基于激光成像的SF6设备气体检测技术研究

王逸君，武海天

（1河北农业大学机电工程学院 河北 保定 071000）

（2石家庄科林电气股份有限公司 河北 石家庄 050000）

1 引言

SF6气体因其良好的绝缘性能和灭弧性能，广泛的应用在SF6断路器、GIS等高压开关电气设备中。SF6气体泄漏是设备运行过程中常见的缺陷之一，它不仅会影响设备的绝缘强度，引发设备故障，破坏地球环境，加重温室效应，泄漏的气体中还含有危害人身安全的电解物。因此，SF6气体泄漏检测工作异常重要。

目前，SF6气体检漏方法主要有主动式和被动式。主动式包括激光成像检测、紫外电离检测、卤化物检测等，可直接通过检测设备的SF6气体的红外吸收特性，对泄漏情况进行定性或者定量的检测。被动式指通过观察和测量SF6气体泄漏的速率以及严重程度，从而反映出SF6气体泄漏的情况，包括肥皂泡法、包扎法、真空法等。

上述激光成像法，可以使得SF6气体发生动态化烟雾的运动形式呈现在背景环境下，操作方式不繁琐，中间无需断电，测试结果直观且有效，为定位现场漏气部位提供了安全有效又迅速的方法。

2 激光成像法的检测原理

SF6是一种无色无味的气体，具备极强的红外吸收特性。当入射激光通过泄漏出来的SF6气体时，被SF6气体吸收，反射的激光表现出的强度明显减弱。SF6激光成像检漏仪运用了SF6气体吸收红外线的特性以及反向散射和吸收理论。当激光发射端锁定被测区域范围，设备发射出入射激光，经背景投影反射直接会形成反向的散射激光簇，这些激光簇都将传入激光成像系统。被检测区域无泄漏气体，反向散射激光束时形成的图像将与反向散射阳光时一致。被测区域有泄漏气体，发出的入射激光遇到泄漏的SF6气体，则红外线能量会被吸收一部分，返回至激光摄影成像仪系统的激光光照强度减弱，从而导致反向散射激光在有泄漏与无泄漏两种情况下产生差异，造成最终激光成像的不同。SF6气体浓度越大，吸收就越多， 激光成像对比度也越大。激光成像法可使SF6气体在视频中可见，从而确定其泄漏源和移动方向。

激光泄漏成像仪结构图如图1所示，主要包括激光发射端系统、激光接收端系统、放大成像处理系统、被测数据处理系统，以及视频显示记录系统、电池模块组、支架等。

图1 激光泄漏成像仪结构图

发射端激光器由IV级连续波CO2激光器组成，其输出不可见的红外激光线。光束通过一对高频运转的镜片扫描后，以IV级不可见激光射出窗口。激光束扫描速度非常快。因此，整个激光检漏仪摄像区域的激光等级基本均衡。当激光检漏仪检测到SF6气体的泄漏图像时，便于检修人员进一步的分析处理。

3 应用案例

220kV变电站1号主变110kV侧出线气室压力迅速下降，并发出报警信号。利用SF6气体激光摄像仪进行全面检漏，发现泄漏点位于110kV断路器A相法兰盘处，如图2所示。SF6气体激光摄像仪拍摄到的泄漏图像，可直观地看见泄漏点的位置、泄漏的程度，如图3所示。经现场运维人员查看，确认是法兰盘连接处的明显裂痕导致的SF6气体泄漏。

图2 110kV断路器A相现场图

500kV变电站中GIS发生持续泄漏，检测人员采用CO2激光摄像仪对GIS设备进行仔细检查，发现在断路器B相法兰的连接螺丝口有气体泄漏，拍摄到的图像如图4所示。

图4 B相法兰盘处裂痕泄漏图

上述两个检测案例表明激光成像法对SF6气体设备泄漏源可精确定位，为设备检修提供了有效的依据。激光成像法无需断电即可检测，避免了检修人员高空作业，保证了人身安全，提高了检修效率，保障了设备安全可靠运行。

4 SF6设备气体泄漏的原因及预防措施

SF6气体泄漏的原因有很多，从SF6设备的生产、安装以及使用三方面归纳。（1）SF6设备生产缺陷。生产设备在采购、加工和出厂过程中校验不过关，导致出厂的产品质量不达标，造成漏气。设备的设计不合理以及设计误差，造成不合格或者有缺陷的产品进入下一道工序和出厂，在不合理外力作用下导致密封受损而泄漏。（2）SF6设备的装配缺陷。交接验收时，发现最多的就是密封垫片的问题。气体管路接口等位置密封垫圈装配不当都会产生气体泄漏。（3）SF6设备使用缺陷。在自然环境的影响下，随着设备使用时间的推移，部分部件性能老化，如O型圈进水受潮、热胀冷缩导致设备形变、密封胶经久失效等。

SF6气体泄漏影响设备运行，严重时还能造成重大事故。通过对SF6气体泄漏原因的分析，可以从以下几点做好SF6气体泄漏预防工作：（1）设备生产厂家要根据客户实际情况，在产品设计上严格把关，杜绝不合格的产品生产和出厂。（2）设备在装配过程中，应优选合格的密封垫圈和密封胶，保证产品合格出厂。（3）做好设备的检修与维护工作，延长设备使用寿命，当发现气体泄漏零部件时，及时更换，避免造成更大的事故。（4）认真分析各种SF6气体泄漏原理，采取合理有效的办法解决泄漏问题，并避免相似问题的重复发生。

5 结语

CO2激光摄像仪以视频图像的形式，在不断电的情况下快速查找SF6设备的气体泄漏源，为测试人员提供了一种直观准确的检测方式，保证了检修人员的人身安全，保障了设备的运行安全可靠。合理分析SF6气体泄漏原因，做好SF6设备气体泄漏的预防工作，保障了电网安全、经济、稳定的运行。

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