六氟化硫氣體泄漏檢測技術(shù)

1、SF6氣體泄漏檢測技術(shù)目錄第一節(jié) SF6氣體泄漏檢測技術(shù)概述2一、發(fā)展歷程2二、技術(shù)特點及應(yīng)用情況3第二節(jié) SF6氣體泄漏檢測技術(shù)基本原理7一、SF6氣體特性7二、泄漏檢測機理8三、泄漏檢測儀組成及基本原理15第三節(jié) 泄漏檢測及診斷方法25一、檢測方法25二、判斷標(biāo)準(zhǔn)28第四節(jié) 典型SF6氣體泄漏案例分析30第一節(jié) SF6氣體泄漏檢測技術(shù)概述一、發(fā)展歷程 SF6氣體泄漏作為GIS運行過程中的常見缺陷之一1，SF6的泄漏不僅會影響設(shè)備的絕緣強度，還將對大氣環(huán)境產(chǎn)生較強的溫室效應(yīng)；此外，假如氣體中含有電弧分解物，泄漏氣體還將危害人身安全2。因此，SF6氣體泄漏檢測工作異常重要。SF6氣體泄漏檢測技

2、術(shù)從上世紀(jì)五十年代開始應(yīng)用，早期新安裝和大修后的設(shè)備檢漏主要依靠真空監(jiān)視和壓力檢查，運行設(shè)備通過壓力表進行泄漏監(jiān)測，受檢測技術(shù)的限制，泄漏點的判斷主要采用皂水查漏3, 4。20世紀(jì)70年代，科研人員根據(jù)SF6氣體的負(fù)電性開發(fā)了鹵素儀，如美國TIF公司、德國DILO公司、美國CPS公司、英國ION公司都有相應(yīng)技術(shù)產(chǎn)品。20世紀(jì)末期，SF6氣體泄漏的定量檢測成為趨勢并頒布了IEC60480和GB/T 8905-1996SF6電氣設(shè)備中氣體管理和檢測導(dǎo)則。20世紀(jì)80年代開始，各大設(shè)備廠家、科研單位投入到檢測技術(shù)的研發(fā)當(dāng)中，其中代表性檢測技術(shù)為：20世紀(jì)80年代年美國USON公司開發(fā)電子捕獲型檢測技

3、術(shù)；20世紀(jì)90年代初期日本三菱公司研發(fā)紫外電離型檢測技術(shù)；上世紀(jì)90年代末期英國ION公司研發(fā)負(fù)離子捕捉檢測技術(shù)。以上述檢測技術(shù)利用的都是SF6氣體的負(fù)電性，21世紀(jì)初，隨著人們對SF6氣體的化學(xué)、聲學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的不斷深入了解，新型檢測技術(shù)不斷發(fā)展，如紅外光譜吸收技術(shù)、光聲光譜技術(shù)和成像法。紅外吸收技術(shù)和光聲光譜技術(shù)利用SF6氣體分子吸收紅外線的特性， 2004年德國GAS公司推出基于紅外吸收技術(shù)的IR LEAKMETER檢漏儀，后續(xù)西班牙Telstar、美國BACHARACH、德國WIKA等公司也開發(fā)了相應(yīng)產(chǎn)品；光聲光譜技術(shù)作為一種純物理的、非破壞性的檢測技術(shù)，2006年被丹麥INNOVA

4、公司首先應(yīng)用于SF6氣體檢漏。成像技術(shù)包括激光成像和紅外成像，通過影像的形式直觀的判斷泄漏點，近年來，成像技術(shù)已逐漸成為檢漏技術(shù)的發(fā)展趨勢，其中以美國FLIR公司、美國GIT公司的紅外成像檢漏技術(shù)和紅相電力設(shè)備集團有限公司的激光成像檢漏技術(shù)為主。早期對于SF6氣體的檢漏主要采用皂水查漏、包扎法、手持檢漏儀等檢測方法,但早期的方法應(yīng)用時設(shè)備都需要停電進行，不屬于帶電檢測的范疇。從上世紀(jì)九十年代末期至今，帶電檢漏儀器逐漸發(fā)展有以下幾種：紫外線電離型、高頻振蕩無極電離型、電子捕獲型、負(fù)電暈放電型等。但在實際使用中仍有不足，如泄漏部位定位性能差、檢測誤差隨環(huán)境變化大、很難做到精確定位和定量檢測等。近幾

5、年，利用SF6氣體紅外特性發(fā)展的激光成像檢漏法及紅外成像檢漏法，在檢測SF6氣體泄漏方面實現(xiàn)了重大突破，在相對較遠(yuǎn)距離就能發(fā)現(xiàn)泄漏的具體部位，精度高，檢測結(jié)果非常直觀，極大提高了檢測效率同時也保證的人員的安全。二、技術(shù)特點及應(yīng)用情況 采用不同工作原理的各種泄漏檢測技術(shù)都有自身的優(yōu)勢和不足，因此，掌握其優(yōu)缺點和適用性，以便在不同的實際條件下合理使用各種檢測技術(shù)是非常必要的。2.1 負(fù)電暈檢測技術(shù)負(fù)電暈檢測技術(shù)的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是，測試干擾因素較多、抗干擾能力差、電極易老化、傳感器壽命短、單電極結(jié)構(gòu)靈敏度不高、精度低等缺點。目前，該技術(shù)由于精度低的缺點不適用于定量檢測，多用于定性檢漏儀，也

