射线成像技术在GIS设备母线导体连接触头间隙检测中的应用

2013-10-08孙庆峰毛永铭郦宇青

浙江电力 2013年5期

张杰，孙庆峰，毛永铭，张进，郦宇青

（1.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.宁波电业局，浙江宁波 315099）

0 引言

GIS（气体绝缘开关）设备具有运行安全可靠、检修周期长、维护工作量少、安装方便、占地面积少且受环境影响小等优点，已广泛应用于电网中。GIS设备虽然有许多优点，但如果发生故障，后果往往很严重，停电范围要比常规设备大，经济损失也比较大，现场检修过程复杂，且受现场条件限制，修复时间一般很长[1]。GIS设备故障之一是母线导体连接触头之间间隙过大，导致触头接触不良引起发热，长时间触头过热导致触头失去弹性，触头电阻变大。发热严重将导致触头金属物熔化（见图1），从而形成尖端放电，造成GIS导体对外壳电弧短路而引起事故。

图1 触头间隙过大导致触头滑套烧损

GIS母线导体连接触头的间隙过大原因主要有2个方面：一是安装不当，安装过程中GIS母线导体连接触头未合到位，使GIS内部电场分布不均，某些部位处于悬浮电位，导致电场强度局部升高，最终引起事故发生；二是操作过程中合闸不到位，导致假合或假分，（合闸）分闸不到位导致事故发生。

由于GIS设备的全封闭性，大部分未配置观察孔，当GIS设备内部出现触头间隙过大时，无法直接观测，也就无法在事故发生前提前干预。因此，将射线成像技术引入GIS设备母线导体连接触头间隙的检测具有十分重要意义。

1 数字化射线成像技术

1.1 工作原理

DR（数字平板直接射线成像，Director Digital Panel Radiography）检测的工作原理是：用射线透照工件，如果工件局部区域存在缺陷，将改变物体对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，这样，采用一定的检测方法来检测射线的强度，就可以判断工件中是否存在缺陷。工业用DR技术原理和医院、机场用到的拍片、CT（计算机X射线断层扫描技术）、安检系统等工作原理一样。X射线在穿透不同的物体时与物质发生相互作用，因吸收和散射而强度变化，感光材料接受到该强度变化信号后，经信号处理形成常见的影像（见图 2）。

图2 X射线数字成像原理

通常一套完整的检测系统包括：射线源、DR板（成像板）、图像显示系统含图像处理分析软件、X光机现场移动支架、移动工作站等[2]。

1.2 DR检测技术应用于间隙检测的难点

将DR技术应用于GIS设备母线导体连接触头间隙检测，关键是选取合适的透照参数，使得GIS设备内部的母线结构能够清晰地成像于DR成像板上。若参数选取不当，将出现以下2种可能：一是射线能量过小，无法穿透GIS筒体及母线导体在成像板上成像；二是射线能量过大，导致在成像板上形成白片或成像不清晰。

由于数字化射线成像技术与传统的射线成像技术原理上差别较大，无法将传统的射线技术成像参数作为参考，国内外目前也没有这方面的确切参数供参考，只能靠试验者自己摸索相应的参数，这是GIS设备母线导体套管间隙检测的又一个难点。

2 DR检测技术在间隙检测中的应用

2.1 测试参数

某220 kV变电站因GIS设备中某段母线处连接脱离，放电灼烧导体，造成正母母差动作。因不便拆除全站GIS检查，采用DR检测技术进行GIS设备导体套管间隙的检测试验工作。分别对透照电压、电流、透照时间进行相应改变，反复对成像质量进行了研究分析，从而得出了合适的透照参数。

采用以色列VIDISCO生产的DR成像系统，射线源选用了XRS－3脉冲源及65MF4连续源。采用XRS－3脉冲源时，脉冲数量设置为99时，检测效果不佳，遂更换为65MF4连续源进行检测。DR板厚13 mm，图像面积482 cm2，动态范围14bit（16384灰度），分辨率3.5线对/mm，DR成像系统在GIS设备上的布置见图3。

图3 DR成像系统在GIS设备上的布置

2.2 透照电压的影响

管电压决定了X射线的频率，频率越高穿透力越强，传统的射线检测是根据X射线机的曝光曲线来确定管电压。

对A－11法兰波纹管处分别在90，100，110，115 kV等透照电压下进行拍摄，透照时间1.5 min，采用双能量接收模式，时间分别设为5 s和1.5 s，拍摄效果见图 4（a），（b），（c），（d）。从实际拍摄效果看，透照电压在90 kV时成像最清晰，当透照电压增加时，图像整体黑度增加，部分区域图像湮没。透照电压增加到110 kV时，接头位置未能清晰显示。