SF6红外成像检漏仪的测试检验及应用

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1、SF6红外成像检漏仪的测试检验及应用王海飞;程伟;马凤翔;朱峰【摘要】基于SF6气体对特定波段红外光特征吸收原理的红外成像检漏仪经测试 具有成像清晰度高、灵敏快速等优点，在电气设备气体泄漏故障点查找和精确定位 中发挥了重要作用.在此基础上建立了可针对仪器检测限和响应速度检验的系统，在 仪器入网和使用中发挥了重要作用.【期刊名称】安徽电气工程职业技术学院学报【年(卷)，期】2017(022)001【总页数】6页(P23-28) 【关键词】SF6;泄露检测;红外成像;检验 【作者】王海飞;程伟;马凤翔;朱峰【作者单位】国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽合肥230022;中电华创电 力技术研究有

2、限公司，江苏苏州215123;国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽 合肥230022;国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽合肥230022;国网安徽省 电力公司电力科学研究院，安徽合肥230022【正文语种】中文【中图分类】TM561.3六氟化硫(SF6)气体由于具有良好的绝缘、灭弧特性，是高压电气设备首选的绝缘 介质。由于工艺安装、设计缺陷或随着设备运行年限的增长等原因，SF6气体可能 发生泄漏使设备内气体压力降低至报警值以下，导致气体绝缘强度、灭弧能力下降， 给设备运行带来严重的安全隐患，并且给环境也造成一定的污染13。在目前种 类繁多的SF6检漏仪器中，SF6红外成像检漏仪由于具备成

3、像画面清晰度高、灵 敏度高等优点，为专业人员查找运行设备泄漏点带来了极大的便利。红外成像检漏技术和几种传统的检测方法相比具有灵敏度高、操作简便快速等优点， 笔者在实验室条件下对仪器性能进行了一系列测试研究，并结合现场应用实际，对 红外成像检漏仪检验技术进行了研究。1.1传统的检测方法传统的SF6泄漏检测方法有皂水法、包扎法和声光报警法等4,5。皂水法为直接在可能泄漏的部位涂抹皂水进行观察，该方法成本低廉、直观有效， 但需要逐个部位涂抹观察，工作量大、适用性差。包扎法即采用柔性材料制成的包 装布将设备可能泄漏的部位密封包扎起来，并使其紧贴设备表面，一段时间后泄漏 的气体会使密封布向外膨胀，膨胀程

4、度可以大致反映出气体泄漏的速度；该方法成 本低廉、操作简便，同时不受设备表面粗糙度的限制，可以大致评估泄漏速度，主 要用于新安装设备投运前检测或对疑似泄漏的部位进行重点检测。声光报警法基于 SF6气体的电负性，包括紫外电离检测、负电晕检测等，技术成熟、应用简单，仪 器探头沿着设备可能存在泄漏点的密封面、连接口等表面移动，根据仪器读数或报 警信号来判断气体泄漏情况，但这些方法可靠性普遍不高，需要反复比较验证才能 确定漏气部位，且移动不稳或现场风大时容易造成误报警。传统检测技术虽然成本低，但它们共同的缺陷在于精度差，而且需要测试人员接近 被测设备，设备带电时产生的感应电可能会造成人身伤害，因此不适

5、用于对带电设 备进行漏点查找。1.2新型检测技术近年来，激光成像法、红外成像法等一些非接触式光学泄漏检测方法得到广泛应用 （图 2）。SF6激光成像检漏技术利用激光小光子超强的热辐射能量及相干性好的特性，通过 可调光学转换系统在某一指定的检测位置构建一个理想的立体辐射场。设备泄漏出 来的SF6气体分子流动地不断往外扩散，对覆盖在这个区域的立体辐射场激光产 生较强的光子吸收和光子后向散射。利用高灵敏度显微光电接收器对泄漏处的气流 扰动及其光学吸收进行检测，从而实现了设备带电运行情况下远距离检漏6。由 于检测装置内置探测器在强激光反射条件下的自动保护，在泄漏检测中，如果激光 发射功率低，则检测灵敏

6、度降低，泄漏成像面积相对缩小，对于气体微漏和渗漏很 难查找；如果激光发射功率高，虽然提高了检测灵敏度，但是在对压力表或反光强 烈的金属面等位置照射时，会造成检测装置的频繁自动保护，因而在户外卜变电站进 行泄漏检测时成像质量较差，不便于泄漏源查找。红外成像技术被应用于SF6气体泄漏检测，主要基于在特定波长（10.6um）处SF6 气体相比空气而言具有极强的红外吸收特性7,8，使两者反映的红外影像不同， 将肉眼看不见的SF6气体在高性能的红外探测器及先进的红外探测技术帮助下变 得可见。仪器在测试中无需额外发射激光，也不存在强激光反射条件下的仪器自动 保护，操作更加简便。仪器采用非接触式检测，被检设