6、有應(yīng)用于室內(nèi)SF6監(jiān)測報警裝置，該種技術(shù)原理的儀器在使用過程中需對檢測器要定期清洗5。2.2 電子捕獲檢測技術(shù)電子捕獲檢測技術(shù)性能非常穩(wěn)定、測量分辨率高、精度高、響應(yīng)和恢復(fù)速度都很快，但是，這種技術(shù)使用放射源和高壓載氣瓶，測試安全與快捷的要求均無法滿足，且操作復(fù)雜。這種類型的技術(shù)儀器多用于電力設(shè)備出廠試驗，但是安全和便攜因素制約著測試儀器的運輸、存儲和使用5。電子捕獲檢測器(ECD)是一種對痕量電負(fù)性(親電子)有機化合物的分析很有效的檢測器，典型的產(chǎn)品是美國USON公司Q200。它只對電負(fù)性物質(zhì)有信號，樣品電負(fù)性越強，給出的信號越大，但對不具電負(fù)性的物質(zhì)則沒有信號輸出。電子捕獲檢測器對鹵化物，

7、含磷、硫、氧的化合物，硝基化合物，多環(huán)芳烴，共軛羰基化合物，金屬有機物，金屬化合物，甾族化合物等電負(fù)性物質(zhì)，都有很高的靈敏度，其檢出限可達(dá)10ugmL。 2.3 紫外電離檢測技術(shù) 紫外電離檢測技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快速等，但在實際使用中發(fā)現(xiàn)還存在不足，如泄漏部位定位性能差，檢測誤差隨環(huán)境變化大，很難做到精確定位和定量檢測，特別是對于室外布置的設(shè)備，現(xiàn)場檢測中尤其暴露了其技術(shù)短板，檢測的精確性還有待進一步深入研究6。 2.4 負(fù)離子捕獲檢測技術(shù) 負(fù)離子捕獲檢測技術(shù)與電子捕獲技術(shù)原理類似，但是離子化方式不同，它摒棄了放射源和高壓載氣瓶，操作菜單非常簡單，是目前電力設(shè)備現(xiàn)場檢漏工作中最常用的測試儀器之一

8、。同時，電極貴、成本高、反應(yīng)慢也是高壓真空負(fù)離子捕獲檢測技術(shù)不容忽視的缺點5. 6。 2.5 紅外吸收技術(shù)紅外吸收技術(shù)是基于SF6氣體對紅外光譜的特征吸收原理，所以采用該技術(shù)的檢測儀器體積小、質(zhì)量輕、無放射源危險、無需耗材、性能穩(wěn)定，目前，室內(nèi)SF6泄露監(jiān)測報警裝置普遍地采用了該技術(shù)，但是它的檢測靈敏度不高，最小檢出限高達(dá)10L/L，響應(yīng)速度慢，制約了它在電力系統(tǒng)中定量檢漏中的廣泛應(yīng)用7. 8。紅外線原理檢測儀的主要技術(shù)結(jié)構(gòu)特點是它的靈敏性、響應(yīng)時間及穩(wěn)定性抵抗?jié)穸群投拘詺怏w,典型產(chǎn)品法國 IAC510 GT-01和武漢國電西高的GDWG-VSF6紅外線雙波SF6檢測儀?；陔p波無彌散紅外線的

9、技術(shù)原理，因為紅外線的變化對于不同的氣體有著不同波長及變化。反以能夠用于測量單個的氣體，對于其它的氣體沒有任何反應(yīng)。而且能夠真實的測量出SF6氣體的真正含量。 2.6 光聲光譜技術(shù)光聲光譜技術(shù)測量靈敏度極高、檢出限低，且不存在傳感器老化的問題、無需耗材、性價比高，是一種新興的泄漏檢測技術(shù)。目前，在設(shè)備檢漏中的應(yīng)用不多見，主要是因為其響應(yīng)時間過長，且儀器的測試性能和穩(wěn)定性還需要時間的檢驗5. 6。從目前的應(yīng)用情況來看，采用激光光聲檢測原理的典型的產(chǎn)品有DEVELOT生產(chǎn) 的LLD-100型SF6定量檢漏儀，紅外激光源和特殊光聲傳感器技術(shù)保證了SF6的高靈敏度探測因此降低誤報警的次數(shù)，儀器使用紅外

10、激光源以及這個波長的光學(xué)帶通波濾器，這使得這個設(shè)備專門適用于SF6，避免了其它物質(zhì)在泄露探測中可能的干涉。 2.7 成像檢漏技術(shù) 成像檢漏技術(shù)通過成像方式方便的觀測氣體泄漏狀況，在顯示屏上以可見的動態(tài)煙云形式顯現(xiàn)出來，從而可以直觀、準(zhǔn)確、快速的發(fā)現(xiàn)并定位泄漏點。與常用方法相比較，可以安全的在遠(yuǎn)距離對泄漏點進行檢測，保障了運行、檢修人員的不受觸電和氣體中毒危險，減少了停電時間，可提高使設(shè)備的供電可靠性，SF6氣體泄漏激光成像技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了現(xiàn)場漏點查找的效率。SF6氣體絕緣設(shè)備的應(yīng)用大約60年，這期間人們對檢漏工作的不斷細(xì)化和提升，對SF6氣體性質(zhì)的持續(xù)深入研究，極大地推動了泄漏檢測技術(shù)的

