浅谈红外检漏成像仪在电网设备中的应用.docx

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1、浅谈红外检漏成像仪在电网设备中的应用【摘要】随着电网高压设备的不断更新，以SF6为绝缘介质的高压电气设 备己经成为了高压电气设备的主流。SF6高压电气设备虽然有很多优点，但漏 气问题则成为了它的硬伤。随着现代检测技术的不断进步和发展，已经有越来 越多的光学成像技术被应用于SF6气体泄漏检测。红外检漏成像仪能使SF6气 体以动态烟雾的形式呈现在背景环境下，操作方便，直观有效，给电网设备的 SF6气体检漏工作提供了-一种快速、有效、安全的检测方法。它弥补了 SF6高压 电气设备的缺陷，推动了电网SF6设备检修技术的发展。【关键词】SF6气体检漏；红外成像；电网；应用目录引言11.什么是红外成像测温

2、技术21 . 1.红外诊断技术21.2. 红外热成像技术22 . SF6传感器测量原理33 . SF6气体的优缺点64 .电网设备检漏方法现状分析65 .红外检漏成像仪的检测原理76 .现场检测中需要注意的问题77 .结论7【参考文献】8引言近年来，随着高压电气设备的不断更新，SF6以其良好的灭弧和绝缘性能 在高压电气设备中得到了广泛的应用，并且以SF6为绝缘介质的高压电气设备 已经成为了高压电气设备的主流。但是受制造工艺水平及运行环境的限制，密 封不良或密封圈老化是导致SF6气体泄漏的主要原因，会给电力安全生产带来 严重的后果。SF6气体泄漏会导致绝缘介质的减少，会严重降低设备的绝缘和 灭弧

3、能力，给设备的安全运行造成极大的威胁。而漏点的查找则成为一个令检 修人员头疼而无奈的问题。在未配备红外检漏成像仪之前，电网设备气体检漏一直采用肥皂水气泡测 试法和声光报警仪测试法。随着现代检测技术的不断进步和发展，已经有越来 越多的光学成像技术被应用于SF6气体泄漏检测。红外成像检漏技术主要是利 用SF6气体对红外线较为敏感的特性进行成像。红外检漏成像仪能使SF6气体 以动态烟雾的形式呈现在背景环境下，操作方便、直观有效，为现场查找漏气 部位提供了一种快速安全的方法。通过现场应用表明，红外成像检漏技术能有 效地弥补目前SF6气体检漏方法的不足，及时发现和消除气体泄漏缺陷，保障 设备的安全稳定运

4、行。L什么是红外成像测温技术1.1. 红外诊断技术变电设备是电力系统的枢纽，其运行状态直接决定电力系统的安全和效 益，红外诊断技术已成为状态检修的有效手段。任何有一定温度的物体，都会 以电磁波的形式向外界辐射能量。所辐射能量的大小与该物体的热力学温度的 四次方成正比。利用这个原理制成的红外点温仪，无需与物体接触，属于非接 触式测量。红外测温技术是利用红外探测技术获取设备的红外辐射状态的热信息，然 后转换成温度进行显示的技术，它能测量设备表面上某点周围确定面积的平均 温度，以温度高低来判断其工作状态的正常与否。红外测温系统的组成如图1 所示，设备的红外辐射通过大气传输到红外测温仪，测温仪中的光学

5、系统将设 备辐射的能量汇聚到探测器上，探测器将入射的辐射转换成为电信号，经过信 号处理后显示出来。在运行中的高压电气设备上运用红外测温方法比传统接触 式测温有利之处较多。1.2. 红外热成像技术红外热成像技术是通过对电气设备表面温度及其分布的测试、分析和判 断，可以准确地发现电气设备运行中的异常和缺陷，从而使部分事故检修转为 预见性检修。应用红外测温仪和热成像仪等诊断技术可实现设备运行状态时远 距离、不停电、不接触、不取样、不解体的情况下，检测出设备故障引起的异 常红外辐射和温度，有效的判断设备存在的外部缺陷和内部缺陷，从而实现故 障隐患的提早发现并及时进行处理，给电力系统线路状态监测提供了一

