基于激光成像的SF6設備氣體檢測技術研究

王逸君，武海天

（1河北農業大學機電工程學院 河北 保定 071000）

（2石家莊科林電氣股份有限公司 河北 石家莊 050000）

1 引言

SF6氣體因其良好的絕緣性能和滅弧性能，廣泛的應用在SF6斷路器、GIS等高壓開關電氣設備中。SF6氣體泄漏是設備運行過程中常見的缺陷之一，它不僅會影響設備的絕緣強度，引發設備故障，破壞地球環境，加重溫室效應，泄漏的氣體中還含有危害人身安全的電解物。因此，SF6氣體泄漏檢測工作異常重要。

目前，SF6氣體檢漏方法主要有主動式和被動式。主動式包括激光成像檢測、紫外電離檢測、鹵化物檢測等，可直接通過檢測設備的SF6氣體的紅外吸收特性，對泄漏情況進行定性或者定量的檢測。被動式指通過觀察和測量SF6氣體泄漏的速率以及嚴重程度，從而反映出SF6氣體泄漏的情況，包括肥皂泡法、包扎法、真空法等。

上述激光成像法，可以使得SF6氣體發生動態化煙霧的運動形式呈現在背景環境下，操作方式不繁瑣，中間無需斷電，測試結果直觀且有效，為定位現場漏氣部位提供了安全有效又迅速的方法。

2 激光成像法的檢測原理

SF6是一種無色無味的氣體，具備極強的紅外吸收特性。當入射激光通過泄漏出來的SF6氣體時，被SF6氣體吸收，反射的激光表現出的強度明顯減弱。SF6激光成像檢漏儀運用了SF6氣體吸收紅外線的特性以及反向散射和吸收理論。當激光發射端鎖定被測區域范圍，設備發射出入射激光，經背景投影反射直接會形成反向的散射激光簇，這些激光簇都將傳入激光成像系統。被檢測區域無泄漏氣體，反向散射激光束時形成的圖像將與反向散射陽光時一致。被測區域有泄漏氣體，發出的入射激光遇到泄漏的SF6氣體，則紅外線能量會被吸收一部分，返回至激光攝影成像儀系統的激光光照強度減弱，從而導致反向散射激光在有泄漏與無泄漏兩種情況下產生差異，造成最終激光成像的不同。SF6氣體濃度越大，吸收就越多， 激光成像對比度也越大。激光成像法可使SF6氣體在視頻中可見，從而確定其泄漏源和移動方向。

激光泄漏成像儀結構圖如圖1所示，主要包括激光發射端系統、激光接收端系統、放大成像處理系統、被測數據處理系統，以及視頻顯示記錄系統、電池模塊組、支架等。

圖1 激光泄漏成像儀結構圖

發射端激光器由IV級連續波CO2激光器組成，其輸出不可見的紅外激光線。光束通過一對高頻運轉的鏡片掃描后，以IV級不可見激光射出窗口。激光束掃描速度非常快。因此，整個激光檢漏儀攝像區域的激光等級基本均衡。當激光檢漏儀檢測到SF6氣體的泄漏圖像時，便于檢修人員進一步的分析處理。

3 應用案例

220kV變電站1號主變110kV側出線氣室壓力迅速下降，并發出報警信號。利用SF6氣體激光攝像儀進行全面檢漏，發現泄漏點位于110kV斷路器A相法蘭盤處，如圖2所示。SF6氣體激光攝像儀拍攝到的泄漏圖像，可直觀地看見泄漏點的位置、泄漏的程度，如圖3所示。經現場運維人員查看，確認是法蘭盤連接處的明顯裂痕導致的SF6氣體泄漏。

圖2 110kV斷路器A相現場圖

500kV變電站中GIS發生持續泄漏，檢測人員采用CO2激光攝像儀對GIS設備進行仔細檢查，發現在斷路器B相法蘭的連接螺絲口有氣體泄漏，拍攝到的圖像如圖4所示。

圖4 B相法蘭盤處裂痕泄漏圖

上述兩個檢測案例表明激光成像法對SF6氣體設備泄漏源可精確定位，為設備檢修提供了有效的依據。激光成像法無需斷電即可檢測，避免了檢修人員高空作業，保證了人身安全，提高了檢修效率，保障了設備安全可靠運行。

4 SF6設備氣體泄漏的原因及預防措施

SF6氣體泄漏的原因有很多，從SF6設備的生產、安裝以及使用三方面歸納。（1）SF6設備生產缺陷。生產設備在采購、加工和出廠過程中校驗不過關，導致出廠的產品質量不達標，造成漏氣。設備的設計不合理以及設計誤差，造成不合格或者有缺陷的產品進入下一道工序和出廠，在不合理外力作用下導致密封受損而泄漏。（2）SF6設備的裝配缺陷。交接驗收時，發現最多的就是密封墊片的問題。氣體管路接口等位置密封墊圈裝配不當都會產生氣體泄漏。（3）SF6設備使用缺陷。在自然環境的影響下，隨著設備使用時間的推移，部分部件性能老化，如O型圈進水受潮、熱脹冷縮導致設備形變、密封膠經久失效等。

SF6氣體泄漏影響設備運行，嚴重時還能造成重大事故。通過對SF6氣體泄漏原因的分析，可以從以下幾點做好SF6氣體泄漏預防工作：（1）設備生產廠家要根據客戶實際情況，在產品設計上嚴格把關，杜絕不合格的產品生產和出廠。（2）設備在裝配過程中，應優選合格的密封墊圈和密封膠，保證產品合格出廠。（3）做好設備的檢修與維護工作，延長設備使用壽命，當發現氣體泄漏零部件時，及時更換，避免造成更大的事故。（4）認真分析各種SF6氣體泄漏原理，采取合理有效的辦法解決泄漏問題，并避免相似問題的重復發生。

5 結語

CO2激光攝像儀以視頻圖像的形式，在不斷電的情況下快速查找SF6設備的氣體泄漏源，為測試人員提供了一種直觀準確的檢測方式，保證了檢修人員的人身安全，保障了設備的運行安全可靠。合理分析SF6氣體泄漏原因，做好SF6設備氣體泄漏的預防工作，保障了電網安全、經濟、穩定的運行。

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