紅外成像法在GIS設備SF6氣體檢漏的應用

王義平，蔡雪峰，黃成吉

（1.廣州華潤熱電有限公司，廣東廣州 511455；2.廣東電網公司電力科學研究院，廣東廣州 510080）

0 引言

SF6氣體絕緣金屬封閉式組合電器(GIS)因其占地面積小、可靠性高等優點廣泛應用于電力系統。SF6氣體具有無色無味的特性，GIS設備內部通常以0.4～0.6 MPa的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質[1]。如果設備出現密封性缺陷，SF6氣體會因為內外壓差泄漏到大氣中，會有以下弊端[2-3]：

（1）引起高壓帶電設備內部絕緣性能下降，形成安全隱患；

（2）SF6氣體是一種強溫室效應氣體，氣體泄漏會污染環境；

（3）需要不斷補充SF6氣體以維持運行，增加生產成本。

傳統的SF6氣體檢漏方法有皂水法和聲光報警法。皂水法簡單直觀，但需逐個部位涂抹觀察，工作量大；聲光報警法使用檢漏儀器沿設備表面移動監測，還可配合局部包扎法進行，檢測儀器根據氣體泄漏量的大小發出相應等級的警告信號，該方法經多次比較驗證以確定漏氣部位，靈敏度高，缺點信號是受操作不當或現場環境（例如：風量）的干擾，此外這兩種方法需要測試人員接近被測設備，而不能探測高壓帶電設備的本體[4]。

紅外成像法是近年來興起的新技術，能使泄漏的SF6氣體以動態煙霧的形式呈現在檢測儀器的顯示畫面中，操作方便，直觀有效，是一種快速安全的現場查找漏氣部位的方法[5-8]。

1 紅外成像法的檢測原理

波長在0.75～1 000μm之間的電磁波被稱為紅外光，具有連續波長的紅外光通過物質時，其中某些波長的光被吸收，形成特定的紅外吸收光譜，SF6氣體的紅外吸收特性很強，其吸收光譜主要集中于10.55μm處，見圖1所示。基于該原理，紅外成像法在由衍射光學元件完成成像和色散的基礎上，通過濾波器將工作波段調至包含上述波長的窄帶(10～11μm)，則使無色無味的不可見SF6氣體異于背景圖像，在儀器的取景器上清晰可見[9]。

圖1 SF6氣體紅外吸收光譜圖

2 現場GIS設備SF6氣體泄漏問題描述

某電廠220 kV GIS設備型號ZF11-252(L)，共有9個間隔，50個獨立氣室。2009年6月投入運行。從2012年9月開始，#1主變間隔2 M刀閘氣室的SF6氣體壓力下降，其額定壓力為0.50 MPa（20℃），多次氣體補充后計算該氣室漏氣量不大，但氣室容量較小，所以年漏氣率較高，此外該氣室泄漏點還有隱蔽性和間歇性的特點，例如有時該氣室壓力維持三個月保持不變。電廠組織多次、多方法查漏均無效果，氣室漏氣點一直無法準確定位，該氣室長期處于觀察和持續補氣狀態。

鑒于現場儀表誤差、晝夜溫差的因素會導致SF6氣體密度繼電器顯示的壓力偏差，以及無法預測即將出現的漏氣量，該電廠采取的SF6氣體補氣原則為：SF6氣體密度繼電器顯示壓力低至0.46～0.48 MPa時，均補氣至0.51～0.52 MPa。該電廠從發現漏氣到2014年9月的歷次補氣記錄見表1所示。

GB/T 8905-2012《六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢測導則》、DL/T 618-2011《氣體絕緣金屬封閉開關設備現場交接試驗規程》等相關規程規定[10-11]：每個氣室的年漏氣率不大于0.5%。根據GIS設備氣室壓降檢測的常用計算公式Fy=36 500△P/△t（P+0.1），其中計算公式的年漏氣率為Fy，計算期間的天數為△t，氣室SF6氣體壓降為△P（單位MPa）[12]，可計算出該氣室從發現漏氣以來各月的年漏氣率，變化曲線如圖2所示。

表1 #1主變間隔2M刀閘氣室SF6氣體壓力記錄

圖2 氣室年漏氣率變化趨勢曲圖

從2012年9月至2014年9月，電廠技術人員先后進行了四次皂水檢漏，三次將氣室分塊包扎后使用三種不同的專用檢漏儀器進行檢漏，均未發現氣室的漏氣點，使用過的三種檢漏儀器特性見表2所示。

