林 敏，楊景剛，賈勇勇，趙 科，高 山，張子陽

(1.江蘇省電力公司，江蘇南京 210036；2.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京 211103)

SF6氣體是一種良好的高壓設(shè)備絕緣介質(zhì)，有很高的介質(zhì)強(qiáng)度，具有極好絕緣性能和滅弧性能。采用SF6氣體絕緣的電氣設(shè)備目前已廣泛應(yīng)用于高壓和超高壓領(lǐng)域，它具有體積小﹑重量輕﹑容量大﹑成套速裝﹑維修量少等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。但運(yùn)行中的SF6氣體絕緣設(shè)備發(fā)生泄漏缺陷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多方面危害。SF6是一種溫室氣體，泄漏后會(huì)污染環(huán)境，增加溫室效應(yīng)[1]；大量聚集在地面上的SF6氣體會(huì)產(chǎn)生使人窒息危險(xiǎn)；嚴(yán)重的SF6氣體泄漏會(huì)造成設(shè)備絕緣性能下降，最終可能會(huì)引起重大事故；部分SF6氣體分解產(chǎn)物具有很強(qiáng)的毒性和腐蝕性，發(fā)生氣體泄漏后會(huì)影響靠近設(shè)備的運(yùn)維人員安全；SF6氣體價(jià)格昂貴，大量泄漏導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)維成本增加。

1 傳統(tǒng)SF6氣體檢漏技術(shù)

以往的SF6電力設(shè)備檢漏手段主要集中在抽真空檢漏法、包扎法和化學(xué)檢測法。

（1）抽真空檢漏法。在設(shè)備未充入SF6氣體前，對設(shè)備進(jìn)行抽真空處理，并保持一段時(shí)間，觀察其真空度降低的值是否滿足設(shè)計(jì)要求。該方法僅用于出廠或大修后檢漏，且精度較差，適用范圍較小，需要大型真空泵及真空計(jì)，檢漏所需時(shí)間較長，實(shí)施成本較大，目前已經(jīng)很少采用了。

（2）肥皂氣泡法。在疑似泄漏點(diǎn)處涂抹肥皂水，觀察是否有氣泡產(chǎn)生，以此判斷是否有泄漏點(diǎn)。該方法雖然不需要儀器，但其精度較差，無法評(píng)估泄漏量的大小，檢漏所需時(shí)間較長，且檢測范圍有限，某些設(shè)備無法進(jìn)行帶電檢測。

（3）包扎法。在疑似泄漏點(diǎn)處使用塑料薄膜包扎，再使用SF6定量檢測儀檢測包扎部位的氣體含量。該方法適用于定量檢測，多用于出廠試驗(yàn)或大修后檢測，檢測結(jié)果受包扎是否嚴(yán)密的影響較大，且精度較差。

（4）“鹵素效應(yīng)”檢漏法。所謂“鹵素效應(yīng)”是指金屬鉑在一定溫度下發(fā)生正離子發(fā)射，當(dāng)遇到鹵素氣體時(shí)，正離子發(fā)射會(huì)急劇增加，相應(yīng)地發(fā)射特性就是“鹵素效應(yīng)”。該檢測方法既可用于SF6一般定性檢漏也可以用于精確定量檢漏。該方法不便于現(xiàn)場SF6氣體泄漏點(diǎn)的精確定位，只能定位存在一定濃度的SF6氣體區(qū)域，且工作量大。當(dāng)出現(xiàn)微風(fēng)時(shí)就不具備檢漏條件，室外現(xiàn)場使用時(shí)受環(huán)境因素制約性大，性能不穩(wěn)定。

