便携式X射线数字成像技术（CR，DR）在GIS设备故障诊断和状态监测中的应用

1. 概述

       气体绝缘金属封闭开关设备（GasInsulatedSwitchgear）简称GIS，是变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等装入接地金属外壳中，并充以SF6绝缘气体组成的封闭组合电器。GIS的绝缘等级按照电力系统的电压等级分为110kV、220kV、550kV、1100kV（超高压）。GIS由于是全封闭结构，不受外界环境（潮湿、雨水和污秽等）的影响、运行可靠性高，安装速度快，检修间隔时间长、运行费用低而且占地面积也比较小，   符合城市规划和美观的要求。随着城乡用地费用的不断提高和人们的维权意识的增强，占地的赔偿金也在不断走高，结构紧凑型的GIS未来的发展前景非常广阔，现已成为国内外输配电行业开关设备中最尖端和最有竞争力的设备。根据有关专家预计，2010年，363~550kV GIS将占断路器的45％，126~252kVGIS将占断路器的35％。

       由于GIS内部各元件的工况环境明显好于常规类型的开关设备（例如：空气绝缘的开关设备），而且六氟化硫（SF6）气体优异的熄弧特性和绝缘特性最大限度地延长了触头的使用寿命，这使得GIS设备几乎成为免维护和检查的设备。 但是，电力行业的原则永远是没有最好，只有更好。推荐的 GIS设备维护检查周期、内容和手段见下表：

推荐的GIS设备维护、检查周期、内容和手段

断路器操作次数 从开始服役 维护、检测内容 检测方法

例行检查   每2月 1.气体压力和工作压力检查

2. 记录断路器和避雷器操作次数 目测

定期检查 每500次 每3年

1. 气体泄漏实验

2. 驱动机构检测和润滑油检查 目测, CR/DR （新）

特殊检查 每2000次 每6年 1. 驱动机构的详细检测

2. 断路器的内部检测 目测, CR/DR（新）

       国家电网和南方电网的各级单位为减少和避免突发故障的损失，更好地确保GIS运行的可靠性，投入了巨大的人力和财力，做了大量的调研和实验。由于GIS的内部结构复杂，且充有SF6绝缘气体、解体困难，检修技术含量高，耗时长，停电损失大，给上述检查中的故障诊断和状态检测带来了不小的困难。GE 检测科技业务部门有幸参与其中，陆续为青海电力、西藏电力、山西电力、云南电力等单位提供了可靠、快速的无损检测手段，本文是经验总结，供大家分享、交流、讨论。

2.  检测设备及原理

       工业用X射线成像原理和我们通常在医院、机场见到的拍片、CT、安检系统工作原理一样。X射线在穿透不同的物体时与物质发生相互作用，因吸收和散射而强度变化，感光材料（胶片、IP板、DR板）接受到该强度变化信号后，经信号处理形成我们常见的影像，见原理示意图。通常，用于GIS检测的一套完整的检测系统包括：射线源、感光板 （IP板、DR板)、CR扫描仪(DR 不需要)、图像显示系统（含图像处理分析软件）、现场移动支架、移动工作站等。

3.  GIS检查时，X射线数字成像系统的关键技术指标。

3.1 信噪比和对比度

       高的信噪比和高的对比度是图像质量最核心的技术指标。他们直接影响结构细节的分辨和故障的发现能力。2008年以前 ，CR、DR技术应用受到局限的主要因素就是受上述两指标的综合影响，图像质量达不到某些应用的高要求。当前技术能达到的最佳指标：信噪比：9 级；对比度：9 级 。（视被检材料的变化而不同）。完全能和传统胶片的图像媲美。

3.2 感光材料工作时，能承受的最高射线能量

GIS内部结构复杂，构件材料、厚度多样，需要较高的X射线穿透能力，才能得到理想的图像进行分析。当前DR能承受的最高X射线机能量是350KV；CR能承受的最高加速器能量是3.5MeV。

3.3 感光材料有效接收面积

该指标直接影响GIS的检测效率和检出能力。常见的规格有：410x410 mm； 200x200 mm。

3.4 感光材料像素和系统分辨率

像素? 200微米，系统分辨率≥2.5 IP/mm，就能达到GIS的检测要求，该指标一般都能被满足。需要注意的是：并不是像素越高越好，在一定条件下，提高像素并不能得到更好的图像。如下图所示，在信噪比SNR=1的相同条件下，不同像素的感光材料得到的图像质量没有明显的改善。

4.  GIS设备典型故障

        GIS设备的典型故障主要是内部结构发生变形或严重损坏，如：零件松动脱落、螺丝松动、静触头触指变形，动触头上压环脱落，触指烧损，绝缘拉杆爆裂等。文献1有详述和图片。

5.   现场实际检测和模拟检测

5 .1  成功案例 1

       某供电局GIS发生故障，由GIS生产厂家来现场更换后，无法用常规手段检查，故委托GE公司免费进行CR透视，图1 是合格产品，图2  是修复后的产品。经比较，见图中红框，修复后产品中弹簧明显错位，判为修复不合格，需重新处理。

5.2  成功案例 2

       图3—图8，是2010年11月，在国内某知名开关集团做的3 组DR 实验，左边是DR图像，右边是对应的产品实际结构，可以看出图像质量非常高，弹簧、螺丝的细节非常清楚，完全能满足客户现场要求的快速、方便、清晰地要求。

5.3 成功案例 3

       图9-13，是2009-2010年间，我们在西北地区各GIS开关站现场检测时的图像资料。GIS内部结构细节非常清楚，能帮助用户即刻评价GIS的安全性。

6.  结论

       通过10多家企业的现场实践，大家普遍认为当前的X射线数字成像技术具有方便、快速、图像质量高、结果直观、便于快速决策、图像适合长期保存、适合野外作业、能在带电状态检测等特点，是判断GIS设备内部故障隐患的有效手段。目前已有7家以上单位使用了该技术，取得了可观的经济效益。同时在使用过程中，总结出如下经验：

1. CR和DR都能满足现场检测要求，CR能承受更高的X射线能量，柔性板更适合复杂环境；DR成像速度更快，效率更高。客户可按自身需求合理选择。同时，两种方法都能兼顾常规的无损检测任务如：焊缝检测、铸件探伤等。

2. 国产GIS、合资GIS、进口GIS的制造标准是相同的，技术上都能满足系统运行的要求，差距就在于产品的可靠性以及故障的发生率上。制造商每次用的原材料质量偏差比较大，是导致GIS成品性能不稳定的主要原因，其次，机械加工工艺、精度、一致性等也是影响成品质量的重要因素。

参考文献：

1。GIS设备X射线可视化检测技术， 闫斌，何喜梅，吴童生，王志惠，李生平，青海电力科学实验研究院，中国电力，2010,第7期。

2。X射线数字成像技术，GE公司研发部。

关于GE检测控制技术

       GE检测控制技术业务是一个行业领先创新者，业务涉及传感测量, 无损检测技术, 状态监测，与自动化优化控制领域, 帮客户实现精确、高效和安全。旗下产品广泛应用于航空航天、石油天然气、电力、运输、医疗等行业。它在25个国家拥有超过40家企业，隶属于GE能源集团，为客户提供更环保，更智能,更高效的解决方案。获取更多的信息，请访问公司网站：www.ge-mcs.com . Bently Nevada & 控制解决方案www.ge-energy.com/oc，传感科技 & 测量解决方案 www.gesensing.com.cn，检测科技www.geinspectiontechnologies.cn 。中国区免费热线电话:　 800 915 9966