红外成像技术在电力设备气体泄漏中的应用

2022-10-25陈立宇馨

水电站机电技术 2022年10期

关键词：气室漏气红外

王航，陈立宇馨

（1.湖南五凌电力工程有限公司，湖南长沙 410000；2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南长沙 410004）

1 引言

SF6是一种无色、无味的气体，常温下无腐蚀性，具备良好的绝缘、灭弧性能，广泛应用于断路器、变压器、互感器、电容器等高压电力设备中。

高压电力设备中的SF6气体泄漏，会造成开关闭锁、绝缘击穿等事故，还会对空气造成污染，且频繁补气，会导致设备维护成本上升。因此，及时检测电力设备的SF6气体泄漏点并进行处理极为必要。

近年来，红外成像检漏技术因其非接触、远距离的优点，在电力设备气体泄漏带电检测中应用较多，能以动态烟雾的形式直观呈现出来泄漏中的SF6气体。与常规气体检漏方法相比，红外成像检漏技术更具有效性。

2 SF6气体泄漏检测

2.1 SF6气体泄漏的原因

在SF6气体绝缘的电力设备中，气体泄漏的原因主要有以下几点：密封件质量问题、绝缘子出现裂纹导致泄漏、设备安装施工质量问题、密封槽和密封圈不匹配、设备本身质量问题、设备运输过程中引起的密封损坏等。

2.2 SF6气体泄漏的部位

据统计，每年SF6泄漏设备比例占设备量的2%～4%左右。同时，随着设备的老化，泄漏的情况会不断增加。在进行泄漏点定位工作前，应主要对以下泄漏部位进行预判断。

（1）绝缘盆子等法兰密封面。法兰密封面是发生泄漏较高的部位，一般是由密封圈的老化造成的，也有少量刚投运设备是由于安装工艺问题导致的泄漏。查找这类泄漏部位时应该围绕法兰一圈，从各个方位进行检测。

（2）压力表座密封处。由于工艺或密封老化引起的，应检查表座密封部位。

（3）罐体预留孔封堵部位。预留孔的封堵也是SF6泄漏率较高的部位，一般由于安装工艺导致。

（4）气室的充气口处。由于多次充气造成的密封损坏，发生气体泄漏的情况也经常发生。

（5）SF6气体小管道。应重点排查管道的焊接处、密封处、管道与开关本体的连接部位。有些三通连接的开关SF6管道可能会有盖板遮挡，这些部位需要打开盖板进行检测。机构箱内的SF6管道需要打开柜门对其内部进行检测。

（6）设备本体焊缝。设备焊缝焊接质量不良形成的砂眼，也容易导致气体泄漏。

2.3 SF6气体检漏的方法

目前使用较多的技术成熟检漏方法主要包括：泡沫法、定性检漏仪报警检漏法、包扎加定量检漏仪检漏法等。这些传统检漏法虽然使用方便，但在实际使用中仍存在较多的局限性，如对安全距离不满足要求的设备需停电检测、误差受环境因素影响较大、精确定位泄漏点困难等。

近几年，利用SF6气体的红外特性发展的激光成像检漏法及红外成像检漏法,在检测SF6气体泄漏方面实现了重大突破，在相对较远距离就能发现泄漏的具体部位，且检测精度较高，检测结果直观，在保证作业人员安全的同时也提高了检测效率。

其中，红外热成像检漏法利用SF6气体和空气对特定波长的光吸收特性差异，致使两者反映的红外影像不同，将人眼在可见光下看不到的泄漏中的SF6气体，以红外图像的形式直观反映出来，以定位泄漏点。

3 红外成像检漏技术

3.1 红外成像检漏技术的原理

红外成像检漏技术主要是利用SF6气体对红外线较为敏感的特性进行成像，是基于红外光谱成像分析技术发展而成的新兴技术。红外光谱成像分析技术是指以分子光谱学作为理论基础，以红外热成像技术作为工具，分析、鉴别及检测特定的(如有害、特殊)气体，并能以直接观察可视图像的方式，确定其位置的技术。它是红外光谱分析理论与红外成像技术结合的产物。红外成像检漏仪主要由光学系统、焦平面探测器、信号处理及显示器部分组成。

对于SF6气体而言，在10.56 μm频率带的红外光中，具有较强的吸收能力与辐射能力。在这一频率下，SF6气体和其他气体在红外图像中呈现的亮度有所不同。SF6红外检漏成像仪就是根据这一原理，通过高灵敏度的量子阱探测器、图像处理技术和电子技术，进行10～11 μm波段红外线的被动感应，实时形成直观且具有层次感的红外图像，使技术人员可以直观地看到SF6气体的泄漏位置。

3.2 红外成像检漏技术的优点

红外成像检漏技术在电力设备气体检漏中应用，主要有下列优点。

（1）检测的非接触性。技术检漏仪可在距离运行设备约30 m以内准确成像，不用接触被检设备。

（2）检测的灵敏度高。热灵敏度高可达到0.035℃，使采集图像更清晰细腻；探测灵敏度可达到1 μL/s，更容易分辨微小温差的SF6气体气流。

（3）反射背景要求低。可检测以天空为背景的高空设备，也可检测开关柜、GIS等空间较小的设备。

（4）支持设备带电检测。可在不影响设备运行的情况下作业。

（5）检测作业便捷。检测方便，排查工作量小，非常适用于大气室的检漏。

4 SF6气体检漏技术的应用实践

湖南五强溪水电厂500 kV开关站SF6绝缘全封闭组合电器（GIS）由西安高压开关厂和日本三菱公司联合生产制造，于1994年正式投运，采用双母线设计，共8个间隔、73个气室（SF6气体额定压力为0.40 MPa（20℃））。该GIS设备气室数量多、单个气室体积大、设备停电机会少，需采用带电检测方式检查设备健康水平。

