一种联合检测方法在SF6微量泄漏检测中的应用

欧阳进，黄阳岗，胡海宁，王 伟，蒯 强

（国网湖南电力公司长沙供电公司，湖南 长沙 410000）

一种联合检测方法在SF6微量泄漏检测中的应用

欧阳进，黄阳岗，胡海宁，王 伟，蒯 强

（国网湖南电力公司长沙供电公司，湖南 长沙 410000）

针对某110 kV变电站气体绝缘金属封闭开关(Gas Insulated Switchgear,GIS)设备SF6气体微量泄漏问题，对现有检漏方法进行深入分析，提出了一种基于包扎法、SF6检漏定性仪、红外检漏仪的联合检测方法。应用结果表明：该方法能省时、有效地完成GIS设备SF6气体轻微漏气的检测，并能准确定位漏气点。

SF6；检漏；微量泄漏；包扎法

常温下，六氟化硫（SF6）是无色、无味、无毒、化学性能稳定的气体，该气体有较强的负电性、灭弧能力和绝缘强度，因此作为绝缘介质，［1］被广泛应用于变压器、断路器、互感器和组合电器等多种设备。

2017年2月24 日某110 kV变电站气体绝缘金属封闭开关(Gas Insulated Switchgear,GIS)设备5101气室SF6气压表报警，气室气压值低于警示值0.4 MPa。该GIS自2010年投运，2013年5101气室SF6气压表首次低于警示值，其后，平均13个月补气一次，年漏气率大于规程规定的注意值，由于气体泄漏的绝对速度不快、泄漏量小，一直未能找到泄漏点。

SF6气体的泄漏会导致设备绝缘介质减少，严重降低设备的绝缘和灭弧能力，给设备的安全稳定运行造成极大的威胁，同时发生过灭弧的SF6气体也会对人体神经系统造成伤害［2-4］，因此及时发现SF6泄漏对于电气设备的安全稳定运行具有重要的意义。

1 现状分析和需要解决的问题

1.1 现状分析

根据该气室补气频率和SF6压力表读数显示，该气室漏气量为6 g/年，补气频率平均13个月一次。

该气室2010年投运后3年期间，运行良好，可排除出厂设计和交接安装问题，判断可能是运行维护时连接处开裂、密封材料老化、阀门闭合不严等问题造成的。据此，试验人员对该GIS气室补气后的各连接部位、密封垫、仪表阀门进行检测，采用各常规检测方法均未发现漏点，2014年该气室SF6气压表再次低于警示值，此后平均13个月需进行一次补气，每次补气后试验人员均进行检漏，仍未检测到漏点。

检测过程中，试验人员分别单独采用了SF6定性检漏法、红外检漏法、肥皂水法以及包扎法。

SF6定性检漏法检测方便、灵敏度高[5]，在检测时通过旋转探头对空气中的SF6进行探测。但由于泄漏量小，SF6气体快速扩散在周围的空气中，导致探测区域SF6气体浓度低于仪器检测灵敏度，难以发现泄漏情况。

红外检漏法检测方便，探测灵敏度低于SF6定性检漏法，但具有可视化的优点［6］，通过照片、视频的形式能够保存SF6气体的泄漏图像。在检测时采用手持红外探漏仪进行探测，由于泄漏量小，SF6气体快速扩散到周围的空气中，检测区域SF6气体浓度低于仪器检测的最小分辨率（灵敏度），也难以发现泄漏情况。

可见，要使用SF6定性检漏法和红外检漏法来进行检漏，需满足检测区域SF6浓度不低于仪器灵敏度的条件。

肥皂水法检漏成本低廉，不需要购置专门的仪器［7］，只需配制肥皂水即可进行。将肥皂水涂刷到泄漏点上，受到SF6泄漏气体的影响的泄漏点上将逐渐鼓起肥皂泡，检测结果简单明了。由于每个点涂抹后需要观察至少1 min（视SF6气体泄漏量大小决定），检测速度慢且鼓泡不易察觉，因此适用于确定泄漏点和泄漏量大的情况下进行确认。

包扎法通过对气室进行薄膜包扎，避免其消散在空气中，将泄漏SF6的气体集中在薄膜内来提高检测区内的SF6浓度［8］，使得泄漏现象更加明显。但通常薄膜包扎后需要等候24 h，且对每个漏气点都需要进行包扎，当大范围薄膜包扎后不计算集气时间，可能造成集气后薄膜内的SF6气体浓度仍不满足其他检测手段的灵敏度要求。由于包扎范围大，耗费时间久，人力投入较多，对该气室未单独采用包扎法。