11、發(fā)展，推廣了泄漏檢測儀器的現(xiàn)場應(yīng)用。但是，各種泄漏檢測技術(shù)在使用過程中也暴露出了各自缺陷。隨著泄漏檢測工作重要性的日益凸顯，檢測技術(shù)發(fā)展理念的持續(xù)創(chuàng)新，技術(shù)研發(fā)力量的不斷加強，未來的泄漏檢測技術(shù)將實現(xiàn)壽命長、測試安全、性能穩(wěn)定、高靈敏度、高精度等特點，測試儀器將朝著體積小型化、操作簡單化、數(shù)據(jù)處理智能化、測試人性化的方向發(fā)展。第二節(jié) SF6氣體泄漏檢測技術(shù)基本原理一、SF6氣體特性（1）負(fù)電性 SF6是負(fù)電性氣體，具有吸收自由電子形成負(fù)離子的特性，檢漏的各種方法多是利用這一特性進行檢測的。負(fù)電性是指分子(原子)吸收自由電子形成負(fù)離子的特性。而當(dāng)分子或原子與電子結(jié)合時會釋放出能量稱為電子親和能，

12、元素或物質(zhì)的負(fù)電性可由電子親和能來評價。六氟化硫氣體的這一性質(zhì)主要是由氟元素確定的。氟元素在周期表上是第七族鹵族元素，它的最外層有七個電子，很容易吸收一個電子形成穩(wěn)定的電子層(八個電子)。鹵族元素均具有負(fù)電性，氟具首位。 若干元素的電子親和能值見表1。當(dāng)氟與硫結(jié)合后，仍將保留此特性。六氟化硫的電子親和能是3.4 eV。表1 若干元素的電子親和能值元素FClBrIOSNSF6電子親和能/eV4.103.783.433.203.802.060.043.4周期族（2）紅外吸收特性 不同氣體分子由于具有不同的分子結(jié)構(gòu)，其反映的分子內(nèi)部運動和分子之間相互作用也各有不同。分子的內(nèi)部運動包括振動和轉(zhuǎn)動，且分

13、子的振動能量大于分子的轉(zhuǎn)動能量，分子發(fā)生振動能級躍遷時，伴隨有分子的轉(zhuǎn)動能級躍遷，所以分子的光譜是振動-轉(zhuǎn)動光譜。 根據(jù)能級躍遷理論，氣體分子對入射光具有很強的選擇性吸收。當(dāng)分子受到含有豐富頻率的紅外光照射時，分子會吸收某些頻率的光，并轉(zhuǎn)換成分子的振動能量和轉(zhuǎn)動能量。多原子分子由于更多的機械自由度，將使它們比簡單的分子更有效地吸收和發(fā)射能量。使分子的能級從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，并使對應(yīng)于吸收區(qū)域的紅外照射光的光強減弱。 每一種物質(zhì)都有自己的特征吸收譜，在氣體吸收譜與光源發(fā)射譜重疊的部分會產(chǎn)生吸收，吸收后光強將會減弱，在一定條件下，其特征吸收峰值的強度與樣品物質(zhì)的濃度成正比關(guān)系。因此可以把紅外輻射通

14、過氣體的分子吸收光譜作為一種工具，達(dá)到測定樣品濃度的目的。SF6氣體在10.6m的紅外輻射具有很強的吸收作用，如下圖1所示。 圖1 SF6光譜透過率曲線圖二、泄漏檢測機理 通過不斷的深入研究，人們對SF6氣體的特性，尤其是化學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)性質(zhì)已經(jīng)形成了系統(tǒng)的認(rèn)識。SF6氣體的泄漏檢測機理都是基于氣體存在的這些性質(zhì)，其中，負(fù)電暈檢測技術(shù)、電子捕獲檢測技術(shù)、負(fù)離子捕獲檢測技術(shù)、紫外電離檢測技術(shù)利用的是SF6氣體的負(fù)電性；而紅外吸收技術(shù)、光聲光譜技術(shù)、成像技術(shù)是采用了SF6氣體紅外光譜的特征吸收的性質(zhì)，下面分別針對各種檢測技術(shù)對其工作原理進行詳細(xì)闡述。2.1負(fù)電暈檢測技術(shù) 電暈放電是指帶電體表面在氣

15、體或液體介質(zhì)中出現(xiàn)的局部的自持放電現(xiàn)象,常發(fā)生在不均勻電場中電場強度很高的區(qū)域內(nèi),如高壓導(dǎo)線的周圍,帶電體的尖端附近等。因為在尖端電極附近,電荷密度很大,局部電場強度很強,超過了氣體的電離場強,使氣體發(fā)生電離和激勵,出現(xiàn)電暈放電,發(fā)生電暈放電時在電極周圍可以看到發(fā)光的電暈層,并伴有咝咝聲。電暈放電的極性由曲率半徑小的電極的極性決定。如果曲率半經(jīng)小的電極帶正電,發(fā)生的電暈為正電暈，反之則稱為負(fù)電暈。負(fù)電暈放電檢測技術(shù)中，采用了具有高頻脈沖負(fù)電暈連續(xù)放電效應(yīng)的檢測器，當(dāng)檢測器中存在SF6氣體時，SF6氣體的負(fù)電性對負(fù)電暈放電有一定的抑制作用，致使電暈電流減小。這些隨負(fù)電性氣體濃度而變化的電暈電流通