五强溪电厂500 kV GIS设备在运行中，存在SF6气体压力非正常下降现象。因气体年泄漏量较小，电厂多次组织设备检漏，均未能检测出泄漏点。本次采用以红外成像检漏技术为主的带电检测方式开展泄漏点定位工作。

4.1 泄漏点定位实施理念

4.1.1 气体检漏整体思路

（1）因五强溪GIS设备气体泄漏量较小，要精确定位泄漏点，需采用高精度的检测技术。

（2）因GIS设备是发电厂电能输出核心设备，泄漏检测工作必须带电进行。

（3）采用红外成像检漏技术，可以将SF6气体泄漏情况转换成图像呈现，直观易识别，可精确判定漏气量及漏气点。

4.1.2 泄漏点定位实施方案

（1）调取每个GIS气室的历年巡视记录，根据温度、压力情况绘制压力/温度-时间曲线图，分析、计算每个气室的年漏气量，找到漏气量大的气室重点检查。

（2）分析可能漏气的部位。根据经验，漏气的位置主要在焊缝砂眼、螺栓连接处、绝缘盆子、压力表及连接部分等部位。

（3）针对可能漏气的部位用红外成像检漏仪逐个排查，找到漏气点。

（4）由于背景环境温度对红外成像干扰较大，尽量选择环境温度较低的时间段实施检漏工作，使检测更精准。

4.2 气体泄漏情况分析

4.2.1 Ⅱ母GMB3气室气体泄漏情况分析

自2016年3月开始，Ⅱ母GMB3气室出现气体压力非正常降低的现象。气室压力趋势详见图1。

图1 Ⅱ母GMB3气室压力趋势

根据GB 11023《高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法》中泄漏率测定方法，采用压力降法（式1）对该气室进行年泄漏率测定。选取时间段Δt（2016年3月至2019年5月）计算Ⅱ母GMB3气室年的泄漏率Fy≈1.8%，超过标准要求（年泄漏率不大于1.0%）。

式中：Δp=p1-p；Fy——年泄漏率；p1——压降前的压力（标准大气压），MPa；

p——压降后的压力（标准大气压），MPa；

根据Ⅱ母GMB3气室压力趋势分析，该气室气体压力存在间歇性降低的情况。与GIS室环境温度趋势（图2）对比分析可以看出，该气室在环境温度超过20℃时气体压力下降较快，在气室温度低于15℃时气体泄漏则不明显。

图2 GIS室环境温度趋势

4.2.2 50532气隔GM42气室气体泄漏情况分析

50532气隔GM42气室长期存在气体泄漏情况，需经常对气室进行补气以保证气室的正常压力，且补气间隔存在逐次缩短的迹象。气室压力趋势详见图3。

图3 改进的大轴中心调整方法示意图

图3 50532气隔GM42气室压力趋势

针对50532气隔GM42气室气体泄漏情况，分别选取时间段Δt1（2015年3月至2017年7月）与Δt2（2017年9月至2019年7），采用压力降法（式1）计算气室年泄漏率。该气室年泄漏率分别为Fy1≈3.3%、Fy2≈4.8%，设备劣化趋势较明显。

4.3 气体泄漏点定位

4.3.1 Ⅱ母GMB3气室泄漏点定位

鉴于该气室容量大、泄漏率较低、间歇性漏气的特点，泄漏点定位工作选在环境温度大于30℃的时间段。分别采用扣罩法、检漏仪检漏法定位漏气点大概位置。采用红外成像法（FLIR GF306型红外气体检漏成像仪）精确定位泄漏点。

4.3.2 50532气隔GM42气室泄漏点定位

该气室容量较小，虽然泄漏率不高但相对泄漏量较大，泄漏点定位工作选在环境温度20℃左右的时间段，直接采用红外成像法（FLIR GF306型红外气体检漏成像仪）精确定位泄漏点。

其实，也只有从马克思历史哲学变革高度去理解和把握马克思的“世界历史”理论，才可作出如下断言，“‘全球化’是20世纪末每一个人都在谈论的时髦词语，但150年前马克思就预见到它的许多后果”⑨。因为，正是在马克思历史哲学关于社会形态发展更迭、尤其是现代社会运动特殊规律的阐发语境中，马克思的“世界历史”概念才能被赋予时下“全球化”概念所具有的丰富内涵，进而推出以下结论:马克思没有使用过“全球化”概念，但却以独特的“世界历史”理论形式阐发了有关全球化的丰富思想;马克思有关“世界历史”的本质、特征、发展规律等一般性的理解和说明，实际上就是关于全球化的基本阐释⑩。

4.3.3 泄漏点定位情况

通过应用红外成像检漏技术等SF6气体检漏技术，在五强溪电厂500 kV GIS设备中共定位了4处泄漏点。其中2处位于50532气隔GM42气室，2处配管法兰处；另2处位于Ⅱ母GMB3气室B相，1个气隔盆子及1个手孔盖板。