中的应用研究
徐铬，万松，朱凤弟，杨峰
（1.长江电力技术研究中心诊断测试部，湖北 宜昌 443000；2.长江电力检修厂，湖北 宜昌 443000；3.三峡水力发电厂，湖北 宜昌443000）
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摘要：笔者利用红外成像泄漏检测仪器对四个大型水电站的GIS设备分别进行了两种检测方式。一种是对其中两个电站所有气室进行普查，发现难以找到有泄漏的地方。另一种方式是对其中三个电站怀疑有泄漏的地方进行定位检测，发现当泄漏量达到一定程度，可以直观的发现泄漏点。
关键词：六氟化硫 红外成像 水电站 GIS
作者介绍：徐铬，男，1985年出生，工程师，重庆大学电气工程学院电力系统毕业，2007年10月至2013年10月电气部发电分部工作，2013年11月至今就职于长江电力技术研究中心诊断测试部电气一次主管，目前主要从事电气一次在线监测数据分
析工作。
Infrared imaging leak detection technology used on the overhaul of
the leakage of GIS equipment
Xu ge，Wansong，Zhufengdi，Yangfeng
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Abstract： Using infrared imaging leak detection instrument of four hydropower station GIS devices were two detection methods. One is a census of the two whole plant gas chamber, found it hard to find aleak. Another way is to have a leak detection positioning of three plant doubts, found that when the leakage quantity reaches a certain degree, it can easily find the leak point.
Key words: sulfur hexafluoride； Infrared imaging； hydropower station ；GIS
1 引言
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。本文涉及的四个大型水电站中（三峡电厂、葛洲坝电厂、溪洛渡电厂、向家坝电厂），GIS均是作为水电站的主接线。我们知道GIS气室绝缘气体是六氟化硫，该气体由于其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。由于在制造、安装以及元件老化和外力损坏等因素的作用下，六氟化硫气体的泄漏问题也开始显现。特别当此类缺陷发生在断路器等气室，将会使设备绝缘性能降低，灭弧室灭弧能力降低，危及设备安全运行。六氟化硫在气室中的电弧作用下，还将产生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，六氟化硫气体还是一种温室气体，其温室效应是二氧化碳的23900倍，泄漏到大气中将不利于环保，所以有必要及时消除GIS六氟化硫泄漏缺陷。
2 SF6泄漏检测技术研究现状
2.1 紫外线电离型检测法
该方法是在紫外水银灯的两端头施加矩形电压波，然后打开水银灯管，光电阴极发射光电子附着在空气中的氧气和六氟化硫上形成负离子，当空气中有六氟化硫气体时，与空气相比较，接收到的电压波形就会存在时间差Δt，若六氟化硫分子越多，也就是六氟化硫气体浓度越大，时间差就越长，但在实际运用中发现，该方法有局限性，如设备在不停电时有的法兰密封处受到现场条件或安全距离限制不能包扎检漏。另外，该方法定位不太准确，只能确定那个密封面泄漏，不能准备的找到漏点。
2.2 超声波检漏法