16、過信號放大電路轉(zhuǎn)換成濃度指示值9。2.2電子捕獲檢測技術(shù) 電子捕獲檢測技術(shù)常采用放射性同位素Ni63作為檢測器的離子發(fā)射體，且配有載氣（Ar）。當(dāng)載氣通過放射源時，放射源產(chǎn)生射線的高能電子使載氣電離形成正離子與慢速電子，向極性相反的電極定向遷移形成基流。SF6氣體的負(fù)電性決定了它能捕獲載氣電離形成的慢速電子，從而形成負(fù)離子。待檢SF6氣體負(fù)離子與載氣正離子復(fù)合成為中性化合物，而使原有的基流減少，基流的減少量與被測氣體的濃度成一定數(shù)量的比例關(guān)系，將變化了的基流轉(zhuǎn)為濃度指示信號輸出，從而達(dá)到檢測氣體濃度的要求5。2.3負(fù)離子捕獲檢測技術(shù)該方法利用的是空氣、SF6氣體或各種鹵素氣體在高頻電磁場的作用

17、下電離程度的差異而形成的一種檢測技術(shù)。假設(shè)電離腔內(nèi)通過的是純的空氣，腔體吸收高頻電場和磁場所給于的能量，致使諧振回路內(nèi)的功率因數(shù)顯著下降，同時引起高頻振蕩器的振蕩幅值大大下降。然而當(dāng)空氣中含有SF6或鹵素等負(fù)電性氣體時，負(fù)電性氣體具有很強的俘獲電子的能力，致使電離腔中的電離度減弱，振蕩器的振蕩幅值上升，上升的幅值與被測氣體的負(fù)電性氣體濃度成比例變化，從而通過信號放大器將信號轉(zhuǎn)為濃度輸出值10。2.4紫外電離檢測技術(shù)紫外電離檢測是利用紫外線將檢測氣體中的氧氣和SF6氣體離子化，根據(jù)它們的離子遷移速度和對電子吸收的能力的差異，迅速簡便地測定出在檢測的氣體中所包含的微量SF6的濃度11。在光電面與加

18、速電極之間通過被測氣體，使被測氣體中的氧氣和SF6氣體吸附在這些光電子上。這些光電子在光電面和加速電極之間施加的電壓作用下，被電離為離子狀態(tài)，以各自的遷移速度向光電面移動。由于氧氣和SF6氣體的負(fù)電性不相同，對光電子俘獲能力不相同，則形成不同的遷移速度。利用這種速度差別形成的離子流的相位差，將相位改變的離子流檢測出來，就可檢出SF6氣體的存在及濃度。下式表示與上述遷移速度有關(guān)的離子電流： （1）式中e離子的電荷，Vk離子遷移速度，d光電面和加速電極間的距離，n離子數(shù)，i離子電流由于d是固定的，離子電流i由離子電荷和離子遷移速度所決定，對SF6氣體來說則主要由離子數(shù)來決定，離子數(shù)則指示氣體中的S

19、F6濃度。這樣檢測器就可以定量地檢測出SF6的濃度。2.5紅外吸收技術(shù)6當(dāng)紅外光通過待測氣體時，這些SF6氣體分子對特定波長（975cm-1）的紅外光有吸收，其吸收關(guān)系服從朗伯-比爾（Lambert-Beer）吸收定律。由朗伯-比爾定律可知,光的吸收系數(shù)與物質(zhì)的濃度有關(guān)。通過吸收介質(zhì)的長度與透射光強滿足以下關(guān)系：I(,I)=I0e-Cl （2）式中：I和I0分別是透射和入射光強；是一定波長下的單位濃度、單位長度介質(zhì)的吸收系數(shù)。l是待測氣體與光相互作用的長度。C 是待測氣體的濃度。上式可轉(zhuǎn)化為： （3）由此可知,在波長下,若氣體的吸收系數(shù)可以測量,則SF6氣體濃度C可以從光的輸入光強I和輸出光強

20、I0的變化量求出。2.6光聲光譜技術(shù)光聲光譜技術(shù)12, 13與紅外吸收技術(shù)的原理類似，都是利用氣體對紅外光的特征吸收。然而，二者在定量SF6氣體濃度時存在差異。在光聲光譜技術(shù)中，當(dāng)樣品吸收光能，并立即以釋放熱能的方式退激。釋放的熱能使樣品和周圍介質(zhì)按光的調(diào)制頻率產(chǎn)生周期性加熱，從而導(dǎo)致介質(zhì)產(chǎn)生周期性壓力波動，這種壓力波動可用高靈敏的微音拾音器和壓電陶瓷傳聲器檢測，并通過放大得到光聲信號。壓力波動的大小與光的吸收作用強弱存在一定的定量關(guān)系，再利用朗伯-比爾（Lambert-Beer）吸收定律對氣體濃度進行換算，相當(dāng)于間接檢測氣體對光的吸收作用，從而可以利用這個原理檢測出SF6氣體的泄漏及其濃度。

21、2.7 SF6氣體泄漏激光成像SF6氣體由于其具有極強的紅外吸收特性，當(dāng)激光遇到SF6氣體時，會被SF6氣體吸收，激光強度將明顯減弱。SF6激光成像檢漏儀主要就是利用SF6氣體該特性以及反向散射/吸收理論。其工作原理為:由激光發(fā)射器瞄準(zhǔn)被測設(shè)備區(qū)域發(fā)出入射激光，經(jīng)過背景反射會形成反向散射激光進入激光攝影機成像系統(tǒng)；在沒有泄漏氣體的情況下,所產(chǎn)生的反向散射激光與反向散射陽光產(chǎn)生的圖像相同。在有泄漏氣體的情況下,發(fā)出的入射激光遇到泄漏的SF6氣體，則其能量會被吸收一部分，返回到激光攝影機成像系統(tǒng)的激光強度由于經(jīng)過氣體煙霧的吸收將會減弱，從而導(dǎo)致無泄漏與有泄漏兩種情況下的反向散射激光產(chǎn)生差異，最終造

