X射線數字成像技術在GIS設備吸附劑罩材質識別中的應用

龐先海，景 皓，沈 洋，李曉峰

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021;2.國網河北省電力公司正定縣供電分公司，石家莊 050800)

目前，GIS 設備大量應用于電網，且比例越來越大，如何維護GIS 設備已是實際面臨的難題［1］。為及時發現故障或缺陷征兆，避免重大事故，同時減少盲目的定期檢修所造成的停電、人力物力的浪費和可能的設備損壞，研究新型的有效的檢測技術成為必要［2］。X 射線數字成像技術實現了GIS 設備帶電狀態下內部結構的“可視化”檢測，特別是能夠有效識別GIS 設備內部吸附劑罩材質，克服超高頻、超聲波等帶電檢測技術無法識別GIS 內部吸附劑罩材質的缺陷，補充了GIS 設備的檢測手段，為開展電網設備狀態檢修提供了有力的技術支持［3］。

1 GIS 設備吸附劑罩缺陷

吸附劑罩作為GIS 內部盛放吸附劑的容器，一般為不銹鋼材質，但部分設備制造商為降低成本，使用塑料材質的吸附劑罩。塑料材質吸附劑罩存在下列問題:一是GIS 多安裝在室外，隨季節變化驟冷驟熱易造成塑料材質老化，最終引起破損;二是吸附劑自身有一定質量，對于在GIS 頂部或側面安裝的吸附劑罩，長時間在吸附劑質量作用下易發生變形破裂;三是塑料材質熱膨脹系數為80 ～120 μm/℃，不銹鋼材質熱膨脹系數為14 ～16 μm/℃，兩者差別較大，在溫度變化時，GIS 金屬殼體熱脹冷縮程度要小于塑料吸附劑罩，因此尺寸越大的吸附劑罩破損越嚴重［4］。

GIS 設備內部絕緣介質為SF6氣體，該介質電場均勻程度受雜質影響較大，當GIS 內部存在雜質或微粒后，易發生絕緣擊穿放電故障［5］。事實證明，如果運行中的GIS 內吸附劑罩破裂造成吸附劑掉落，將引起GIS 內部放電故障［6］。

2 X 射線數字成像技術檢測原理及方法

2.1 檢測原理

X 射線穿過物質時，會存在吸收、散射等情況，其穿透能力由物質的密度、質量吸收系數等性質決定［2］。X 射線穿透被檢設備后照射在涂有感光材料的X 射線感應板上，并在其上面記錄透過的X 射線強度，X 射線照射量決定了感應板上每個點的黑化程度［7］。因被檢設備不同部位的材料性質和厚度存在差異，透過被檢設備的X 射線強度也存在差異，致使X 射線感應板上存在黑度差異，經掃描儀掃描并轉換后形成平面影像［8］。

2.2 檢測方法

移動式X 射線數字成像(CR)檢測系統，采用先進的CR 成像技術，其部件主要由X 射線源、X 射線感應板、感應板掃描儀和圖像分析處理系統等組成［7］。現場操作時，讓X 射線源靠近被測設備，射線出口對準需測區域中心，感應板放在被測設備正背面。照射完成后將感應板取回、掃描，并將數據傳入上位機，根據圖像效果判斷是否調整參數或位置進行重新照射。

3 GIS 設備吸附劑罩X 射線透視模擬試驗

3.1 不銹鋼材質吸附劑罩試驗

為有效排查現場運行設備中塑料材質吸附劑罩，首先進行GIS 設備不銹鋼材質吸附劑罩模擬試驗，將現場實測顯示和模擬試驗影像進行對比，確定吸附劑罩的材質。不銹鋼材質吸附劑罩主要存在以下特點:吸附劑罩網孔清晰明顯;吸附劑罩和底片相比輪廓清晰易見;吸附劑罩邊緣無棱角。不銹鋼吸附劑罩網孔和輪廓清晰主要是因為吸附劑罩較為厚實、不銹鋼密度較大，增大了X 射線透視的難度，增加了吸附劑罩處的對比度。吸附劑罩邊緣無棱角主要因鑄造工藝造成，同時無棱角也降低了吸附劑罩處的電場強度。