7、备无需停电，可在5米之 内任何距离准确检测设备的泄漏点。通过图3中成像画面对比可以看出，红外成像检漏仪由于采用了具有超高热灵敏 度的制冷量子阱探测器，成像画面（右）比激光成像检漏仪（左）清晰度更高，画面对 比度更好，图像中物体可明显分辨。和激光成像检漏相比，红外成像法光学通量高， 无需光源发生器，仪器轻便，灵敏度可达0.001 mL/s，在查找漏点时具备更加优 异的成像质量和更高的灵敏度等优点，可远距离、快速、准确地查找SF6电气设 备的气体泄漏点，符合现场实时快速检测的需要。几种泄漏检测方法的比较见表1。2.1不同距离时仪器的检测限为了全面了解本单位已有的GF-306型SF6红外成像检漏仪，

8、我们进行了如下性 能测试：通过标准泄漏源由纯净的SF6气体（体积分数99.999%）配制不同浓度的 SF6气体，然后匀速排出以模拟现场设备气体泄漏，对SF6红外成像检漏仪在不 同测试距离时的检测限，不同光照和风力条件下的检测效果等进行观测。该仪器在 测试时可选择正常模式和高灵敏模式两种模式，其中高灵敏模式一种数码图像增强 的方式，通过时间和图像的积分来达到提高图像对比度和检测精度的目的。在设备带电运行情况下进行SF6气体检漏时，在保证检测人员安全的情况下距离 待检测设备应越近越好。我们在高灵敏模式下分别选择1米、3米和5米3种距 离进行测试。离设备越远，检测效果越差，仪器检测限会随着检测距离远

9、近而不同。红外成像检 漏仪高灵敏模式下在距离1米时，最小检测限达到1 pL/s ;在距离5米时可以达 到 2pL/s。2.2光照背景的影响传统的激光成像检测技术受光照影响很大，光线越暗、画面对比度越差，背景画面 和泄漏画面很难区分，对于设备气体微漏就很难发现。为了观测光照条件不同对红 外成像仪检测结果的影响，我们将同一泄漏源分别置于室内低光照条件和晴朗的户 外光线良好的条件下进行观察。图4为低光照条件下的成像画面，图3右为天气晴朗光线充足的检测画面，通过 对比可以看出仪器在背景光线差、能见度很低的条件下成像画面依然清晰，不同光 线背景对红外成像检漏仪检测的影响较小。2.3风的影响风力是对SF6

10、红外成像检漏仪的检测影响最大的因素，上述几项测试均在无风和 微风的环境条件下完成的，仪器的检测效果良好；之后我们又对不同风力环境下 SF6红外成像检漏仪的检测情况进行了测试。通过表3的测试结果可以看出，风力越小越有利于泄漏检测工作开展，当风力超 过3级时泄漏的SF6气体很快被吹散，很难达到理想的观测效果。因此，SF6红 外成像检漏仪检测时应尽量在天气晴朗、无风的条件下进行，在和带电设备保持足 够的安全距离范围内，测试距离越近效果越好。近年来随着状态检修和带电检测工作的大力推进9,10，为满足在运行条件下对输 变配电设备状态诊断、缺陷精确定位及分析，提前发现电力设备潜伏性故障的需求， 不少运行单

11、位相继都配备了 SF6红外成像检漏仪。为对新入网和使用中仪器开展 检验工作，我们借鉴同行在检验方面的积累11，建立了操作更为简便的SF6红 外成像检漏仪检验系统，并在2015年国网公司带电检测装备比对检验能力评审 12中得到了专家组的一致肯定和高度评价。3.1检验系统的建立由于仪器的灵敏度和响应速度直接决定了检测泄漏时的定位能力，检验系统选取被 试仪器的检出限和响应时间两项技术指标进行检验，以标准泄漏源模拟现场泄漏设 备(图5)，控制SF6逸出流量为0.06mL/min，被试仪器距离标准泄漏源d为 3m(0.1m)，启动仪器，调节焦距并可清晰成像，录制1min左右录像，然后调 出保存录像，录像