表2 三種常規SF6氣體檢漏設備及特性

3 紅外成像檢漏情況

多次常規檢漏無效的情況下，2014年9月該電廠使用了紅外成像檢漏技術，專用紅外成像檢漏設備在現場很快就檢測到漏氣位置為C相接地刀閘的轉動軸處，泄漏的SF6氣體順著轉動軸，沿著軸套內側進入操作機構箱，見圖3所示。該機構箱在運行時四周密封，箱體上僅留有一個通風孔和兩個控制電纜輸出孔，在未打開機構箱蓋板前，紅外成像儀檢測到通風孔和控制電纜輸出孔外接蛇皮管的漏洞處有持續性氣體冒出，打開機構箱蓋板后發現有氣體從轉動軸處漏出，根據設備的構造，很容易定位到C相接地刀閘轉動軸處漏氣，而該氣室其他位置未再發現有漏氣點，該漏氣部位在機構箱內，無法用皂水法進行檢漏，對于常規的聲光報警檢漏儀器也屬于檢測盲區。

圖3 現場SF6氣體漏氣點描述

4 紅外成像儀選型對查漏效果的對比

紅外成像檢漏技術能高效解決SF6氣體泄漏點查找的難題，泄漏的SF6氣體在專用紅外成像檢漏儀中呈現連續的煙霧狀態，直觀清晰，該檢漏儀屬于氣體型紅外成像儀器，尤其是針對SF6氣體，而常規的紅外成像儀則無此項功能，電廠技術人員選擇一款常規型紅外成像儀器和氣體專用型儀器的現場檢漏效果進行對比，儀器參數見表3所示，現場測試效果對比見圖4和圖5所示。

表3 常規紅外成像儀和氣體專用型儀器的參數對比

5 結語

檢測案例表明紅外成像法對GIS設備SF6氣體泄漏點定位準確，能為設備檢修方案制定提供可靠的依據。紅外成像法相比傳統檢漏方法有以下明顯優勢：

圖4 兩種紅外成像儀測試效果圖對比1

圖5 兩種紅外成像儀測試效果圖對比2

（1）檢漏時可避免測試人員攀爬設備等高處作業，能與高壓帶電設備保持足夠的距離，保證了人身安全；

（2）紅外成像法不受夜晚或光亮限制，適用性好，對現場設備檢漏以平面為單位進行成像記錄，區別于傳統方式的逐點檢測模式，提高了檢測效率；

（3）GIS設備的結構和外觀具有不規則的特點，紅外成像法能檢測到傳統方法無法觸及的盲區部位。

［1］ 孟玉嬋，朱芳菲.電力設備用六氟化硫的檢測與監督［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］ 佟志勇，甄利，張遠超.SF6開關設備檢漏及漏點處理現場實踐［J］.高壓電器，2010（5）：92-94.

［3］楊振宇，何正興，俞澄一.晉陵變220 kV GIS的漏氣檢修及其相關問題［J］.高壓電器，2010（6）：93-97.

［4］張新中.氣體絕緣開關柜漏氣問題的分析與處理［J］.高壓電器，2010（6）：93-96.

［5］王偉，馮新巖，牛林，等.利用紅外成像法檢測GIS設備SF6氣體泄漏 ［J］.高壓電器，2012（4）：84-86.

［6］張軍，張虹.負電暈放電在SF6氣體泄漏檢測中的應用研究［J］.儀表技術與傳感器，2010（6）：107-108.

［7］徐元哲，劉縣，胡智慧，等.光學式SF6斷路器的泄漏檢測技術［J］.高電壓技術，2009（2）：250-254.

［8］吳變桃，肖登明，尹毅.GIS中SF6氣體泄漏光學檢測新技術［J］.高壓電器，2005（2）：116-118.

［9］呂超，胡曉光.基于吸附勢理論的SF6高壓電器設備氣體絕緣狀態預測［J］.中國電機工程學報，2006（1）：151-154.

［10］GB/T 8905-2012.六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢測導則［S］.

［11］DL/T618-2011.氣體絕緣金屬封閉開關設備現場交接試驗規程［S］.

［12］河南平高電氣股份有限公司.ZF11-252（L）型氣體絕緣金屬封閉開關設備［Z］.2012.