（5）熱導(dǎo)檢測器法。熱導(dǎo)檢測器的檢測原理是基于不同組分與載氣之間有不同的熱導(dǎo)系數(shù)，當(dāng)被檢測組分通過熱導(dǎo)池時(shí)，熱敏元件溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻發(fā)生變化，從而導(dǎo)致內(nèi)部電橋不平衡，輸出電壓信號(hào)。該檢測方法也可用于SF6一般定性檢漏和精確定量檢漏。其缺點(diǎn)與“鹵素效應(yīng)”檢漏法相同，漏點(diǎn)檢測不夠直觀，受現(xiàn)場環(huán)境制約，性能不穩(wěn)定。

（6）激光成像檢漏法。該技術(shù)的工作原理是儀器主動(dòng)發(fā)射一定波長的激光能量，泄漏出來的SF6吸收來自激光的能量，使其溫度得以上升，產(chǎn)生跟周圍環(huán)境更大的溫差，然后通過紅外探測器成像，原理如圖1 所示[2]。

圖1 激光成像檢漏技術(shù)原理示意圖

傳統(tǒng)SF6氣體緘口技術(shù)在檢測SF6氣體的泄漏方面實(shí)現(xiàn)突破，其檢測結(jié)果也較為直觀。但是激光成像檢漏儀存在許多缺點(diǎn)，如激光發(fā)生器的限制，機(jī)身體積龐大且重，在現(xiàn)場拍攝及移動(dòng)比較困難；激光器工作時(shí)耗電較大，需要蓄電池或交流電源供電，很不方便；另外，激光成像檢漏儀采用的是反向散射/ 吸收成像技術(shù)，對于一些沒有背景的設(shè)備，某些SF6泄漏點(diǎn)是無法檢測出來的，這也是該技術(shù)存在的一個(gè)缺憾。

上述幾種方法各有利弊，在執(zhí)行過程中受限制的因素較多，很難檢查出泄漏點(diǎn)，同時(shí)工作量很大，泄漏點(diǎn)不直觀，很多情況下還必須先對設(shè)備停電，然后檢修人員手持檢測設(shè)備逐步接觸密封部位，尋找可能發(fā)生的泄漏部位。另外在有限的停電時(shí)間內(nèi)，也不能馬上進(jìn)行處理，必須記錄泄漏部位，然后準(zhǔn)備好備品備件，等到下一次停電時(shí)再進(jìn)行處理。這樣就造成了處理1個(gè)設(shè)備的SF6氣體泄漏缺陷，需要設(shè)備至少停電2 次的情況，檢修工期長，效率低下。

鑒于上述SF6氣體檢漏技術(shù)的一些不足和缺陷，研究新的、可實(shí)現(xiàn)帶電檢測、遠(yuǎn)距離巡檢SF6氣體檢漏技術(shù)就顯得尤為重要。

2 SF6氣體紅外成像檢漏技術(shù)

研究結(jié)果表明[3]，一定濃度的SF6氣體對紅外線吸收極強(qiáng)，而空氣吸收較弱，造成其兩者的紅外影像具有不同的特性，表現(xiàn)為泄漏點(diǎn)處的SF6氣體與周圍環(huán)境的溫度有微小的差別，SF6氣體濃度越高這種溫度差異越大，使得通?？梢姽鉄o法觀察的SF6氣體泄漏現(xiàn)象，在紅外探測器及先進(jìn)的紅外探測技術(shù)的幫助下變得清晰可見。

研究表明，SF6氣體對紅外光譜吸收性最強(qiáng)的波長為10.6 μm，而一般的紅外測溫儀的工作波段比較寬，約為0.7～14 μm，其檢測到的干擾信號(hào)較多，無法直接用于SF6氣體紅外檢漏工作。因此要實(shí)現(xiàn)紅外檢漏，關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)計(jì)一款窄帶濾波裝置，將紅外成像儀器的工作波段限制在10.3～10.9 μm的范圍內(nèi)，否則會(huì)因?yàn)槠渌麣怏w對紅外光譜的吸收而影響檢測精度，且其溫度分辨率不大于0.025℃，目前較成熟的技術(shù)是利用制冷型量子井探測技術(shù)（QWIP），檢測由于SF6氣體吸收紅外光譜產(chǎn)生的微弱變化量，從而達(dá)到SF6氣體泄露的目的，其檢測工作原理如圖2 所示。