6、种先进 手段。红外热成像仪的功能及优势：(1)通过对设备表面温度分布的测量，可以分析设备内部热损耗部位和性 质，从而判断该设备的健康状态。热点温度直观显示，热图像清晰，能储存和 打印。(2)具有定性成像与定量测量的双重功能，并有较高空间分辨率和温度分辨 率，能够辨别很小的温差。实时热图像能够清晰显示在屏幕上，为建立热图像 数据库提供了条件，实现了图像采集、储存、分析于一体的功能。(3)用红外热成像仪检测设备，属于远距离非接触式的扫描巡检，可以保证 人身设备的安全。(4)红外热成像仪检测设备，如同用摄像机录像，能够快速的对大面积的设 备进行检测，能够准确、直观的发现与运行电压、电流有关的设备缺陷

7、，还可 对缺陷的性质、位置、程度做出定性、定量的判断。2 . SF6传感器测量原理六氟化硫(SF6，SUIfUrHeXaflUOride)是一种无色、无臭、无毒、不燃的稳 定气体，化学式SF6。它的分子量为146.07,在20和0l MPa时密度为 6.1kgm3,约为空气密度的5倍。六氟化硫在常温常压下为气态。六氟化硫 SF6是强电负性气体，它的分子极易吸附自由电子而形成质量大的负离子，削 弱气体中碰撞电离过程，因此其电气绝缘强度很高，在均匀电场中约为空气绝 缘强度的2.5倍。SF6气体在b200OK时出现热分解高峰，因此在交流电弧电 流过零时，SF6对弧道的冷却作用比空气强得多，其灭弧能力

8、约为空气的100 倍。由于SF6气体具有优良的灭弧性能和绝缘性能以及良好的化学稳定性，它 从20世纪50年代末开始被用作高压断路器的灭弧介质。在超高压和特高压断 路器中，SF6作为灭弧介质，已取代油，并已大量取代了压缩空气。SF6传感器测量原理之一、热导法原理六氟化硫传感器图1热导原理SF6传感器芯片根据被测SF6气体和背景气体的热导率数不同来计算其中SF6气体组份的 含量。当敏感元件吸附被测气体时，热导率发生变化，通过调理电路将热导系 数变化转为电压变化，据此可检测气体中浓度或含量。热导法主要应用在高压 绝压开关内的六氟化硫纯度分析(90%-IOO%VoL)。热导式SF6纯度传感器具有 精度

9、高，重复好和波动性小受到市场应用广泛欢迎，目前也重新赢得工程师的 信赖。热导SF6传感器TCD-SF6黛尔特C化京)科技有限公司高压绝缘开关及监测系统经常使用的SF6传感器种类主要有：0-1500ppM 扩散式传感器，主要用于监测高压开关的SF6气体泄漏；0-50PPM管道式传感 器，用于手持式六氟化硫检漏仪，检测高压开关的组件泄漏；O-IoOVOL管道式 传感器，用于高压开关内的六氟化硫传感器纯度检测。下面就SF6传感器在高 压绝缘开关中应用测量原理做简单介绍。SF6传感器测量原理之二、非分散红外原理(NDIR)六氨化硫传感器gas indetector I R-f liters gas o

10、ut知乎钱永贵图2非分散红外六氟化硫传感器双光束非分光红外线(NDlR)检测技术。设有测量通道和参考通道，分别加 装不同波长的滤光片，使之获得不同波长的红外光，测量通道内波长位于 10.55微米SF6的吸收峰上，参考通道则不在SF6的吸收范围内(4.96微米)。检 测通过两个通道的红外光，并做对比调制，比值即表征了被测气体中的SF6浓 度。适合在线泄漏监测(01500ppM)和手持式定量SF6检漏仪(0-50 PPM)。非 分散红外原理六氟化硫传感器不能应用SF6纯度测试(90%VoL100%VoL)热 导SF6传感器TCD-SF6黛尔特(北京)科技有限公司由于黑体光源、热释电探测器和滤光片的

11、技术发展，非分散红外(NDIR)原 理六氟化硫纯度传感器，因为新技术和低功耗一度受到追捧。应用工程师后来 发现由于SF6纯度传感器在1055um波长附近非常强，信号大。另外六氟化硫 气体测试的范围在90100%VoL,输出信号趋于饱和，在此范围内传感器读数 波动大，可达+/-1%;重复性差，无法满足SF6气体纯度测试。近些年来，应用 工程师也回归到用最经典的热导式方法来测试SF6气体纯度。SF6传感器测量原理之三、高频电流法原理SF6传感器对稀薄气体进行高频电离时，电负性气体分子可以吸附电子转为大质量离 子，其在电磁场中的速度远比电子慢，因而气体会表现出不同的电特性。缺 点：装置复杂，工作稳定