22、成各自的激光成像不同。SF6氣體濃度越濃,吸收就越大, 激光成像對比度也越大。在這種方式下,一般的非可視氣體將在視頻中可見,其泄漏源和移動方向都可以方便確定。氣體煙霧后面必須要有固定的背景，以便將激光反射到取景器進行成像。也就是說氣體必須在激光檢漏儀和一個背景平面之間通過，該平面將激光反射回檢漏儀以便顯示圖像。在沒有泄露氣體的情況下，所產(chǎn)生的背景畫圖像與使用普通攝像機時反射陽光產(chǎn)生的圖像相同。然而在有泄漏氣體出現(xiàn)時，發(fā)出的入射激光遇到泄漏的SF6氣體，則其能量會被吸收一部分，返回到激光檢漏儀成像系統(tǒng)的激光強度由于經(jīng)過氣體煙霧的吸收將會減弱，區(qū)域的試品圖像將產(chǎn)生對比或變暗，氣體濃度越濃，吸收越大

23、，對比度也會越明顯。如下圖2所示。該技術(shù)使正常不可見的SF6氣體泄漏在標(biāo)準(zhǔn)視頻顯示中可視化,檢測人員在監(jiān)視器上就可實時檢測SF6氣體由此可以發(fā)現(xiàn)有無SF6氣體泄漏。(a) 無漏氣（b）有漏氣圖2 檢漏原理圖2.8 SF6氣體泄漏紅外成像SF6氣體泄漏紅外成像檢測也是利用SF6氣體的紅外特性。紅外探測器專門針對極窄的光譜范圍進行調(diào)整，因此選擇性極強，只能檢測到可在由一個窄帶濾波器界定的紅外區(qū)域吸收的氣體。泄漏氣體出現(xiàn)區(qū)域的視頻圖像將產(chǎn)生對比變化，從而產(chǎn)生煙霧狀陰影。氣體濃度越大，吸收強度就越大，煙霧狀陰影就越明顯，從而使不可見的SF6氣體泄漏變?yōu)榭梢?，進而確定其泄漏源及移動方向，使檢測人員能夠快

24、速、準(zhǔn)確的找到泄漏點。與激光檢漏儀相比，無需反射背景，所以適用范圍更廣，同時因為無需激光發(fā)射器，所以重量也更輕。下面的成像原理圖可以使我們更清晰的理解SF6氣體檢漏儀的工作原理。如下圖所示，當(dāng)物體發(fā)出的紅外輻射通過空氣與SF6氣體組成的混合氣體時，由于SF6氣體對紅外輻射的吸收能力更強，上方通過六氟化硫氣體的紅外輻射與下方通過空氣的紅外輻射相比，明顯變?nèi)趿恕D3 成像原理圖三、泄漏檢測儀組成及基本原理根據(jù)上述各種技術(shù)原理的檢漏儀，在儀器結(jié)構(gòu)組成上會有一些差異，但是圍繞檢漏儀性能上的指標(biāo)基本都包括：測量范圍、靈敏度、響應(yīng)時間、恢復(fù)時間、工作環(huán)境及儀器重量等。3.1負(fù)電暈原理檢漏儀圖4是負(fù)電暈放電

25、檢漏儀的原理圖。儀器由檢測器3，高頻脈沖發(fā)生器10，信號放大器5，自動跟蹤電路9，報警電路7以及采樣系統(tǒng)(包括采樣探頭1，凈化層2和抽氣泵4)組成。圖4 負(fù)電暈放電檢測器原理圖1探頭 2凈化層 3檢測器 4抽氣泵 5信號放大器 6指示儀表7報警電路 8電源 9自動跟蹤電路 l0高壓脈沖發(fā)生器抽氣泵4使氣體經(jīng)過凈化層2，(清除水分及灰塵)進入檢測器3中，檢測器在脈沖高壓作用下產(chǎn)生電暈連續(xù)放電效應(yīng)，當(dāng)氣體中帶有負(fù)電性氣體(如SF6、鹵素、氟鹵烴等)時，這些負(fù)電性氣體對檢測器中的電暈電場起到抑制作用。其氣體中的負(fù)電性越強，物質(zhì)濃度越高，則電暈效應(yīng)越受到抑制，電暈放電電流則會減少，這些隨負(fù)電性氣體濃度

26、而變化的電暈電流通過信號放大電路轉(zhuǎn)換成濃度指示值。同時，由已設(shè)定的報警電路7根據(jù)信號大小而發(fā)出濃度超限警告信號。3.2電子捕獲原理檢漏儀采用該技術(shù)的儀器由探頭和控制器組成。探頭包括有電子捕獲檢測器、檢測管、信號放大器和指示器、濃度報警器?？刂破靼ㄝd氣鋼瓶、氣體控制部件、信號控制系統(tǒng)及電源。當(dāng)載氣通過放射源時，射線的高能電子使載氣電離形成正離子與慢速電子，向極性相反的電極定向遷移形成基流。當(dāng)電負(fù)性氣體(如SF6)從探頭進入檢測器時，捕獲了檢測器中的慢速電子生成負(fù)離子，其負(fù)離子在電場中的運行速度比自由電子的低。待檢氣體負(fù)離子與載氣正離子復(fù)合成為中性化合物，被載氣帶出檢測室外，而使原有的基流減少。

