GIS設SF₆氣體泄漏檢測方法研究

【摘 要】氣體絕緣金屬封閉開關設備，即GIS（Gas Insulated Sw itchgear）設備。GIS設備具有不受污穢環境影響、占地面積小、可靠性安全性高、運行維護工作量小、設備安裝方便等優點，近年來被廣泛應用于交流高壓、超高壓輸變電工程。 GIS設備依靠內部具有一定壓強的SF6氣體作為絕緣介質和滅弧介質。由于SF6氣體無色無味，在其泄漏后很難被發現。SF6氣體泄漏不僅會降低GIS設備絕緣能力，威脅變電站運行安全，同時也對運行人員存在人參安全隱患。

【關鍵詞】GIS設備；SF6氣體泄漏檢測；設備安全；人身安全

1引言

SF6氣體作為一種惰性氣體，一直以來都被被廣泛應用于氣體金屬封閉開關設備內部的絕緣和滅弧，但在金屬封閉開關設備的長期高電壓運行過程中SF6氣體會分解有毒物質，不僅威脅設備的安全，也威脅到現場運行人員的人身安全，同時SF6氣體的泄漏會造成環境污染。因此，對SF6氣體泄漏檢測的準確和高效就變得越來越重要。

2 SF6泄漏傳統檢測方法

GIS設備的SF6氣體泄漏檢測的傳統檢測方法有液體表面張力法、定性檢測法和定量檢測法。

液體表面張力法是通過對GIS設備接縫處涂抹表面張力較強的液體，觀察液體表面是否出現氣泡來確定是否發生泄漏。雖然這種方法比較直觀，但是需要與GIS設備直接接觸，不能夠帶電作業，而且工作量大，工作過程繁瑣。

定性檢漏法是利用定性檢漏儀對可能發生泄漏點的氣體進行負極性吸附，利用氟類氣體在高壓狀態下而產生的不同電信號進行對比來判斷泄漏是否發生。定性檢漏儀雖然攜帶方便，但是其工作狀態不穩定而且精度不高。隨著電網高壓、超高壓電壓等級產品的使用，此種氣體泄漏檢測方法已經越來越不能滿足變電站實際生產運行的需要。

定量檢漏法與定性檢漏方法類似，而且設備都比較笨重，同時需要與GIS設備直接接觸，不能帶電作業。工作效率較低。

以上三種傳統檢測方法都可以檢測GIS設備是否發生SF6氣體的泄漏。但由于GIS設備本身的密封部件非常多，而且排列緊湊，造成SF6氣體泄漏的檢測工作的繁瑣和低效率。同時以上三種傳統檢測方法都為接觸式、非吸入式檢測，工作過程中，GIS設備必須斷電，這也造成了這三種檢測方法工作量大和效率低下。

3 SF6泄漏光學成像檢測方法

光學成像法現在有紅外成像法和激光成像法[1- 2]。

3.1 紅外光成像法

紅外光是指波長在0.75- 1000μm之間的電磁波，紅外光通過物體時，紅外光中的某些波長會被吸收形成特定的吸收光譜。SF6氣體的紅外吸收特性很強，其通過物質時的吸收光譜主要集中在11μm處。紅外成像法通過光學元件完成成像和色散，再使用濾波器將工作波段調至包含上述波長的帶寬范圍，則可以使SF6氣體的成像明顯區別于GIS設備環境背景成像，從而在接收器上明顯可見。SF6氣體的紅外吸收頻譜特性圖如圖1所示。

紅外成像法通過將SF6氣體圖像視頻化，可以在GIS設備不斷電的情況下迅速查找設備的泄漏點，具有準確、直觀的特點。

由于自然界中在絕對零度以上的任何物質都會持續不斷地向外輻射紅外光，因此檢測SF6氣體泄漏的紅外成像法不受GIS設備所處環境光照條件的影響。

3.2 激光成像法

SF6氣體作為一種惰性很強的氣體具有電負性很強的特點，表現在對自由電子具有較強的吸附力，從而可以吸收激光波長。激光成像法對GIS設備的SF6氣體的泄漏檢測，正是利用了SF6氣體可以吸收特定波長的激光的特性。在對GIS設備連接部件的激光掃描成像中，如果GIS設備連接部件發生SF6氣體泄漏，入射激光會掃描到空氣中的SF6氣體，而此時SF6會吸收掉一部分激光能量，從而導致發射激光的成像與GIS設備未發生泄漏情況下的成像不同，從而可以判斷出GIS設備是否存在SF6氣體的泄漏。

在利用激光成像法對GIS設備進行SF6泄漏檢測時，工作設備不需要與GIS設備進行直接接觸，GIS設備可以不停電作業，在提高氣體泄漏檢測工作效率的同時，也有力保證了工作人員的人身安全。

圖2為利用激光成像攝像機對GIS設備進行SF6氣體泄漏檢測。

4 結論

隨著我國電網事業的發展，交流高壓、超高壓工程的不斷投運，GIS設備因為其可靠、安全、安裝方便等優點越來越多的應用到當今的輸變電工程當中。因此，對影響GIS設備安全運行的SF6氣體泄漏的檢測也變得越來越重要。本文分析了GIS設備SF6氣體泄漏檢測的傳統方法和現今比較成熟的光學成像法，不難看出傳統檢測方法已經不能夠適用現在高壓、特高壓工程的需要，而光學成像法因為其可靠性高、可以不停電運行等優點得到了越來越多的應用，這也必然是將來GIS設備SF6氣體泄漏檢測方法的發展方向。

參考文獻：

[1]高亞娟，許婉，趙選勃.SF6氣體絕緣設備用O形圈密封結構對比分析[J].高壓電器，2008.

[2]郭小凱，鄭炎，尹毅.基于光聲光譜技術SF6泄漏檢測技術[J].高壓電器，2010.

作者簡介：

劉佳（1985-），男，碩士研究生，國網北京經濟技術研究院徐州勘測設計中心工程師，研究方向：交流高壓變電站電氣二次設計。