基于激光成像技术对GIS设备外泄检测

袁晓峰

(三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌443002)

基于激光成像技术对GIS设备外泄检测

袁晓峰

(三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌443002)

GIS是一种新型的电气设备，它的内部结构极其的复杂、并且在制造的过程中对质量要求也非常高、由于其全封闭性导致其在运用中的检修工艺也很繁琐。虽然GIS故障少，但万一发生故障后果相当严重。因此，开展对GIS设备状态的检测变得格外重要。本文将从检测的状态量、原理及方法三方面进行GIS设备的泄露进行检测。通过对GIS的一些状态量的不同变化，如气压，微水值等来判断其发生外泄，本文用到的检测方法主要是激光成像技术检测法。这种方法的优点在于可以实现远程监控，精确定位，以及高精度，非接触等。

GIS;气压;微水值;激光成像技术

1 引言

GIS是通过在绝缘金属内部封闭一定气体起到绝缘开关的一种设备。它的组成主要是由母线、断路器、隔离开关、接地开关、母线、避雷器、互感器、连接件和出线终端等。这些组成部分或部件全部封闭在金属接地的外壳中，并且在其外壳内部充有一定的SF6绝缘气体，起到压力作用，通常我们也称之为SF6全封闭组合电器。CIS设备由于其封闭性，所以跟传统的敞开式电气设备相比它具显著优点:体积小、安全性高、安装周期短、维护方便等。另外金属外壳内部的SF6气体由于具有优越的灭弧、绝缘性能以及稳定的化学热能性质，因此在超高压电气设备中得到广泛应用，与此同时，在SF6气体设备的制造、安装过程中可能会存在一些质量、外力损失和元件老化等因素，SF6气体泄漏问题也开始显露。当发生SF6气体泄漏时，一方面它不仅降低了SF6开关灭弧室的灭弧能力和绝缘性能，这样设备在运行过程中将存在严重的安全隐患，另一方面泄漏的SF6气体在电弧的作用下经过电压放电、温度等因素的作用，能形成一些毒性很大的分解物，这都有可能给运行、检修人员的安全带来严重影响，且SF6气体如果排放或泄漏到空气中，由于其极强的腐蚀性，这样可能会加剧我们生存环境的温室效应;当发生GIS设备泄漏时，大量补气会使得维修成本大大增加，因此加强对SF6设备的检漏时非常有意义的。

2 对GIS设备外泄进行研究的意义

由于SF6气体电气性能极其的优异，在常温常压下它的灭弧能力约为空气灭弧的102倍，其运用范围非常广泛，目前在高电压和超高电压乃至特高压中都得到了广泛的应用。常温常压下SF6气体的化学性能稳定不易泄露。但是在特殊情况下SF6气体泄露所造成的危害时不可估量的，就目前来看，主要有以下几个方面。

(1)GIS设备在开断的时候会产生电弧，SF6气体在电弧作用下被电加热后会分解出一些有毒物质如SF4、SOF2、SF2、HF等，这些有毒物质不仅污染大气，更有甚者将会对人体健康造成严重危害。

(2)GIS设备的耐压强度与SF6气体的密度相关，当SF6气体泄露时，它会引起GIS设备中气体密度降低，这样进一步造成GIS设备的绝缘耐压强度降低，严重时可能引起断路器的闭锁进一步导致GIS设备的绝缘击穿，引发重大事故。

(3)SF6气体跟CO2气体一样都是温室效应气体，它一旦泄露，大气环境将会被严重污染。SF6气体对大气的污染程度是CO2气体的23900倍，它被列为全球需要管制使用的气体之一。虽然现在在制作生产GIS设备的过程中，对设备内部封闭性要求很高，也能够尽最大可能的减少气体泄漏事情发生。但是，由于各方面的原因，全球范围内仍有大量GIS设备发生绝缘强度降低的问题，追其原因就是设备发生了SF6气体泄漏。因此我们有必要对GIS设备SF6气体密度进行定期的检测，控制SF6气体泄露以提高电气设备运行可靠性，进而保证电力工业生产安全。

在工业运用中为了满足设计要求，GIS设备中由于SF6气体大都密封且各密封室排列紧凑，且数量多，这样给准备定位SF6泄露点的检测增加了不小的难度。而本文将介绍一种新的检测技术即激光成像技术。它是一种专门为准备查找SF6气体泄露点而开发设计出来的，它的优势在于可以实现远程非接触式的检测，对运行中的GIS设备的SF6气体泄露检测非常实用，而且还可以准确地定位出装置中SF6气体的泄露位置。

3 对GIS设备外泄状态量的检测及原理

3.1 对GIS设备外泄气压的检测

我们知道，在GIS设备正常投入运行时，在同一温度环境下其每个气室或者气隔的气压是在一个范围内的，当SF6气体漏气时会造成设备内的气体压力下降，此时我们可以用密度继电器随时检查各个气室或者气隔的气压变化，当密度继电器显示气压明显下降时，我们就可以判断GIS设备发生外部泄漏。