27、該基流的減少量與被測氣體的濃度成一定數(shù)量的比例關(guān)系。這樣，通過信號放大器，將變化了的基流轉(zhuǎn)為濃度指示信號輸出，從而達(dá)到檢測氣體濃度的要求。該類檢測器對載氣(通常為氬、氮氣)的純度有特殊要求。3.3高頻電離原理檢漏儀圖5是高頻電離檢漏儀原理圖。儀器由探頭和泵體兩部分組成。探頭部分包括針閥2，氣體電離腔3，振蕩電路13，指示儀表6，報警信號器7。泵體部分包括抽氣泵 4，控制電源10，以及直流電源8組成。圖5 高頻電離檢測法原理圖1探嘴 2針閥 3電離腔 4抽氣泵 5信號放大器 6指示儀表 7報警信號器8直流電源 9交流電源 10控制電源 11泵體 12探頭 13振蕩電路儀器氣體電離腔3兩側(cè)的高頻電

28、場電極與高頻振蕩線圈組成高頻振蕩器的諧振回路和能量輸出回路。探頭的針閥2可以調(diào)節(jié)進氣量，使其與抽氣泵4的抽氣速率相配合，以便在氣體電離腔3內(nèi)保持一定的真空度，使被測氣體在較低能量的高頻電磁場作用下，具有足夠的電離度。由高頻線圈產(chǎn)生的高頻電場和磁場共同作用于電離腔內(nèi)的稀薄氣體，使之產(chǎn)生高頻無極電離現(xiàn)象。當(dāng)電離腔內(nèi)通過的空氣不含SF6或鹵素氣體時，腔體吸收高頻電場和磁場所給于的能量，致使諧振回路內(nèi)的功率因數(shù)值顯著下降，同時引起高頻振蕩器的振蕩幅值大大下降。然而當(dāng)空氣中含有SF6或鹵素等負(fù)電性氣體時，因為SF6及鹵素氣體是俘獲電子的氣體，可大量地俘獲在電離腔內(nèi)的自由電子，這樣電離腔中的電離度減弱，振

29、蕩器的振蕩幅值上升，上升的幅值與被測氣體的負(fù)電性氣體濃度成比例變化，從而通過信號放大器5將信號轉(zhuǎn)為濃度指示。3.4紫外電離檢漏儀圖6是紫外電離檢漏儀的原理圖。儀器是由檢測器(包括紫外燈2、光電面5、加速電極4等)、氣路系統(tǒng)(包括探頭、氣體凈化管6、抽氣泵7等)以及電子線路組成。圖6 紫外電離檢測器原理圖1氣體凈化管 2紫外燈 3石英窗 4加速電極 5光電面 6氣體凈化管 7抽氣泵8波形處理 9指示儀表 10直流增幅 11相位檢波 12振蕩線路 13電源 14紫外電源 15加速電壓 16信號放大器 17檢測器紫外檢測器中的紫外燈2以2 kHz振蕩頻率脈動，發(fā)射出1849×10-10m的

30、紫外線。紫外線通過網(wǎng)狀的加速電極4，直接照射在光電面5上，使光電面發(fā)放出自由光電子。在光電面與加速電極之間通過被測氣體，使被測氣體中的氧氣和SF6氣體吸附在這些光電子上。這些光電子在光電面和加速電極之間施加的電壓作用下，被電離為離子狀態(tài)，以各自的遷移速度向光電面移動。由于氧氣和SF6氣體的負(fù)電性不相同，對光電子俘獲能力不相同，則形成不同的遷移速度。利用這種速度差別形成的離子流的相位差，將相位改變的離子流檢測出來，就可檢出SF6氣體的存在及濃度。3.5 紅外吸收檢漏儀紅外吸收檢漏儀的主要組成部分包括：光源系統(tǒng)、氣體采樣泵、測試氣室、反射鏡、濾光片、探測器、放大器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如下圖7所示。圖

31、7 紅外光譜吸收檢漏儀的結(jié)構(gòu)組成儀器的工作原理為通過氣體采集泵將采集到的氣體引入到雙反射鏡氣室內(nèi),經(jīng)過紅外光源所放射出的紅外線透過氣體,針對SF6氣體的特定紅外波段經(jīng)過SF6氣體時會被吸引一部分,通過紅外探測器探測出紅外波段的變化，并將該變化值通過放大器后，輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進而顯示出SF6氣體的含量。3.6 光聲光譜檢漏儀整個檢測系統(tǒng)包括光聲檢測模塊、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、DSP 控制器、液晶顯示面板及其他外圍電路組成。其中，光聲檢測模塊包括紅外光源、濾光片、光聲腔、微音器、微型氣泵及激光功率計和調(diào)頻電源等?？傮w結(jié)構(gòu)見圖8。本檢測系統(tǒng)，既可當(dāng)作便攜式設(shè)備用于現(xiàn)場，也可作為在線式使用，實時

32、對SF6電力設(shè)備周圍環(huán)境中的SF6氣體濃度進行監(jiān)測， 并將數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程接口，實時傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器?；静僮魇牵洪_啟微型氣泵抽氣，當(dāng)混有SF6的空氣進入光聲腔后，開啟調(diào)頻電源，發(fā)射經(jīng)過電源直接調(diào)制的紅外光，通過中心波長為10.6 m 的濾光片進行過濾，然后射入到光聲腔中激發(fā)氣體產(chǎn)生聲波。不同濃度的SF6氣體所激發(fā)的聲波強度是不同的， 且二者之間具有很好的線性對應(yīng)關(guān)系。然后， 對微音器輸出的電信號進行差分放大和鎖相放大， 將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)采集卡，進而輸入DSP 控制器，并把對應(yīng)的濃度值換算后顯示到液晶顯示屏。此外，還可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的報警限值，當(dāng)SF6濃度超過一定值時，發(fā)出電聲聯(lián)合報警，同時該系