12、性不好，操作不算方便，每次使用前都需要标零，对 多种其他气体也敏感。主要用途：用于检测微量世漏的定量检测仪器。SF6传感器测量原理之四、高压击穿法原理六氟化硫传感器SF6具有很强的灭弧性能。使用高电压击穿气体，当气体中含有SF6时，电 弧电流和持续时间都有所变化。检测这种变化，可以探测出SF6气体浓度。使 用寿命短。不便于做定量分析。适合做手持的检测定性式检测仪。SF6传感器测量原理之五、半导体法原理SF6传感器高温半导体吸附极性分子（含有卤素的分子容易具有较强的极性）后特性发 生变化。缺点：需要加热。对SF6完全不敏感（SF6不属于卤代烧，也不是极性 分子，不会被吸附）。不适合在线实时监测S

13、F6气体泄漏。3 . SF6气体的优缺点SF6作为一种绝缘气体，具有很多优点，它是一种无毒、不可燃的惰性气 体，并有优异的冷却电弧特性，特别是在开关设备有电弧高温的作用下产生较 高的冷却效应，避免局部高温的可能性。SF6的绝缘性能远远超过传统的油、 空气绝缘介质。其用于电气设备中，可以缩小设备的尺寸，提高设备绝缘的可 靠性。其缺点是在电弧放电时，分解形成硫的低氟化合物，不但有毒，且对某 些绝缘材料和金属具有腐蚀作用田。而SF6气体无色无味再加上SF6高压电气设 备结构复杂的特点给快速准确地定位漏气部位带来了很大的困难。另外SF6气 体还是一种温室效应气体，泄露后对环境有害。因此，如何对SF6气

14、体的泄露 进行控制就成了很重要的一个问题，而检漏则成为解决这项问题的基础性工作 12 o4 .电网设备检漏方法现状分析在未配备红外检漏成像仪之前，设备检漏一直采用肥皂水气泡测试法和声 光报警仪测试法来进行SF6气体泄漏检测。其实，往往这两种方法需要配合使 用，先用声光报警仪测试法确定大致范围，然后再用肥皂水气泡测试法精确定 位。皂水气泡测试法，取材简单，直观有效，但需要逐个部位涂抹观察，工作 量大，适用性差。而声光报警法则借助于便携式定性检漏仪沿设备表面以缓 慢、均匀的速度移动，结合局部包扎法，检漏效果较好。但其受外界环境影响 较大，工作条件比较苛刻，必须是在晴天、无风的条件下进行，而且工作量

15、也 相当大，往往需要半天或一天。如果是遇到常见的漏气情况，检修人员凭着检 漏经验，漏点还是能比较容易检查到的（如GIS盆式绝缘子漏气或敞开式SF6断 路器法兰处漏气），如果要是遇到比较特殊的漏点或者说是位置比较偏僻的漏 点，查找漏点则相当的困难。检漏的工作量大暂且不说，重要的是在大量的工 作完毕后也未必能查到漏点或者就算能查到漏点，但由于检漏人员移动不稳或 现场风大时造成误报警，造成前功尽弃。这就让检修人员感到相当的困惑和无 奈。除此之外，上述2种方法最大的缺点是不能带电检测，需要将设备停电。 必要时，还需停母线或主变，给电网造成巨大损失。而红外检漏成像仪能使SF6气体以动态烟雾的形式呈现在背

16、景环境下，操 作方便，直观有效，同时不需要停电，给电网设备的SF6气体检漏工作提供了 一种快速、有效、安全的检测方法。5 .红外检漏成像仪的检测原理红外检漏成像仪主要根据SF6气体泄漏处会向外辐射红外线能量，并对周 围环境产生影响，当进行大范围拍摄时，根据SF6气体与空气的红外影像不同 的特性，就可以寻找到泄漏源。红外线吸收检漏技术是指运用SF6气体对长波 红外线有很强吸收能力的特性，采用后向散光成像技术对气体进行成像。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地减弱，SF6气体在显示设备上显示 为黑色烟雾状，并且随着气体浓度变化，黑度也不同。在这种方式下，SF6气 体泄漏点就可以快速、准确地定位。6 .现场检测中需要注意的问题(I