X射線數字成像檢測設備的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。經過實驗對照，證實X射線數字成像技術能夠直觀、定性地對GIS內部結構進行觀察，為檢修提供參考。

關鍵詞：X射線數字成像檢測;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，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中[1]。因此保證GIS設備服役的可靠性是確保電力系統穩定運行的關鍵一環，如果GIS設備發生故障，將會導致電力系統突發停電，造成巨大的經濟損失[2-4]。因此準確檢測出其內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部狀態進行預測判斷，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。

現今，在生產中有多重檢測手來確保輸變電設備的可靠穩定性能，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射線數字成像檢測方法的可行性分析

X射線數字成像系統由X射線發射機和成像設備兩個部分組成，與X射線檢測系統相似。如圖1所示，在X射線穿透檢測期間，根據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，使得其在數字平板上獲得的能力也不同，最終獲得不同表現形態的透射照片，進而得以區分設備中的缺陷和設備結構。

X射線數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射線管子信號轉化為數字化電路信號，直接將圖像呈現在計算機上。DR（X射線數字成像檢測技術）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。因此基于上訴優點，DR技術逐漸成為X射線數字成像檢測技術的主流技術之一[7]。

2 GIS設備主要缺陷

GIS具有高可靠性和穩定性的特點，但是如果生產中的環節控制不當，會出現接觸，散落金屬顆粒，電位懸浮，灰塵，金屬尖端等缺陷出現，一旦這些缺陷沒有得到修補，可能會發生故障，造成巨大的影響和經濟損失[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 內部異物類缺陷

在GIS設備使用，維修，組裝時可能會發生工具的遺落，裝配體的掉落，干燥劑散落等情況，導致此類缺陷的出現。由于安裝、維修人員的疏忽會導致GIS罐體的底部出現扳手等金屬類工具，會造成內部放電，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部設備上的裝配體配件掉落。GIS設備內部異物類缺陷圖2所示。

2.2 內部裝配體缺陷

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母線導電桿上出現限位止釘的漏裝，會出現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加熱，導致動靜觸頭損壞，母線出現跳閘現象[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定的重要設備之一。在以往事故中，出現過由于固定噴口的上壓環和下壓環的安裝不到位導致斷路器在動作過程中出現零件脫落等情況，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。可以通過該部分的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，發現是否存在缺陷。

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，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，引發故障。

4 結語

X射線數字成像系統檢測技術逐漸開始在電力系統中得到廣泛的應用。該技術可以實現在服役狀態下，對帶電的GIS設備進行無損檢測，從而可以直接有效的對GIS設備內部情況進行觀察和判斷，對GIS設備內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，也保證電網安全穩定的運行。

參考文獻

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[10] 劉高飛，云峰，王志惠.X射線成像檢測技術在電網GIS母線中的應用[J].青海電力，2015，34（01）：42-44.

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