射线数字成像（DR）技术在电力工业检测中的应用

高 阔，于 虹，郭铁桥

（1.华北电力大学 云南电网公司研究生工作站，昆明 650217；2.云南电力研究院 高压研究所，昆明 650217；3.华北电力大学 机械工程系，保定 071003）

电流互感器的安全运行对电力系统的稳定可靠运行有着重要意义，在现场施工安装中应给予充分保证［1］。对于配网侧电流互感器的常用检测方法有耐压、绝缘电阻、局部放电等分析方法以及出厂试验、定检预试等，这些方法仅能了解缺陷的外部物理参数和所处的大致区域，而不能对设备内部缺陷或故障进行定位和定性，不利于制定检修策略。

1 X射线数字实时成像系统

X射线检测技术作为工业射线检测的重要手段，广泛应用于材料测试、食品检测、制造业、医学、军工等方面［2］。X射线无损检测成像技术经历了从传统胶片成像技术、数字存储荧光体成像CR技术（Computer Radiography）和数字摄影成像DR技术（Digital Radiography）的发展过程［3］。

X射线数字成像DR技术是目前最先进的数字成像技术，它比传统胶片成像技术和数字存储荧光体成像CR技术更具有优势［4］，其具有成像质量高、速度快、可以做到实时成像显示并能实现在线检测等优点［5］。由于干式电流互感器全封闭式的结构特点，使其在检测过程中无法对其缺陷类型进行分析。X射线数字成像技术DR能够在设备不停电、不解体的情况下，对其内部结构进行透照，直观、可视地确定缺陷位置、程度和性质。因此，DR检测技术为电力设备的故障检测提供了一种新的思路和方法。

2 故障试验分析

某供电局220kV变220kV号1主变压器第I套保护比率差动保护动作，220kV号1主变220 kV侧201，110kV侧101，35kV侧301断路器跳闸。发生故障后，首先对相关电流互感器的二次回路进行检测，未发现明显异常，怀疑为电流互感器的故障导致的事故，于是对其进行试验性检测，观察其是否存在缺陷。该电流互感器为电磁式环氧树脂绝缘的全封闭式结构，常规检测仅能了解其缺陷的大致故障区域，具体的缺陷形式和发生故障的原因无法做出分析。因此，笔者综合常规的电流互感器故障检测方法和X射线数字成像方法，制定了一套详细的故障试验检测流程。

首先选取B相TA（电流互感器）进行对比分析，B相TA与C相TA为同一厂家的同一批次产品。然后对故障TA进行绝缘电阻试验，观察其绝缘状态是否正常。然后对故障TA按照其铭牌规定的要求进行耐压试验。接着对故障TA进行励磁试验，测得其拐点电压、拐点电流以及该电流互感器在25和27℃时的电阻换算值。在不同电压等级下进行局放试验，观察故障TA局放图谱。并在不同电压等级下观察其紫外成像图和红外成像图，看是否存在明显放电现象或局部明显过热现象。

在以上试验过程均无法发现缺陷位置和类型后，使用X射线数字成像DR检测系统，对其进行X射线透照，观察其内部结构。如果遇特殊情况无法继续后续试验的，直接用X射线成像系统对其进行检测。

2.1 绝缘电阻测量

对损坏的C相TA与未损坏的B相TA进行了绝缘电阻测试，测试结果如表1所示。

通过绝缘电阻测试，可以明确C相TA一次绕组与二次绕组直接绝缘击穿。由于绝缘已被击穿，后续耐压试验、励磁试验、局放试验等无法继续进行。故对故障TA进行X射线透照，观察其内部结构。

表1 绝缘电阻测试结果 MΩ

2.2 X射线数字成像检测

对C相TA及B相TA进行X射线成像检测，按图1所示对试验设备进行布置。设置的X射线机的参数为：曝光时间2s，采集次数4次，电压300 kV，电流3.0mA，焦距750mm。