该方法的原理是假设压力气室的泄漏孔很小，在有内外压力差的情况下，泄漏气体的雷诺数一般较高，不会形成层流，而是形成湍急的喷射流。从靠近泄漏狭缝处的初始段到主段之后的很长区域不断产生漩涡，漩涡将转变为声波。该方法的缺点是无法近距离检测带电设备的漏点，造成检测定位不精确。
2.3激光成像检漏法
该方法的原理是由激光发射器瞄准被测的设备区域发射入射激光，经过背景反射后形成反向散射激光进入激光摄影机成像系统，在没有泄漏气体的情况下，产生的反向散射激光与反向散射阳关产生图像相同，当激光散射到六氟化硫气体时，反向散射激光强度会因为气体烟雾的吸收而减弱，泄漏气体出现区域的视频图像将会产生对比变化（图2-1）。气体越浓，吸收就越大，对比度也越大。该方法的缺点是设备体积较大，需三脚架等辅助工具，还需外接工作电源，移动灵活性差。另外，需要激光反射的背景，在室外不好测量。
图2-1 激光成像检漏原理
2.4 红外成像检漏法
该种方法利用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2-4）。本文所用到仪器是傅里叶公司生产的GF306，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，由于SF6气体对红外光线具有强烈吸收作用，所以此时反射到检测设备的红外能量会急剧的减弱，SF6气体在显示设备上表现为黑烟，并且随着气体浓度变化，黑色程度也不同。此种方式可以快速准确定位泄漏点。
图2-2红外成像检漏原理
3红外成像检漏技术实际应用
在使用红外成像检漏仪以前，三峡电厂发现泄漏情况时，用美国CPS公司LS790B检
漏仪对进行定位，该仪器采用DC负电晕检测法，可大概定位区域。再用塑料薄膜包裹怀疑区域一定时间后，再用该仪器测定泄漏量。但是无法做到精确定位，从而无法准确安排检修。笔者用红外成像检漏仪对三峡电厂GIS的1095个气室和葛洲坝电厂500KV GIS的276个气室、60台断路器支柱、16台出口断路器进行泄漏普查，对葛洲坝电厂、向家坝电厂和溪洛渡电厂怀疑的几个气室进行了特定位置检查，发现红外成像检漏仪可以远距离比较直观的发现泄漏点，检漏时工作人员可站在3~5米外对设备进行检测，避免工作人员接近气体泄漏源造成危险。
3.1水电站GIS气室泄漏普查
葛洲坝电厂 500KV GIS气室共计276个，检漏密封部位共有2788处，检测位置有设备外壳连接法兰（包括外壳直接连接法兰和盆子连接法兰）、各类膨胀补偿单元密封法兰；断路器、隔离开关、检修接地开关和快速接地开关的操纵轴密封法兰；设备端盖板和吸附剂盖板；金属软管密封接头和SF6密度继电器密封接头。220kV 开关站共有断路器20台，60相断路器支柱断路器，检测位置有支柱各法兰面，瓷套及根部，SF6密度继电器密封接头及补气气嘴。发电机出口16台SF6断路器检测位置有断路器瓷套及根部、SF6密度继电器密封接头及补气气嘴。普查时手持检漏仪检测区域用高敏度模式和自动模式扫描，通常一个位置扫描时间3分钟，2个工作人员用时约20个工作日，并未发现可视的漏点。
三峡电厂对500KV GIS气室，包含主变压器高压侧进线和厂房顶出线的气室，共计1095个气室进行了检漏，重点检测部位是设备外壳法兰盘和伸缩节。2个工作人员检测约20个工作日，均未发现有可见漏气点。此外，对三峡右岸电站某气室有可能的漏气点进行检测，最近两次补气分别是2009年8月26日和2012年2月14日，也就是气室压力在902天内从460kpa下降到420kpa。由计算可得年泄漏率约为3.5%，但通过红外泄漏仪未能检测出漏点。根据波义耳定律计算460kpa时换算到标准大气压下的体积：
V1=（460kpa×Vr） /P0≈6975.15L Vr---气室体积； P0---标准大气压；
V1---标准大气压下气室内SF6体积；
当压力下降到420kpa时，用波义耳定律计算此时标准大气压力下的SF6气体体积：V2=（420kpa×Vr） /P0≈6368.61L。泄漏的SF6气体体积V3=V1-V2≈606.54L，902天约为7.8×107s，泄漏率L=V3/7.8×107s≈0.0078ml/s。该泄漏率已大于红外成像检漏仪说明书提供的可探测泄漏率0.001ml/s，未能检测出来的原因可能是因为室内空气流动缓慢、手持仪
