn)定性能，但是大部分手段都無法進行定性的判斷，有一些只能在發(fā)生故障時給出某些部分的問題，在不解體設備的情況下無法得出準確的判斷[6]。為了解決這種情況，X射線數(shù)字成像技術成為了GIS設備無損檢測中可靠的手段之一。

1 X射線數(shù)字成像檢測方法的可行性分析

X射線數(shù)字成像系統(tǒng)由X射線發(fā)射機和成像設備兩個部分組成，與X射線檢測系統(tǒng)相似。如圖1所示，在X射線穿透檢測期間，根據(jù)被檢測件中不同部位以及缺陷對X射線的吸收能量的不同導致的射線能量衰減情況的不同，使得其在數(shù)字平板上獲得的能力也不同，最終獲得不同表現(xiàn)形態(tài)的透射照片，進而得以區(qū)分設備中的缺陷和設備結構。

X射線數(shù)字成像檢測技術是采用無法彎曲的平板接收X射線，在平板探測器上覆蓋的晶體電流會將X射線管子信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字化電路信號，直接將圖像呈現(xiàn)在計算機上。DR（X射線數(shù)字成像檢測技術）技術比CR技術具有更快的速度，更高的效率等優(yōu)點。而且CR圖像灰度只有12位，時間分辨率差，DR技術獲得的圖片質(zhì)量遠遠高于CR技術，最終獲得的圖片也不易失真。因此基于上訴優(yōu)點，DR技術逐漸成為X射線數(shù)字成像檢測技術的主流技術之一[7]。

2 GIS設備主要缺陷

GIS具有高可靠性和穩(wěn)定性的特點，但是如果生產(chǎn)中的環(huán)節(jié)控制不當，會出現(xiàn)接觸，散落金屬顆粒，電位懸浮，灰塵，金屬尖端等缺陷出現(xiàn)，一旦這些缺陷沒有得到修補，可能會發(fā)生故障，造成巨大的影響和經(jīng)濟損失[8]。在GIS設備中主要存在5中典型缺陷：導體接觸不良，金屬尖端，散落金屬顆粒，絕緣子表面金屬顆粒，絕緣子裂紋氣泡。

2.1 內(nèi)部異物類缺陷

在GIS設備使用，維修，組裝時可能會發(fā)生工具的遺落，裝配體的掉落，干燥劑散落等情況，導致此類缺陷的出現(xiàn)。由于安裝、維修人員的疏忽會導致GIS罐體的底部出現(xiàn)扳手等金屬類工具，會造成內(nèi)部放電，最終造成GIS設備故障。裝配體異物類缺陷[9]：主要是在GIS 設備底部出現(xiàn)多余的零部件。可能由于安裝，維修時掉落，也存在由于運輸過程導致內(nèi)部設備上的裝配體配件掉落。GIS設備內(nèi)部異物類缺陷圖2所示。

2.2 內(nèi)部裝配體缺陷

裝配體缺陷主要是由于安裝時的錯位，劃傷，運行過程中震動松動等導致的。這類缺陷包括螺絲松動，吸收劑屏蔽罩松動，隔離開關合閘不到位以及密封槽內(nèi)密封圈安裝缺陷。屏蔽罩缺陷圖3所示。

如果GIS母線導電桿上出現(xiàn)限位止釘?shù)穆┭b，會出現(xiàn)母線相對位移的情況，導致觸頭離開正常位置，最終導致動靜觸頭接觸面積變小，在工作電流長時間的作用下持續(xù)加熱，導致動靜觸頭損壞，母線出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象[10]。端部間隔限位止釘圖4所示。

3 X射線DR檢測技術的應用

在GIS設備中，斷路器是控制和保護電路安全穩(wěn)定的重要設備之一。在以往事故中，出現(xiàn)過由于固定噴口的上壓環(huán)和下壓環(huán)的安裝不到位導致斷路器在動作過程中出現(xiàn)零件脫落等情況，最終導致斷路器的嚴重燒毀。GIS斷路器透照參數(shù)表1所示。

在某變電站110kV GIS設備進行X射線DR檢測拍攝，對斷路器部位進行拍攝，獲得圖5。圖5中的左圖主要為斷路器的動觸頭，可以從圖中清晰的觀察到動弧觸頭，動主觸頭等。在右圖中可以觀察到清晰的靜主觸頭等細節(jié)?？梢酝ㄟ^該部分的X射線透射照片對各部件結構進行檢查，判斷是否發(fā)生變形，燒損，脫落等故障，因此可以在不停電的情況下對斷路器進行檢測，發(fā)現(xiàn)是否存在缺陷。

通過利用DR檢測軟件Rhythm Review中長度測量工具對所拍攝的照片尺寸進行測量，通過照片中某部位的實際長度來獲得相應的放大倍數(shù)，最終計算實際設備中各個部位的長度，確定關鍵部位是否存在松動，緊固不到位等情況。圖6為觸頭部位局部方法圖，在拍攝過程中，成像直板緊靠GIS管道，因此其放大倍數(shù)為1。從圖中可知，在觸頭和觸座之間存在一定長度的間隙，以便發(fā)熱時的自由伸縮，但是如果此間隙過大，超過其設計尺寸，會造成合閘不到位，引發(fā)故障。

4 結語

X射線數(shù)字成像系統(tǒng)檢測技術逐漸開始在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應用。該技術可以實現(xiàn)在服役狀態(tài)下，對帶電的GIS設備進行無損檢測，從而可以直接有效的對GIS設備內(nèi)部情況進行觀察和判斷，對GIS設備內(nèi)部可能存在的缺陷進行識別，并對缺陷尺寸進行定量的測量，提高GIS設備運行的可靠性，降低以往檢修所花費的人力財力，也保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行。

參考文獻

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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