1.2 需要解决的问题

综上所述，GIS设备泄漏点检测需解决3个问题：

（1）泄漏量确定。

（2）泄漏点区域确定；

（3）泄漏点位置确定；

由于该GIS设备SF6气体泄漏的特殊性，常规的SF6检漏法无法完成泄漏点检测，迫切需要一种新的检漏方法来解决问题。

2 SFSF66联合检测方法

针对包扎法、红外成像法和SF6定性检漏法具有的优缺点，本文提出了一种联合检测方法：

（1）利用包扎法提高膜薄包扎区域SF6泄漏气体浓度的优点，对气室进行膜薄包扎，根据SF6压力表显示的漏气量、补气频率计算漏气率，进而得到集气时间，再对疑似漏点分别采取薄膜包扎进行区域内的集气，集气后根据后续的检测手段，逐步确定泄漏范围，缩小包扎区域。

（2）利用SF6定性检漏法检测方便和红外检漏法可视化检测的优点，通过膜薄包扎后SF6气体局部浓度满足检测要求，发现泄漏区域，再逐步缩小检测范围，锁定泄漏点。

（3）根据肥皂水法灵敏、可视化的特点，对锁定泄漏点进行复测，确认泄漏。充分利用这几种检测方法的优点，克服其缺点对GIS设备进行泄漏点检测。

2.1 漏气量计算

联合检测方法为了得到包扎法集气的时间，首先需要进行漏气量计算：

（1）计算出检测对象的年漏气率q（%）和补气时间T（年）［9］

式中：Pt—断路器额定气压，MPa；

G—断路器重启重量，g；

ρ—大气压下SF6气体的密度（取3 200），g/m3；

Pgm—低气压报警压力，MPa；

P—大气压力，MPa。

（2）对检测对象进行检漏的定性分析，确定泄漏点大致区域。即分别分相、分区域对检测对象进行封闭式膜薄包扎，根据年漏气率确定包扎法集气的时间t［10］。

qT—检漏仪最小检测浓度，与现场的温度、风速有关。

由此得到该GIS设备漏气速度约为0.305×10-4mL/s，低于文献［10］定义的泄漏量1.820×10-4mL/s的指标，发现该气室为SF6气体的微量泄漏。

2.2 检测步骤设计

联合检测方法检漏步骤如图1所示。

图1 SF6联合检漏方法流程

（1）计算集气时间，确定包扎法包扎时间。

（2）采用薄膜包扎法对检漏对象的疑似漏点进行包扎，利用薄膜对疑似漏点按照大区域划分进行包扎，大大减少了对每个点进行包扎时的工作量。

（3）满足集气时间t后，此时仪器检测灵敏度已达到集气后的泄漏浓度，采用SF6定性检漏法确定是薄膜里包扎了漏气点，确定泄漏点的大致范围。

（4）通过红外检漏法进一步确定和缩小泄漏点区域，保存可视化的气体泄漏图像。

（5）确定泄漏点的大区域范围后，再根据该区域的结构特点进行细化包扎，利用SF6定性检漏法、红外检漏法、肥皂水法复测和锁定泄漏点。

（6）发现漏点后，再对漏点进行处理。

2.3 现场应用

2017年3月22 日，试验人员采用联合检测方法对该微漏气室进行检测。

根据补气情况，试验人员决定采用薄膜包扎法对可能存在的漏气点（包括：法兰盘连接处、螺栓、接头、阀门、焊缝、表计等连接区域）进行包扎，如图2所示。

图2 对疑似漏点进行薄膜包扎

采用式（1）、式（2）、式（3）计算出年漏气量，要使泄漏SF6气体浓度满足仪器最低检测浓度要求，得出满足仪器最低检测浓度条件的集气时间为24 min。

集气时间满足条件后，逐一扎破薄膜，在挤压连接处（漏气点所在大致区域）薄膜扎孔时，将定性检漏仪探头放入刚刚戳破的薄膜洞孔中，探测到满格的急促报警声如图3所示，从红外检漏仪上可见小孔处看到更加明显的泄漏现象如图4所示，利用红外检漏仪、SF6定性检漏仪进行检测，排查出疑似泄漏点。试验人员再重点对此底座连接排底座各部件进行重点检测，分别对底座、连接排铜排进行分区薄膜包扎，发现为底座漏气如图5所示，通过肥皂水法精确检测，发现为该底座螺孔处发生泄漏，如图6所示，该漏点刷完肥皂水后25 s鼓起如图所示的明显气泡。联合检测全过程共用时2 h完成。

图3 试验人员对包扎后的薄膜进行检测

图4 红外检漏法结果

图5 对底座进行SF6红外检测

图6 肥皂水检测法结果

3 效果评价

（1）本次GIS气室漏气量仅为0.305×10-4mL/s，针对泄漏量小的问题，联合检测法通过对可能漏点进行薄膜包扎集气，提高了漏气部位局部SF6气体浓度，使得SF6定性检漏仪、红外检漏仪能够定量地检测到泄漏值。