33、統(tǒng)還預(yù)留出控制接口，用于后續(xù)處理裝置（如通風(fēng)機的啟動等）的控制。圖8 光聲光譜檢漏儀組成結(jié)構(gòu)3.7 SF6氣體泄漏激光成像檢漏儀激光檢漏儀的主要部件包括：激光發(fā)射系統(tǒng)、激光接收系統(tǒng)、放大成像及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、視頻顯示記錄系統(tǒng)、蓄電池、三腳架等。具體如下圖9所示。圖9 激光檢漏儀結(jié)構(gòu)圖其中激光器是由IV級連續(xù)波CO2激光器組成，其輸出光是不可見的紅外激光線。光束通過一對高頻運轉(zhuǎn)的鏡片掃描，然后以IV級不可見激光射出窗口。激光束掃描速度非?？?。因此，整個激光檢漏儀攝像區(qū)域的激光等級基本均衡。當(dāng)激光檢漏儀檢測到SF6氣體的泄漏圖像時，通過放大成像及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，不可見的SF6氣體泄漏就可通過顯示及記錄

34、系統(tǒng)呈現(xiàn)出來，并將它記錄下來，方便進一步的處理分析。3.8 SF6氣體泄漏紅外成像檢漏儀SF6氣體泄漏紅外成像檢漏儀主要由以下幾部分組成：光學(xué)系統(tǒng): 接收目標(biāo)物體發(fā)出的紅外輻射并將其聚焦到紅外探測器上；紅外探測器：是SF6氣體泄漏紅外成像檢漏儀的核心部分。它感應(yīng)透過光學(xué)系統(tǒng)的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)變成電信號發(fā)送給信號處理器。由于紅外輻射是波長介于可見光與微波之間的電磁波，人眼察覺不到。要察覺這種輻射的存在并測量其強弱，必須把它轉(zhuǎn)變成可以察覺和測量的其他物理量。信號處理器：根據(jù)紅外探測器傳來信號的強弱，按照顏色或灰度等級，將其轉(zhuǎn)化成紅外熱圖像；顯示器： 顯示紅外熱圖像。信號處理器顯示器紅外探測器光學(xué)

35、系統(tǒng)圖10結(jié)構(gòu)圖與普通熱像儀相比，SF6氣體泄漏紅外成像檢漏儀專為SF6氣體檢測設(shè)計，其探測器工作波段更窄，通常在1011m之間，這樣在檢測的時候更具有針對性，以FLIR的GF306為例，如下圖所示。同時探測器多為制冷型探測器，熱靈敏度更高，能夠呈現(xiàn)更小的溫差，這樣更有利于SF6氣體的發(fā)現(xiàn)及成像。第一代的SF6氣體泄漏紅外成像檢漏儀，通常只能成像，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的SF6氣體泄漏紅外成像檢漏儀不僅能夠?qū)F6氣體的泄漏進行檢測，還由于其集成了測溫功能，這樣我們在進行氣體泄漏檢測的同時，還可對電力設(shè)備的熱故障進行定性定量分析。圖11 紅外熱像儀檢測波段針對以上8種技術(shù)分別各選取有代表性的常用

36、儀器，并將其主要的技術(shù)參數(shù)列于表4。表4 8種代表性檢漏儀的技術(shù)參數(shù)儀器型號技術(shù)類型測量范圍（ppmv）靈敏度（ppmv）響應(yīng)時間（s）恢復(fù)時間（s）工作溫度（）儀器重量（kg）TIF-1A負(fù)電暈/3瞬間1-10-520.56Q200電子捕捉0-18000.0112/13LDD2008負(fù)離子捕獲0-10000.10.50.50-5011.5LM2000-III紫外電離0.5-1000.5430-407.6HNP5000紅外吸收0.10.50.5-10-60/HNP5600光聲光譜0-15000.115/-40-803.5TG60激光成像0.040.0015毫升/秒/-30-605.6GasFi

37、nd IR-LW紅外成像0.03°C0.001毫升/秒/-15-402.1從表4中可以看出，每種儀器都有其各自的特點，如前所述，在實際應(yīng)用中應(yīng)該綜合考慮各方面的測試條件，以選用最合適的泄漏檢測儀器。第三節(jié) 泄漏檢測及診斷方法 一、檢測方法一般氣體泄漏檢測儀器應(yīng)用較為簡單，此處不做闡述，僅對紅外檢漏及成像儀的檢測作介紹。 (1)紅外檢漏儀1.首先將手持探槍上的接線端子接入主機上的接線端口，同時確保連接正確無誤。2.打開主機電源開關(guān)，系統(tǒng)初始化后進入預(yù)熱倒計時狀態(tài)。預(yù)熱完成后，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，等待啟動氣泵進行測量。3.按下手持探槍上的開關(guān)鍵，氣泵開始工作（當(dāng)氣泵處于工作狀態(tài)時按下開關(guān)鍵