圖2 SF6氣體泄露紅外可視化檢漏原理示意圖

紅外成像檢漏是最新的SF6檢漏技術(shù)，較傳統(tǒng)的泄漏檢測技術(shù)有著不可比擬的優(yōu)勢，同時(shí)也能給實(shí)際工作中創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

（1）紅外檢漏技術(shù)可進(jìn)行帶電檢測，大大減少因停電檢漏而帶來的損失。

（2）紅外檢漏技術(shù)可進(jìn)行非接觸、遠(yuǎn)距離檢測，人員檢測工作更安全。

（3）紅外檢漏技術(shù)可實(shí)時(shí)捕捉微量SF6氣體泄漏，并以圖像顯示出來，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，省時(shí)省力。

（4）采用純紅外接收成像，不需要額外發(fā)射激光補(bǔ)助能量，因此儀器體積較小，現(xiàn)場操作簡單，可在各種環(huán)境、天氣和背景下進(jìn)行檢測。

（5）現(xiàn)有紅外檢測裝備大多同時(shí)具備紅外和可見光成像功能，每種成像方式還同時(shí)具備視頻和圖像拍攝模式，便于后期進(jìn)行更細(xì)致的分析。

（6）紅外檢漏技術(shù)較其他檢漏技術(shù)，現(xiàn)場工作用時(shí)較短，現(xiàn)場檢測工作效率高。

另外，與傳統(tǒng)檢漏技術(shù)相比較，現(xiàn)有紅外檢漏技術(shù)及其裝備也存在一定的劣勢。即目前SF6氣體泄漏紅外檢測裝備價(jià)格昂貴，大面積推廣的成本較高；進(jìn)行SF6氣體紅外檢漏時(shí)，要求工作人員具有一定的工作經(jīng)驗(yàn)與技巧；紅外檢漏技術(shù)僅能實(shí)現(xiàn)定性檢測，無法進(jìn)行定量檢漏，因此該方法僅可用于運(yùn)行設(shè)備檢測。

3 紅外成像檢漏現(xiàn)場測試要點(diǎn)

3.1 現(xiàn)場檢漏工作順序

根據(jù)近幾年的工作經(jīng)驗(yàn)，建議按照如下順序進(jìn)行SF6泄漏點(diǎn)查找：密度繼電器→閥門及管道→法蘭→本體→轉(zhuǎn)角（GIS）及底座→空間狹小部位。

（1）密度繼電器作為GIS 設(shè)備的輔助測試部件，其內(nèi)部多為二次元件，在安裝運(yùn)行維護(hù)階段往往會(huì)忽視對其進(jìn)行密封性試驗(yàn)，而成為SF6氣體泄漏的薄弱環(huán)節(jié)。

（2）SF6氣體管道多采用硬連接、銅焊接等工藝，在生產(chǎn)、安裝環(huán)節(jié)很容易出現(xiàn)各類問題，如密封圈質(zhì)量不佳、焊接處開裂等問題較為突出。

（3）設(shè)備法蘭（頂部、中間、底座）面較容易出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，如在擰螺絲時(shí)力矩過大過小、未按照對角緊固、密封圈質(zhì)量不佳等，均會(huì)出現(xiàn)異常泄漏。

（4）如果在GIS 殼體澆筑成型階段或焊接時(shí)工藝控制不嚴(yán)，往往會(huì)出現(xiàn)沙眼或焊孔，在GIS 設(shè)備出廠或交接驗(yàn)收時(shí)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行一段時(shí)間后就出現(xiàn)SF6氣體泄漏現(xiàn)象。

（5）由于空間窄小，導(dǎo)致某些部位難以用常規(guī)檢測方法進(jìn)行泄漏測試，往往在安裝和交接中過程忽視這些部位的監(jiān)測，應(yīng)在運(yùn)行階段加強(qiáng)檢測。