3.2 对GIS设备外泄微水值的检测

此外，衡量GIS设备外泄检测的另一个状态量是SF6气体中水含量。而用到的检测设备是微水仪，原理是根据露点法等原理。我们知道，设备在运行过程中内部气压是比大气压高的，但是就水分来说，内部的水压要比外部水压要小很多，而且随着外界气温升高，会加大外部湿度更大，进而会导致外水分压更大，这样外部的水分就更容易进入到设备内部。因此当设备发生漏气时，外部水分就会很容易进入到设备内部来导致设备内的水分增大，此时我们就可以用微水仪来检测设备内部的水分变化，在做微水值的测定分析中，若发现微水值超标就可以判断此气隔或者气室有外泄现象发生。

4 对GIS设备外泄的检测的方法

就目前来说，GIS中传统的SF6气体泄漏检查方法有“卤素效应”检漏法、肥皂气泡法、抽真空检漏法、热导检测器法等。

(1)肥皂泡法检漏，当设备发生较大泄露或者正在运行中时可以运用此方法。用刷子将肥皂水刷在可能发生泄漏的密封环节上，当此处出现向外鼓泡的时候就证明该处是漏点。据工作经验，用洗发香波效果会更好，用此法可检出泄漏速率高达106mL大气压/秒的漏点。

(2)填充SF6气体检漏法，新装设备或者检修后重新装置的设备适用于此法，或运用肥皂泡沫法检测不到的微小漏点。这种检测方法使用的检漏仪最高灵敏度为1×10}，它可定量地确定漏点，漏气速率，以及漏气量。SF6检漏仪的具体工作原理是将被检气隔或者气室一个个用塑料布包起来起到密封作用，放置一段时间，检测出被围部分的SF6气体浓度，依此可以计算年泄漏量。

(3)抽真空监视法，用于全新装置或者检修后重新装配的设备。抽真空监视法的工作原理是，先将GIS设备的回装装置及其连接管抽真空直到1.4乇，观察30分钟确认无泄漏后才能使用。然后打开设备侧面阀门，对设备抽真空至1.1乇。保持真空度4.1小时。如果真空度下降值不超过1乇则认为设备无泄漏。

而本文用到的激光成像技术能够远距离，精确的判断出泄露点。

SF6气体是一种稳定的温室气体，在SF6的分子结构中，6个F原子紧密地围绕在SF6分子的表面，由于F分子具有很强的吸附电子的能力这样就使得SF6分子表现出极强的电负性，这样SF6分子就很容易吸附自由电子，因此可以吸收激光波长。本文介绍的激光成像技术就是依据此研发出来的，其工作原理为:首先由激光发射器发出入射激光，入射激光经过背景反射会形成反向散射激光进入激光摄影机成像系统，入射激光在进入系统过程中如果遭遇到设备泄露的SF6气体，由于SF6气体极强的吸附电子能力，则其能量可能会被泄露的的SF6气体吸收一部分，从而导致设备有泄漏情况下与无泄露两种情况下的反向激光产生差异，最终造成各自的激光成像不同，由此可以得出设备F6气体是否发生泄漏。激光成像技术在SF6气体泄漏检测工作中引入了一个全新的概念—“入射吸收－反向散射技术”，这样就可以通过气体成像图分析GIS设备各部件的SF6气体浓度，在工程应用中，利用激光成像取景器显示图像，使SF6气体以云的形式变得可见，从而可以通过图像来定位泄露源。

图1 SF6激光成像原理图

5 结束语

GIS设备在运行、维修过程中难免会发生泄漏问题，因此有必要对GIS设备进行定期的检测，在检查的过程中，我们可以通过对气压，微水值等一些状态量的监测来知道设备是否发生泄漏。本文用到的基于激光成像技术的SF6设备带电检测，它的主要优点在于能够远距离地带电检测是否发生设备SF6气体泄漏，可使泄露的SF6气体以可见的动态烟云形式在显示屏上显现出来，从而可以直观、准确、快速的发现并定位泄漏点。与常用方法相比较，利用激光成像技术进行SF6气体泄漏检测方法，其优势相当明显，它不需要设备停电，可以边运行边检测，达到安全的在远距离对泄漏点进行检测的目的，充分保障了运行、检修人员的身体不触电和气体中毒危险，为实现SF6电气设备的状态检修创造了良好条件。

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Laser Imaging Technology to GIS Equipment Leakage Detection

YUAN Xiao-feng
(China Three Gorges University，Electrical Engineering and New Energy School，Yichang 443002，China)

GIS is a new kind of electrical equipment，Its internal structure is very complex and higher quality is required in manufacturing.Although less GIS fault，but very serious consequences in case of failure.Therefore，to carry out testing of GIS equipment status becomes particularly important.This paper will state the amount of testing，principles and methods of the three aspects of GIS equipment to detect leaks.Changes in some of the state by different amount of GIS，such as pressure，moisture，etc.to determine the value of its leakage occurs，the detection method is mainly used in laser imaging technology detection.This approach enables remote pinpoint leak points，and advantages of high precision，noncontact.

GIS;pressure;slug value;laser imaging technology

TM73

B

1004－289X(2016)04－0010－03

2016－03－03