12、中SF6气体发散应清晰可见。响应时间测试将标准泄漏源泄漏量或等效泄漏量设定在0.20mL/min，在距离泄漏 源5m处对泄漏部位进行测试，被试仪器泄漏图像稳定后，将仪器的镜头远离泄 漏部位，待泄漏图像消失后，再将镜头对准泄漏部位进行测试，同时启动秒表，待 图像稳定后止住秒表，此起止时间间隔应不超过10s。3.2标准泄漏源的选择SF6红外成像检漏仪检验系统搭建的关键与难点在于标准泄漏源的选择，标准泄漏 源应能够准确稳定输出SF6气体，而且流量可调，最小量程要小于0.06mL/min。 在经过调研后，我们放弃原理复杂、计量困难、价格昂贵的恒压电容法，最终制定 两套标准泄漏源实现方案：方案一选用兰格

13、LSP01-1A注射泵，采用步进电机推 动气体注射器，实现5/min 50mL/min标准泄漏量的可控调节。该设备方法 简单，实验室通过自校方法实现仪器的间接溯源。方案二选用美国Alicat质量流 量控制器，通过微流量控制器实现5pL/min- 1mL/min标准泄漏量的可控调节。 两种方案均具备成本较低、操作简单、流量控制精确可靠的优点。3.3示例我们应用检验系统对某单位GF306型SF6气体泄漏红外成像检漏仪进行了检验， 检测数据见表4。通过检测，此台红外成像检漏仪性能良好，符合相关标准要求。在距离5米时以0.20mL/min的泄漏量测得待检仪器的响应时间为3s，小于标准 要求的10s，符

14、合国网检验比对方案中的要求。近年来，我们应用SF6红外成像检漏仪先后对多台疑似存在泄漏的设备进行了泄 漏点查找和定位。4.1案例一2014年某变电站462CT疑似存在SF6气体泄漏，查阅台账及补气记录得知设备 已运行8年，1年前发现设备存在SF6气体泄漏，平均2个月补气一次，泄漏较 严重。我们在距离设备5米处选取前、后、左、右四个观测点对这台设备的柱体、 连接管道、压力表等部位进行全面测试，用时20分钟后发现设备B相柱体顶部气 体防爆膜附近存在气体泄漏。4.2案例二2014年某变电站337断路器疑似存在泄漏，查阅台账及补气记录得知设备已运行 5年，于1年前发现设备存在SF6气体泄漏，平均3个月

15、补气一次，泄漏较严重。 我们选取多个观测点对设备柱体、三相连体部位、连接管道、压力表等部位进行全 面测试，10分钟后发现设备B相接线排法兰沿面处存在气体泄漏。4.3案例三2015年运行人员发现某变电站48001闸刀气室疑似存在泄漏，经查设备运行7 年，泄漏量较小。在距离设备1米左右处，我们对设备各个部位进行全面认真排 查，30分钟后发现设备充气连接管与连接压板处存在气体泄漏。和传统的气体泄漏检测方法相比，SF6红外成像检漏仪具有准确、快速、成像清晰、 灵敏度高、可带电检测等优点，利用SF6红外成像检漏仪对带电设备泄漏点进行 定位查找，并结合设备运行情况，采取措施对泄漏点进行相应处理，对于保证S

16、F6 电气设备安全运行具有重要意义。通过对SF6红外成像检漏仪检测灵敏度和响应 时间进行测试建立起的检验系统在新入网仪器和使用中仪器检验方面发挥了重要作 用，将有效促进气体绝缘设备带电泄漏检测和状态检修工作全面开展。【相关文献】1 张新中.气体绝缘开关柜漏气问题的分析与处理J.高压电器,2010,46(6):93-96.2 孟玉婵，朱芳菲.电力设备用六氟化硫的检测与监督M.北京:中国电力出版社,2008.3 佟志勇，甄利，张远超.SF6开关设备检漏及漏点处理现场实践J.高压电器,2010,46(5):92-94.4 袁仕奇，代洲，陈芳.高压电气设备SF6气体泄漏检测方法比较J.南方电网技术,2

17、013,7(2):54-58.5 朱栋.SF6电气设备检漏检测方法的探讨J.宁夏电力,2008:94-97.6 高树国,郑爱全，耿江海,潘瑾,刘海峰.应用激光成像技术检测SF6电气设备气体泄漏J.高压电 器,2010,46(3):103-105.7 王伟,冯新岩，牛林，等.利用红外成像法检测GIS设备SF6气体泄漏J.高压电器,2012,48(4):84- 87.8 甘德刚，刘曦，肖伟，李晶.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,2011,30(17):56-58.9 林其雄，李刚.GIS状态监测与状态检修J.高电压技术,2002,38(2):52-53,55.10 苑舜.高压开关设备状态监测与诊断技术M.北京:机械工业出版社,2001.11 弓艳朋,毕建刚，杨圆，等.SF6气体泄漏成像仪校验技术研究J.电测与仪表,2014,51(14):92-95.12 国家电网公司带电检测装备检验比对能力评价工作方案S.