3.2 根據(jù)補(bǔ)氣周期確定泄漏檢測工作

常規(guī)紅外可視化檢漏儀具有一定的檢測精度，并非對所有泄漏情況進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)近幾年工作經(jīng)驗(yàn)，建議結(jié)合SF6氣體密度繼電器的示數(shù)變化速度和補(bǔ)氣周期進(jìn)行SF6泄漏檢測?，F(xiàn)有的紅外檢測儀一般可檢測到補(bǔ)氣周期在6個(gè)月以內(nèi)的漏氣缺陷，現(xiàn)場檢測結(jié)果如圖3—5 所示。當(dāng)補(bǔ)氣周期超過6個(gè)月時(shí)，需要在夜間、無風(fēng)、晴朗的環(huán)境下，采用高精度測試儀才能監(jiān)測到微弱的漏氣現(xiàn)象，現(xiàn)場檢測結(jié)果如圖6、圖7 所示。

圖3 補(bǔ)氣周期為1個(gè)月以內(nèi)的SF6氣體泄漏成像圖

圖4 補(bǔ)氣周期為1至3個(gè)月的SF6氣體泄漏成像圖

圖5 補(bǔ)氣周期為1至3個(gè)月的SF6氣體泄漏成像圖

圖6 補(bǔ)氣周期為6至12個(gè)月的SF6氣體泄漏成像圖

圖7 補(bǔ)氣周期為12個(gè)越以上的SF6氣體泄漏成像圖

4 案例分析

某500 kV 變電站運(yùn)行維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)5071 斷路器A 相、B 相相繼出現(xiàn)低氣壓報(bào)警，補(bǔ)氣周期大約為2個(gè)月，隨即采用紅外和激光成像檢測法分別進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位。紅外檢漏結(jié)果顯示，5071 斷路器A 相線路側(cè)極柱和B 相母線側(cè)極柱合閘電阻法蘭上部分別存在一個(gè)氣體泄漏點(diǎn)，其中B 相泄漏嚴(yán)重程度大于A 相，如圖8、圖9 所示。激光檢漏沒有發(fā)現(xiàn)SF6氣體泄漏點(diǎn)。

圖8 5071 斷路器B 相紅外檢漏

圖9 5071 斷路器A 相紅外檢漏

結(jié)合停電計(jì)劃對該設(shè)備進(jìn)行解體檢修，發(fā)現(xiàn)B 相斷路器操作連桿箱存在砂眼，A 相斷路器法蘭密封膠圈脫離“密封槽”而存在不正常的擠壓，設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)生氣體泄漏現(xiàn)象。隨后更換連接箱和密封圈后泄漏現(xiàn)象消失。

5 結(jié)束語

綜上所述，相比于常規(guī)方法，紅外可視化檢漏技術(shù)具有可進(jìn)行帶電檢測、可進(jìn)行非接觸、遠(yuǎn)距離檢測、可實(shí)時(shí)捕捉微量SF6氣體泄漏等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)則是無法進(jìn)行定量檢測，但作為一種設(shè)備運(yùn)行巡檢技術(shù)，檢測、定位泄漏點(diǎn)是首先解決的問題，然后根據(jù)包扎法進(jìn)行定量檢測。因此，建議加大紅外可視化檢漏技術(shù)的發(fā)展和推廣力度，建立現(xiàn)場檢測導(dǎo)則、規(guī)范，加強(qiáng)技術(shù)交流，提高SF6氣體檢漏工作效率。

[1]佟智勇，甄 利，張遠(yuǎn)超.SF6開關(guān)設(shè)備檢漏及漏點(diǎn)處理現(xiàn)場實(shí)踐[J].高壓電器，2010，46(5)：92-94.

[2]吳劍敏.激光成像技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].上海電力，2008，15(2)：192-195.

[3]李鳴青.提高GIS 設(shè)備漏氣處理成功率[J].山東電力技術(shù)，2010，17(6)：27-30.