3.2 塑料材質吸附劑罩試驗

塑料材質的吸附劑罩主要有2 種，一種是帶棱角的吸附劑罩，一種是帶倒角的吸附劑罩。塑料吸附劑罩主要存在以下特點:塑料吸附劑罩網孔不清晰;部分塑料吸附劑罩邊緣有棱角;塑料吸附劑罩因材質較薄，密度較小，與底片相比輪廓不清晰;塑料吸附劑罩能夠清晰看出吸附劑(分子篩顆粒)。

4 X 射線數字成像技術的現場應用

4.1 110 kV GIS 吸附劑罩檢測

某110 kV 變電站母線氣室吸附劑罩X 射線影像如圖1所示，避雷器氣室吸附劑罩影像如圖2所示。由圖1可知，該母線氣室吸附劑罩網孔、輪廓明晰，應為金屬吸附劑罩;由圖2可知，該避雷器氣室吸附劑罩網孔、輪廓均不清晰，且能夠清晰看出吸附劑影像，應為塑料吸附劑罩。

圖1 110 kV 母線氣室吸附劑罩

圖2 110 kV 避雷器氣室吸附劑罩

4.2 220 kV GIS 吸附劑罩檢測

某變電站220 kV GIS 各氣室吸附劑罩X 射線影像如圖3所示。其中，圖3(a)為母線隔離開關氣室，圖3(b)為電纜頭氣室。

由圖3可知，母線隔離開關氣室具有明顯金屬倒角輪廓，細看有網孔存在，應為金屬吸附劑罩。電纜頭氣室吸附劑罩網孔、輪廓均不清晰，且能夠清晰看出吸附劑影像，應為塑料吸附劑罩。

圖3 某220 kV 變電站各GIS 氣室吸附劑罩

4.3 500 kV GIS 吸附劑罩檢測

某500 kV 變電站斷路器氣室吸附劑罩X 射線影像如圖4所示，電流互感器氣室吸附劑罩影像如圖5所示。由圖4可知，該斷路器氣室吸附劑罩網孔、輪廓明晰，應為金屬吸附劑罩;由圖5可知，該電流互感器吸附劑罩網孔不清晰、輪廓不分明且能夠清晰看出吸附劑影像，應為塑料吸附劑罩。

圖4 500 kV 斷路器氣室吸附劑罩

圖5 500 kV 電流互感器氣室吸附劑罩

5 結束語

以上分析了GIS 設備塑料材質吸附劑罩存在的缺陷，使用移動式X 射線數字透視成像系統，實現了將X 射線數字成像技術應用于GIS 設備吸附劑罩缺陷的“可視化”檢測，避免了因設備狀態檢測造成的停電，解決了吸附劑罩缺陷難以有效識別和判斷的重大難題。該技術可成功發現塑料吸附劑罩缺陷，為GIS 設備狀態檢修工作提供了強有力的技術支撐。X 射線數字成像技術應用能夠提高GIS設備運行維護水平、減少停電檢修時間、降低故障率，確保設備安全和提高供電可靠性。

［1］李建基.高壓開關設備實用技術［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［2］鄭世才.射線檢測［M］.北京:機械工業出版社，2004.

［3］鄭世才.射線實時成像檢驗技術［J］.無損檢測，1996，18(7):512-514.

［4］巫松楨，謝大榮，陳壽田，等.電氣絕緣材料科學與工程［M］.西安:西安交通大學出版社，1996.

［5］林 莘.現代高壓電器技術［M］.北京:機械工業出版社，2002.

［6］印 華，邱毓昌.GIS 中局部放電測量用超高頻方法的研究［J］.高電壓技術，2004，30(10):19-20.

［7］閆 斌，何喜梅，吳童生.GIS 設備X 射線可視化檢測技術［J］.中國電力，2010，43(7):44-47.

［8］余長江，王激光，鄭西振.射線探傷裝置［M］.北京:機械工業出版社，1994.