（2）针对泄漏点区域小的问题，联合检测法采用分区域的薄膜包扎法，再通过缩小包扎范围的方法，逐步锁定泄漏点。检测全程耗时仅2 h。而单纯包扎法需要至少4人同时对设备进行全部包扎，工作过程需要24 h，工作量大；肥皂水法是精确检测方法，但单纯肥皂水法需要对各疑似漏点逐一排查，且每个漏点需等候30 s，同样工作过程至少需要用时5 h，且因为没有对泄漏点的初步判断，可能还会错过泄漏点。

（3）针对泄漏点位置问题，联合检测法在集气满足后扎破包扎薄膜，首先使用灵敏度高的SF6检漏仪进行初步判断，确定包扎了泄漏点的薄膜；再通过可视化的红外检漏仪进行复测，确认泄漏点位置，保存可视化图片和视频；最后通过SF6定性检漏仪和肥皂水法进行精确定位，确定漏点。而单一的常规方法因泄漏量小的原因，难以发现隐秘的泄漏点位置。

4 结论

（1）常规检漏方法在设备发生微漏时，难以完成检测。本文采用薄膜包扎法、红外检漏仪、SF6定性检漏仪、肥皂水法的联合检测方法，成功完成了SF6气体微量泄漏的检测。该方法通过调整薄膜包扎的时间，可适用于所有SF6设备微量泄漏的检测。

（2）联合检测方法用时短、工作量小、针对性强，通过联合检测法的6个步骤，逐步排除漏点、互相印证方法，完成从区域逐步排除到定位具体泄漏点的过程。

（3）联合检测方法通过集气提高了泄漏SF6气体的浓度，进而满足仪器检测的灵敏度要求，确定泄漏点的大致区域，再层层排除、锁定，最后确认泄漏点的方式，能准确检测到设备的气体泄漏点。

（4）联合检测方法适合对室内设备SF6气体微量泄漏进行检测，而室外设备的气体泄漏检测，由于受环境温度、光照、风速的影响，检测环境更加恶劣，理论上联合检测方法能够进行检测，但检测效果如何还有待进一步的现场实践。

［1］ 陈绍锋.SF6气体泄漏的原因分析及检漏方法应用[J].电子世界，201512(38)：,527-526.

［2］ 佟智勇.SF6开关设备检漏及漏点处理现场实践[J].高压电器，2010,46(5):92-97.

［3］ 周永言.GIS中SOF作为局部放电特征气体的有效性分析[J].中国电机工程学报,2016,36(3):871-878

［4］ 刘建月.基于故障树的GIS设备SF6气体泄漏分析[J].高压电器，2016,52(12)：189-193.

［5］ 王艳华.多种检漏技术在GIS设备泄漏中的应用[J].电工技术，2016,7(A)：77-77.

［6］ 刘晓华,SF6设备泄漏缺陷分析[J].工程技术:文摘版, 2016(12):00280-00281.

［7］ 胡连清.SF6气体红外成像检漏仪与定量检漏仪现场使用经验探讨[J].高压电器,2014,50(10):126-130.

［8］ 曾令甫.高压电气设备SF6检漏方法比较和应用[J].高压电器,2016,6(43):37-42.

［9］ 张鑫.高压SF6开关设备铝铸造壳体系统检漏方法[J].高压电器，2010,46(12)：86-88.

［10］金海望,SF6泄漏类缺陷无线监测与预警装置[J].电气技术,2017(3):148-151.

Application of a joint detection method in the detection of SF6minimal leakage

OUYANG Jin,HUANG Yanggang,HU Haining,WANG Wei,KUAI Qiang
(Changsha Power Supply Filiale of State Grid Hunan Power Co.,Changsha Hunan 410000,China)

Focusing on the problem of SF6gas appearing minimal leakage in gas insulated switchgear (GIS)equipment of a 110 kV substation,deeply analyzes the current detection method of the leakage, puts forward a joint detection method to detect the GIS equipment based on bandaging method,SF6leakage qualitative detector and infrared leak detector.The application result shows that the method can effectively complete the minimal SF6gas leakage detection for GIS equipment,and locate the leakage point accurately.

SF6；leakage detection；minimal leakage；bandaging method

TM561.3；642.6

B

1672-3643（2017）03-0038-04

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.03.007

2017-03-04

欧阳进（1990），男，工学硕士，助理工程师，从事电力系统自动化及智能变电站一次设备技术管理工作。

有效访问地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.03.007