王 飞，苟方杰，张奋德，孙文选，宋妙环

(1.国网甘肃省电力公司兰州供电公司，甘肃 兰州 730000；2.国网甘肃省电力公司发展事业部 (经济技术研究院)，甘肃 兰州 730000)

0 引言

高压电气设备是电力系统的重要组成部分，承担着电能输送、转换和分配的作用，设备内部任何缺陷的存在，都会影响电力系统的安全稳定运行，因此对其运行状态进行可靠的检测与评估十分重要。目前所使用的诸多缺陷检测方法，如局部放电检测法、SF6分解物检测法等，都只能大致估计出设备内部缺陷情况，而无法准确判断设备的缺陷位置和内部构造。采用此类方法进行缺陷维修时，先要对设备进行停电检查，寻找缺陷位置，然后再进行维修，不仅需要较长的停电时间，还将耗费大量的人力、物力、财力，而且在维修过程中，极有可能对设备产生二次伤害，给设备运行埋下安全隐患。

因此，若能在设备故障发生前，通过检测方法提前准确得知内部缺陷的位置及程度，或在设备故障发生后准确判断故障位置，实现设备的精准维修，将对设备的安全稳定运行产生非常积极的意义。

1 基于X射线技术的带电检测系统搭建

X射线是一种频率高、波长短、能量大的电磁波，具有很强的穿透性。X射线穿过设备时，设备内部的不同构造或缺陷将对射线实现不同程度的吸收，那么通过设备后的X射线量便携带了设备各部位密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上将显示出不同密度的阴影，即设备的X射线成像图。

利用X射线检测技术对高压电气设备进行缺陷检测时，其硬件设备系统组成为：在设备一侧安装固定X射线机，然后在设备另一侧安装固定平板探测器(成像板)接收X射线，并使得X射线机的发射口与成像板器相对，确保X射线穿过测试设备后被成像板接收，最后成像板通过无线传输的方式将设备的成像数据传输给计算机，如图1所示。

图1 射线机、被侧元件和成像板相互位置

图1中，f为焦距，即X射线管焦点至成像板表面的距离(mm)；f1为X射线管焦点至被测元件表面的距离(mm)；f2为被测元件至成像板表面的距离(mm)。

X射线检测系统搭建完成后，需要根据被测设备的适应性来设置X射线机的参数，通常，管电压、电流、焦距、曝光时间都是需要调整的重要参数。

在选择管电压时，首要考虑给定的电压能够将电气设备照透，并在此基础上尽量选择较低的电压值，从而提高检测的灵敏度和图像质量；管电流越大，产生的X射线数量就越多，管电流与曝光时间的乘积决定X射线的量，即曝光量，调节曝光量可以调节图像的灵敏度、对比度、颗粒度。

在参数选定后，使用X射线机对设备进行检测，在成像板的支持下，射线光子将转换为数字电流并传输给计算机，在计算机专用程序的处理下再转换为透视图。通过对透视图的分析，可以发现设备的缺陷情况和内部构造。

2 实际应用分析

2.1 断路器内部结构带电检测

电力系统中投切空载线路，会产生操作过电压，为此要在断路器上装设合闸电阻，释放电网的能量，从而保护电网电气设备，合闸电阻在主断口(灭弧室)合闸前几毫秒投入，在主断口合闸后若干毫秒后自动切除。

在变电站实际运行维护过程中，由于设备运行年限长，设备铭牌信息模糊不清、出厂资料不齐、资料丢失等原因，对某台断路器内部是否带合闸电阻无从得知，利用X射线检测技术可以实现设备带电情况下的合闸电阻检查。

某330 kV变电站3351断路器合闸电阻检测X射线机参数如表1所示，现场X射线检测仪器布置如图2所示。

表1 断路器合闸电阻检测X射线机参数

图2 X射线检测仪器布置

检测时，当断路器内部不带合闸电阻时，成像图中合闸电阻区域空白，仅能观察到背部电缆；当断路器内部带合闸电阻时，成像图中能清晰地观察到合闸电阻的完好状态及其内部弹簧。

2.2 GIS设备带电检测

2021年7月，某110 kVA变电站某间隔在运行过程中，出线侧丙刀闸气室吸附剂罩(塑料材质)掉落，造成该间隔内部放电，间隔被迫停运、解体检查、维修。间隔主接线及故障点如图3所示。

图3 间隔主接线及故障点

查阅历史设备资料，该站I期工程110 kV GIS设备7个间隔于2008年投入运行，II期工程2个间隔于2011投入运行；I期工程所采用的吸附剂罩均为塑料材质，II期工程所采用的吸附器罩为金属材质。

