徐 铬，许艳丽，冉应兵，关苏敏，陈云继

(中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

近年来，设备制造技术的发展和电力工业科技进步，GIS(GAS INSTULATED SWITCHGEAR)气体绝缘全封闭组合电器开关站逐渐取代原有的露天式开关站，成为水电站重要的电能分配和输出的重要通道。GIS开关设备作为水电站的主接线系统分配电能。现阶段，SF6气体是开关设备气室的主要绝缘介质，该气体具有优良的绝缘和灭弧特性，被广泛应用。其密度约是空气5倍，在均匀电场中的击穿强度约为空气的3倍，灭弧能力约是空气的100倍。由于设计、制造、安装存在的问题，以及密封元件老化和外力损坏等因素的作用下，SF6气体的泄漏问题逐渐显现，此类案例不断增多。当SF6气体泄漏发生在断路器等气室，将会使开关设备绝缘性能降低，灭弧室灭弧能力下降，危及设备安全运行。SF6气体在气室中的电弧作用下，将产生硫化氢和氟化氢等腐蚀性和毒性极强的酸性物质，泄漏出来的分解物将会对进入GIS巡检和检修人员的健康构成严重损害。另外，SF6气体还是一种温室气体，其温室效应是CO2的23 900倍，泄漏到大气中将严重危害大气环境。

1 红外成像检漏法

红外成像检漏法是利用SF6气体比空气对长波红外线有更强的吸收能力这一特性，采用后向散光成像技术对气体进行成像。两者对红外成像不同的特性，使通常看不见的气体泄漏，在红外探测器下可见(图1)。目前常用的检测仪器有制冷型和非制冷型焦平面热像仪、光机扫描型红外热像仪、红外热电视、红外测温仪。本文采用仪器是FLIR公司生产的制冷型焦平面热像仪GF306(图2)，该仪器采用制冷量子阱探测器对物体反射的红外线进行测量，比普通探测器显示更清晰。当检测区域存在SF6气体泄漏时，红外光通过SF6气体，SF6气体分子会对特定波长(975 cm-1)的红外光有吸收作用，吸收关系服从朗伯-比尔吸收定律。

图1 红外探测器工作原理

图2 红外检漏仪GF306

利用SF6气体的红外吸收特性，红外探测器针对极窄的光谱范围进行调整，只能检测到可在由一个窄带滤波器界定的红外区域吸收的气体。因为SF6气体在该光谱范围内的吸收特性比空气强得多，于是泄漏气体出现区域视频图像将产生对比变化，从而产生烟雾状阴影。气体浓度越大，吸收强度越大，烟雾状阴影越明显，将通常可见光下看不到的气体泄漏，以红外视频图像的形式直观反映出来，检测原理见图3。

图3 红外成像检漏原理

2 红外成像检漏技术实际应用

在使用红外成像技术检漏以前，现场技术人员发现泄漏情况，通常采用包扎法将塑料薄膜包裹怀疑区域一定时间后(通常为24 h)，用美国CPS公司LS790B检漏仪、或优胜公司Q200(图4)进行定位，仪器采用DC负电晕检测法，可对包扎区域进行定性分析和定量分析。再对包扎区域的密封面涂刷肥皂水进行定位，这种方法现场使用的时候费时费力且无法准确定位。

图4 SF6气体检测仪Q200

2.1 红外成像定位法

一般在以下情况时，应进行SF6气体泄漏检测：

1)SF6电气设备在投运前、解体检修后；

2)运行中通过巡检或者在线监测系统发现SF6电气设备气室压力有明显降低；

3)SF6电气设备补气间隔小于1年时。

红外成像定位法基于SF6气体的红外吸收特性通常按以下方法进行定位检测：首先检查成像仪是否正常工作，确认电源正常；根据SF6电气设备情况，确定检测部位；根据检测部位调整检测仪器；至少选择三个不同方位对设备进行检测，以保证对设备的全面检测；记录泄漏部位的视频和图片；出具检测报告。

红外成像定位法的优点是：能发现泄漏点；可以以空间的方式进行直观扫描；不用靠近泄漏设备保障人身安全；不用等待即时出结果。相应的缺点是：检测灵敏度偏低；大面积巡检效率低；依赖人眼判断。因此要快速准确定位需要结合其他检漏法按照分级分层定位的策略来进行。

2.2 红外成像分级检测定位策略

基于单独使用红外成像检漏技术进行定位存在的缺点，本文提出一种基于分级策略的定位处理方法(见图5)。该方法综合多种检测和定位方法，结合GIS管道气室泄漏的特点，优化定位流程，从而实现对SF6气体泄漏点的快速定位。分级检测定位策略分为发现级、定位级、处理级和跟踪级，以红外成像技术为核心，其他技术和方法为辅助，将检漏方案流程化。

图5 分级检测定位策略流程图

3 应用案例

某大型水电厂，GIS开关站位于地下厂房，电厂维护人员在巡检过程中，用望远镜巡检密度继电器发现某段母线U型段的压力持续下降。现场维护人员根据分级定位策略用塑料薄膜将泄漏气室所有密封面进行了全面包扎(见图6)，24 h后用SF6气体检漏仪Q200对包扎区域内的气体进行检测，发现其中一个包扎区浓度超标。于是继续包扎24 h后，用GF306对该气室进行了检测，检测方法是先将GF306对准薄膜的一个位置开启灰度模式，再用螺丝刀将该位置的薄膜戳破。在戳破瞬间，发现黑色烟云从破洞口喷出。由此判断该包扎区域存在可探测泄漏点。

图6 包扎法排查

维护人员将包扎的薄膜拆开后，利用GF306距离包扎区域约3 m，进行详细扫描。重点扫描密封面和接头等位置，几分钟后在该区域管壁上发现一个沙眼(见图7)。根据分级策略用起泡剂进行验证，发现该漏点不断冒泡，进而验证了漏点的准确位置，用记号笔记录准确位置(见图8)。

图7 红外成像定位

图8 起泡剂验证漏点

该位置位于管壁的竖立面，利用封堵法能有效处理，首先用锉刀将表面油漆打磨，露出金属。再用堵漏剂进行封堵(见图9)，封堵后的固化过程需用专用模具施加压力，防止带压封堵不严。24 h固化后,用GF306、Q200或起泡剂进行复测，无泄漏后用AB胶再封堵一遍。待AB胶固化后，涂刷GIS管壁油漆。

图9 堵漏剂处理后

4 结 语

本文针对包扎法定位不准和红外成像定位精度不够等问题，将两种方法和其他手段相结合，形成优势互补，总结提炼出一套基于红外成像技术的SF6气体泄漏分级检测策略。通过多次实践验证，该四级定位策略在实际工作中能有效提高定位准确度和定位速度。

在上述研究基础上，为了提高检漏定位效率和准确度，红外成像泄漏检测领域在以下方面还需进一步探索：

1)在红外成像技术中实现自动探测跟踪指示泄漏气体的功能，避免人眼识别误差；

2)红外成像技术需要较强反射背景提高气体识别度的问题；

3)红外成像镜头无法进行光学变焦的问题；

提高负电晕法检测量程，填补现阶段超量程泄漏率到红外可视泄漏率之间的空白。