器有晃动影响和泄漏过于微小等原因而使肉眼观察比较困难。
3.2水电站GIS气室特定气室检漏
2013年12月，技术研究中心对向家坝电厂怀疑泄漏的气室进行了检测，发现左岸某
A相气室和右岸某B相气室有泄漏。左岸泄漏气室由伸缩节和斜拉母线构成，经检测发现漏气点位于伸缩节和管母线连接法兰面底部（图3-1），进一步检查发现该法兰面底部4颗连接螺栓松动，通过红外成像检测仪可见黑色飘动泄漏气体（图3-2）。
图3-1 泄漏点位置 图3-2 泄漏气体逸散图
右岸泄漏气室也是由伸缩节和斜拉母线构成，漏气点位于气室密度继电器表头位置，
因表头未紧固，导致有SF6缓慢泄漏（图3-3）。由于泄漏量小，高敏模式下的录像功能可以看到气体飘动，图片显示不明显（图3-4）。发现问题后，维护人员及时紧固漏气点螺栓和表头，再次用红外成像仪检测未发生泄漏。
图3-3 密度继电器表头泄漏点 图3-4 泄漏气体逸散图
2014年1月技术研究中心对溪洛渡电厂GIS和GIL怀疑漏点用红外成像仪进行检测，发现甘溪甲线C相某气室存在气体泄漏，泄漏点位于该气室密度继电器表头位置（图3-14、图3-15）。另外两处怀疑泄漏点未发现气体泄漏，其中一处位于气室的金属连管位置，该处气压由2013年9月额定400kpa 下降至2013年11月380kpa，之后再未下降，可能是因为某种原因导致泄漏点堵塞。还有一处位于溪复II线出线母线连通管自封闭阀门底座位置，
该怀疑泄漏点在检测前溪洛渡电厂维护人员曾用密封胶进行处理，本次检测未发现气体泄漏。
2013年6月葛洲坝电厂500KV GIS设备巡检时发现G67A气室压力从420kpa降低为380kpa。并于2013年7月进行补气，补气后压力恢复420kpa。2013年9月巡检时发现GM14B气室压力显示为350kpa，当天补气至420kpa。2013年12月技术研究中心协同检修厂输电分部用GF306红外成像检漏仪对上述两个气室及其他相同接头进行检测。检测发现漏气点位于连管与自封接头的铜密封接头处，且除了上述两个气室，还有G67B和GM14C也有漏气。发现后，维护人员立即对自封接头进行了紧固处理和更换连管，处理后原漏点仍然漏气。母线停电后，对G67A和G67B加装“O”型密封圈处理，再次检测未见渗漏，该泄漏出现的原因是由于接头和连管非同一厂家存在不匹配的情况。将GM14B和GM14C自封接头拆卸，检查密封面时发现存在细微划痕（图3-5），经分析此微小划痕就是泄漏的主要原因，该划痕很有可能是运输或安装期间碰撞造成。
图3-5 接头划痕位置 图3-6 泄漏点气体逸散图
表3-1 泄漏检测统计表
电站 检测方式 测量设备范围 所需人数 2
所需时间 约20个工作日 约30个工作日 1个小时左右 1个小时左右 1个小时左右 三峡电厂 葛洲坝电厂 葛洲坝电厂 向家坝电厂 溪洛渡电厂
普查（手持） 1095个气室 276个气室、60台断路器支柱、16台出口断路器 4个气室 普查（手持） 定点检漏（手持+三脚架） 定点检漏（手持） 2 1 2个气室 1 定点检漏（手持） 3个气室 1 4结论
本文对不同六氟化硫泄漏检测技术进行了介绍，并开展红外成像检测仪GF306在4个水电站用两种不同的方法对GIS设备进行检漏的研究。发现红外成像技术的检漏仪由于精度限制和识别泄漏需要人眼判断的特点，大面积无目的的普查方法并不适用，且比较浪费人力。比较可行的方法是当密度继电器下降，或者用精度更高的检漏仪发现泄漏怀疑区域后，再用红外成像检漏仪进行定位是比较合适使用方法。对于比较微小的泄漏，建议使用三脚架固定仪器，并让空气有所流动和选择合适的检测背景，这样能更容易发现泄漏点。
5参考文献
［1］ 甘德刚，刘曦，肖伟，李晶. 基于红外成像检漏技术的SF6气体检漏方法研究［J］. 电气应用， 2011，30（17）：56～58.
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