图1 电流互感器X射线成像检测设备布置图

试验所选用的平板探测器为GE公司生产的DXR 250V型成像板，其基本参数见表2。

表2 平板探测器的基本参数

通过观察拍摄到的两个TA的X射线成像图像可以看出，B相TA的二次绕组引线位于TA底部，比较整齐，环氧树脂浇注整齐，无气泡、杂质等。而C相TA的二次绕组引线飞出，有部分引线交叠并呈现弯曲，引线比较凌乱，并且发现二次引线距离一次侧铜板过近。图4为对比铭牌在X射线图像上找到的C相TA二次绕组引线与二次出线端子的对应图。

图2 B相TA的X射线成像

图3 C相TA的X射线成像

图4 C相TA二次绕组引线与二次出线端子对应图

从图4中可以发现，1S1端子的二次引出线距一次绕组较近，初步推断为由于该位置击穿导致C相TA击穿。通过观察X射线图像可知，该电流互感器质量存在制造固有缺陷，由于在浇注前未对二次引线进行固定或者固定不牢靠，导致在浇注中二次引线飞出，距离一次端过近，并且发现二次端的引线是以对折结构的形式封闭在环氧树脂内，可能存在应力，导致在浇筑后二次引线在此处形成空穴，引起局部放电。一旦局部放电形成，在孔穴处会产生活性气体（臭氧、氧化氮）腐蚀局部绝缘，造成不可恢复的损伤，随着腐蚀程度的逐渐加大，经过一段时间的运行，造成绝缘性能的不断下降，最终导致突发性绝缘击穿短路，造成主变差动保护［6－7］。

2.3 解体后观察

为了验证X射线检测的正确性，对C相TA进行了解体观察（图5）。

图5 C相TA解体图

图6 C相TA局部放电通道示意图

由图5解体图片观察分析，在故障TA二次绕组1S1处出现大量的碳化痕迹，如图6所示，并在解体过程中伴有异味气体溢出。通过观察解体后二次绕组1S1处周围的环氧树脂碎块（图5）发现，其二次绕组引线周围存在明显的空隙，碎块表面并有大量的爬电痕迹存在，验证了在电流互感器解体前，仅凭X射线图像分析的事故原因。

2.4 试验结论

通过对35kV环氧树脂型电流互感器的故障试验分析，发现了该互感器在制造工艺中出现的问题，并对其造成的影响进行了分析。验证了用X射线数字成像检测技术对配网侧固体绝缘设备透视检测的可能性。利用该技术能够在电流互感器不解体、不停电的前提下，配合电流互感器缺陷的常规检测方法，准确、快速地诊断出缺陷方式和性质，为配网侧电力设备的故障诊断提供了新的方法，同时该技术为设备状态检修和辅助决策提供了依据。

3 结语

建议在今后的设备入网检测过程中，加入X射线数字成像技术的检测，在常规检测方法无法检测出异常的情况下，对入网电流互感器进行抽检。通过对入网设备的X射线透视图像观察其是否存在制造工艺等类型的问题，避免以后带来的突发事故。同时由于X射线数字成像检测系统具有在设备不停电、不拆卸的情况下进行检测的特点，针对正在运行的配网侧电流互感器进行部分抽检，对容易发生的故障的重点部位进行多角度拍摄。

［1］顾建军.电流互感器二次回路检测方法简介［J］.中国高新技术企业，2009，131（20）：49－52.

［2］于渤源，貊大卫，邹建宏，等.一种直接数字化的X射线扫描成像（DR）系统［J］.中国医学装备，2005，2（4）：42－45.

［3］董旭.医用X射线数字摄影（CR/DR）系统检测方法的研究和评定［J］.中国医学装备，2010，7（1）：8－11.

［4］李衍.承压设备焊缝CR和DR技术应用最新国际动态［J］.无损探伤，2009，33（4）：1－6.

［5］李衍.工业 DR 技术的新动向［J］.无损探伤，2006，30（6）：1－4.

［6］翁朝晨，尚元.35kV变电站高压电流互感器几起接地故障分析［J］.医药工程设计，2010，31（1）：56－58.

［7］李云芬，彭福乘.洛东电厂35kV电流互感器绝缘击穿事故分析［J］.广西电力技术，2001（2）：48－49.