该故障检修结束后，对全站110 kV GIS设备所有吸附器罩采用X射线检测技术进行带电检测，判断其完好情况，排查设备隐患。设备吸附罩检测X射线机参数如表2所示。

表2 设备吸附剂罩检测X射线机参数

对吸附器罩进行X射线检测时，重点检查吸附剂罩是否齐全，是否存在开裂现象，吸附剂罩面与盖板是否平行以及判断吸附剂罩的材质。

检测中，由于金属吸附剂罩对X射线的衰减强，因此成像中能清晰地观察出吸附剂罩的外形轮廓和吸附剂罩表面的细小孔洞，但无法观察到其内部的吸附剂颗粒；塑料吸附剂罩对X射线的衰减弱，因此成像中仅能够大致观察出吸附剂罩的外部轮廓，无法观察到其外部的细小孔洞，且其内部的吸附剂颗粒清晰可见；当漏装吸附剂罩时，X射线成像区域处于空白状态，仅能观察到紧固盖板的螺栓。因此，通过对吸附剂罩X射线影像结构的观察，可有效判断其完好程度，并能准确区分其材质是金属还是塑料。

2021年7月，对某110 kV B变电站进行吸附器罩X射线带电检测，该站与A站为同厂同时期产品，采用的吸附剂罩均为塑料材质。在对该站110 kV Ⅱ段母线电压互感器丁刀闸气室吸附器罩X射线探伤检查时，发现该吸附剂罩顶部有疑似开裂、翘起现象，与底部盖板不平行。在对该站1号主变1101间隔电缆终端气室吸附剂罩X射线检测时，发现该吸附剂罩存在严重开裂破损现象，内部分子筛包已脱落沉积，此缺陷对设备运行存在严重危害，随后，该站紧急安排设备停电检修。

将该站110 kV Ⅱ段母线电压互感器丁刀闸气室打开后，发现吸附器罩顶部已开裂、翘起，且吸附剂罩老化严重，使用很小的力便可将其撕裂。将该站1号主变1101间隔电缆终端气室打开后，发现吸附剂罩破损程度更为严重，吸附剂已完全脱出，被下部的弧形外壳托住，尚未掉入设备罐体内。

在此案例中，正因为采用X射线技术对设备内部缺陷进行了精准识别，才有效避免了该站因吸附剂掉落引起的三相短路放电事故，保障了设备的安全稳定运行。随后，考虑到该站已运行数十年，塑料材质的吸附剂罩已老化严重，决定在不影响供电的情况下对全站所有吸附剂罩进行轮流更换。

3 X射线检测的不足之处

X射线对人有害，其照射量可以在人体内累积，如果长时间暴露在X射线下，会导致人体细胞、组织、器官的损伤。因此应对辐射源采取屏蔽防护、距离防护和时间防护措施。屏蔽防护是指使用原子序数较高的物质作为屏障，通常采用铅或含铅的物质，铅的厚度应根据相应国家标准设定。距离防护是指利用X射线曝射量与距离平方成反比这一原理，通过增加X射线源与人体间距离以减少曝射量。时间防护是指要尽量减少检测人员与放射线的接触时间。此外，X射线会对生态环境造成一定的辐射污染，还会对其他敏感物体产生一定损害。

与其他无损检测方法相比，X射线检测速度慢、效率低。该方法对设备的每个检测点进行检测时都需要重新固定、调节射线机和成像板，并对计算机专业软件进行参数调节和成像查看。一般情况下，具有丰富经验的检测人员每个检测点需耗时15～20 min。

检测时的X射线方向与被测物的角度十分重要，检测中由于设备内部缺陷情况无从得知，因此需要反复调试X射线机以调节射线方向，若射线与被测物的角度不合适，缺陷便无法被有效识别。

X射线检测对射线衰减弱的材质(如塑料)的细小或极小裂痕难以识别，如在对110 kV B变电站检测中，虽然X射线方向与吸附剂罩面的成像角度合适，但对其中的吸附剂罩细小缺陷仍未能有效识别，此缺陷为后期检修时人为发现。

4 结论

通过对X射线技术在高压电气设备带电检测中的实际应用分析，说明了该方法可在设备不停电、不影响其运行的情况下准确判断其内部结构、缺陷情况和内部部件材质，有效杜绝盲目检修并为检修工作节约大量时间，防止重大经济损失。最后，对该技术的不足之处进行了分析阐述。