射線數字成像（DR）技術在電力工業檢測中的應用

高 闊，于 虹，郭鐵橋

（1.華北電力大學 云南電網公司研究生工作站，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 機械工程系，保定 071003）

電流互感器的安全運行對電力系統的穩定可靠運行有著重要意義，在現場施工安裝中應給予充分保證［1］。對于配網側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、定檢預試等，這些方法僅能了解缺陷的外部物理參數和所處的大致區域，而不能對設備內部缺陷或故障進行定位和定性，不利于制定檢修策略。

1 X射線數字實時成像系統

X射線檢測技術作為工業射線檢測的重要手段，廣泛應用于材料測試、食品檢測、制造業、醫學、軍工等方面［2］。X射線無損檢測成像技術經歷了從傳統膠片成像技術、數字存儲熒光體成像CR技術（Computer Radiography）和數字攝影成像DR技術（Digital Radiography）的發展過程［3］。

X射線數字成像DR技術是目前最先進的數字成像技術，它比傳統膠片成像技術和數字存儲熒光體成像CR技術更具有優勢［4］，其具有成像質量高、速度快、可以做到實時成像顯示并能實現在線檢測等優點［5］。由于干式電流互感器全封閉式的結構特點，使其在檢測過程中無法對其缺陷類型進行分析。X射線數字成像技術DR能夠在設備不停電、不解體的情況下，對其內部結構進行透照，直觀、可視地確定缺陷位置、程度和性質。因此，DR檢測技術為電力設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套保護比率差動保護動作，220kV號1主變220 kV側201，110kV側101，35kV側301斷路器跳閘。發生故障后，首先對相關電流互感器的二次回路進行檢測，未發現明顯異常，懷疑為電流互感器的故障導致的事故，于是對其進行試驗性檢測，觀察其是否存在缺陷。該電流互感器為電磁式環氧樹脂絕緣的全封閉式結構，常規檢測僅能了解其缺陷的大致故障區域，具體的缺陷形式和發生故障的原因無法做出分析。因此，筆者綜合常規的電流互感器故障檢測方法和X射線數字成像方法，制定了一套詳細的故障試驗檢測流程。

首先選取B相TA（電流互感器）進行對比分析，B相TA與C相TA為同一廠家的同一批次產品。然后對故障TA進行絕緣電阻試驗，觀察其絕緣狀態是否正常。然后對故障TA按照其銘牌規定的要求進行耐壓試驗。接著對故障TA進行勵磁試驗，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象或局部明顯過熱現象。

在以上試驗過程均無法發現缺陷位置和類型后，使用X射線數字成像DR檢測系統，對其進行X射線透照，觀察其內部結構。如果遇特殊情況無法繼續后續試驗的，直接用X射線成像系統對其進行檢測。

2.1 絕緣電阻測量

對損壞的C相TA與未損壞的B相TA進行了絕緣電阻測試，測試結果如表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，后續耐壓試驗、勵磁試驗、局放試驗等無法繼續進行。故對故障TA進行X射線透照，觀察其內部結構。

表1 絕緣電阻測試結果 MΩ

2.2 X射線數字成像檢測

對C相TA及B相TA進行X射線成像檢測，按圖1所示對試驗設備進行布置。設置的X射線機的參數為：曝光時間2s，采集次數4次，電壓300 kV，電流3.0mA，焦距750mm。

圖1 電流互感器X射線成像檢測設備布置圖

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

表2 平板探測器的基本參數

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，環氧樹脂澆注整齊，無氣泡、雜質等。而C相TA的二次繞組引線飛出，有部分引線交疊并呈現彎曲，引線比較凌亂，并且發現二次引線距離一次側銅板過近。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圖

從圖4中可以發現，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致C相TA擊穿。通過觀察X射線圖像可知，該電流互感器質量存在制造固有缺陷，由于在澆注前未對二次引線進行固定或者固定不牢靠，導致在澆注中二次引線飛出，距離一次端過近，并且發現二次端的引線是以對折結構的形式封閉在環氧樹脂內，可能存在應力，導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，在孔穴處會產生活性氣體（臭氧、氧化氮）腐蝕局部絕緣，造成不可恢復的損傷，隨著腐蝕程度的逐漸加大，經過一段時間的運行，造成絕緣性能的不斷下降，最終導致突發性絕緣擊穿短路，造成主變差動保護［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處周圍的環氧樹脂碎塊（圖5）發現，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 試驗結論

通過對35kV環氧樹脂型電流互感器的故障試驗分析，發現了該互感器在制造工藝中出現的問題，并對其造成的影響進行了分析。驗證了用X射線數字成像檢測技術對配網側固體絕緣設備透視檢測的可能性。利用該技術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檢測方法，準確、快速地診斷出缺陷方式和性質，為配網側電力設備的故障診斷提供了新的方法，同時該技術為設備狀態檢修和輔助決策提供了依據。

3 結語

建議在今后的設備入網檢測過程中，加入X射線數字成像技術的檢測，在常規檢測方法無法檢測出異常的情況下，對入網電流互感器進行抽檢。通過對入網設備的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事故。同時由于X射線數字成像檢測系統具有在設備不停電、不拆卸的情況下進行檢測的特點，針對正在運行的配網側電流互感器進行部分抽檢，對容易發生的故障的重點部位進行多角度拍攝。

［1］顧建軍.電流互感器二次回路檢測方法簡介［J］.中國高新技術企業，2009，131（20）：49－52.

［2］于渤源，貊大衛，鄒建宏，等.一種直接數字化的X射線掃描成像（DR）系統［J］.中國醫學裝備，2005，2（4）：42－45.

［3］董旭.醫用X射線數字攝影（CR/DR）系統檢測方法的研究和評定［J］.中國醫學裝備，2010，7（1）：8－11.

［4］李衍.承壓設備焊縫CR和DR技術應用最新國際動態［J］.無損探傷，2009，33（4）：1－6.

［5］李衍.工業 DR 技術的新動向［J］.無損探傷，2006，30（6）：1－4.

［6］翁朝晨，尚元.35kV變電站高壓電流互感器幾起接地故障分析［J］.醫藥工程設計，2010，31（1）：56－58.

［7］李云芬，彭福乘.洛東電廠35kV電流互感器絕緣擊穿事故分析［J］.廣西電力技術，2001（2）：48－49.