38、，氣泵將停止工作），此時，主機和手持探槍顯示的數(shù)值為測量值。4.待測量值穩(wěn)定后，按下主機界面上的“存儲”按鈕進行保存。5.按下開關(guān)鍵，關(guān)閉氣泵，關(guān)閉主機電源開關(guān)，結(jié)束測量。注意事項：1.儀器在運輸過程或測試過程中防止碰撞擠壓及劇烈震動。2.儀表進行測量前需預(yù)熱，預(yù)熱完畢后方能啟動氣泵進入正常測量狀態(tài)，氣泵未啟動時，顯示數(shù)據(jù)為0，無法進行測量。3.在室外測量時，要在確保天氣無風(fēng)且干燥。4.在進行單點校準(zhǔn)和高點校準(zhǔn)前，一定要先進行低點校準(zhǔn)（即零點校準(zhǔn)）。在檢漏時要防止手持探槍的進氣孔接觸到水分或溶劑等物質(zhì)，否則將引起測量結(jié)果不正確甚至損壞傳感器。5.儀表要進行半年一次的定期校準(zhǔn)，以保證儀表的性能。

39、（2）激光成像檢漏1.確定檢測位置 觀察需檢測的設(shè)備，尋找易漏點,根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和初步估計的泄漏位置選擇合適的檢測點（泄漏點與成像儀之間無障礙物）固定三腳架和成像儀（成像儀的底部有一個三角架安裝孔。利用三角架安裝孔將成像儀固定在三角架上），或使用肩帶隨身攜帶（將肩帶卡到成像儀底座兩頭預(yù)留的卡座內(nèi)，將成像儀挎到肩部）。2.啟動成像儀檢查電源連接線是否正常，旋下鏡頭蓋，插上顯示屏，按下總電源按鍵，風(fēng)扇啟動，紅色指示激光啟動。顯示屏進入類似以下初始界面。通過操作鍵進入視頻錄制界面。3.調(diào)整成像效果正確的聚焦對成像儀成像應(yīng)用至關(guān)重要。正確的聚焦可確保激光能量能被恰當(dāng)?shù)貙?dǎo)向探測器的像元上。沒有正確的聚焦，

40、圖像就會模糊不清，測量數(shù)據(jù)也將不準(zhǔn)確。要準(zhǔn)確地捕獲泄漏圖像就需要準(zhǔn)確的焦距。打開激光電源，通過旋轉(zhuǎn)鏡頭上的焦距旋鈕，您會看到顯示屏上的圖像不斷發(fā)生實時變化。當(dāng)目標(biāo)到達(dá)焦點時，它就會顯得更清晰。每次移動焦點都會發(fā)生變化，要確認(rèn)焦距是否合適，可反復(fù)調(diào)節(jié)焦距旋鈕，直到顯示屏上的圖象清晰為止。通過增減激光的強度，調(diào)整激光發(fā)射角度，達(dá)到最佳的成像效果。4.檢測與成像錄制紅色激光為指示激光，僅用于輔助瞄準(zhǔn)，通過紅色激光引導(dǎo)成像儀正確定位，并可以準(zhǔn)確的找到漏點。當(dāng)找到漏點，并調(diào)到最佳錄制效果后，對檢測結(jié)果進行錄制。 5.關(guān)閉成像儀檢測完成后，先關(guān)閉激光電源，然后再關(guān)閉總電源和顯示屏。安全注意事項：1、為了避

41、免損傷眼睛，請勿將激光直接對準(zhǔn)眼睛或間接反射的表面上。2、未按照規(guī)定的方式使用控制、調(diào)節(jié)、性能或程序可能會導(dǎo)致受到有害的激光照射。3、為了避免灼傷危險，請勿將成像儀正對鏡面或拋光金屬使用。4、不要將設(shè)備直接對準(zhǔn)很高強度的光，例如太陽、激光器、電焊機等。5、不要在超出設(shè)備許可的工作溫度或儲存溫度環(huán)境中使用或存放儀器。7、不要將設(shè)備暴露在灰塵或潮濕的環(huán)境中。在有水的環(huán)境中使用時，應(yīng)避免水濺到儀器上。8、 在不使用儀器時應(yīng)蓋上鏡頭蓋，以防止污染。9、 當(dāng)不使用設(shè)備時，請將儀器和所有配件放置在專用包裝箱內(nèi)。（3）紅外成像檢漏1.開機將開機鍵調(diào)止相應(yīng)檔位，一般儀器檔位標(biāo)志不同的溫度測量范圍，儀器開機時間

42、約為4-5分鐘；2.均勻化校準(zhǔn)校準(zhǔn)時，儀器鏡頭蓋必須蓋好,均勻化校準(zhǔn)后可實現(xiàn)背景噪聲的抑制，提高靈敏度。3.打開鏡頭蓋，調(diào)節(jié)圖像焦距，調(diào)節(jié)明亮度和對比度，達(dá)到紅外圖像畫面清晰的狀態(tài)。4.如果泄漏量很微小，就需要用高靈敏度模式檢漏5.改變圖像色板顏色調(diào)節(jié)紅外視頻顏色：白熱/黑熱/鐵紅，通過換不同的色板模式更有利于發(fā)現(xiàn)氣體泄漏。注意事項如下：1.使用時，注意不要刮傷鏡頭；不使用儀器時應(yīng)蓋上鏡頭蓋，保護好鏡頭；2.沒有使用的時候，盡量避免在強烈太陽光下長時間暴曬；3.儀器使用的時候，盡量避免在強烈太陽光或者高溫?zé)嵩聪轮苯尤肷溏R頭，以免損壞探測器；4.電池充電完畢，應(yīng)該停止充電，如要延長充電時間，最好

43、不要超過30 分鐘，不能對電池進行長時間充電；5.儀器使用完畢，要記住關(guān)閉電源，取出電池，蓋好鏡頭蓋，把儀器放在便攜箱保存；6.如果鏡頭臟了，可用鏡頭紙輕輕擦拭。不要用水等清洗，也不要用手或紙巾直接擦。7.儀器長時間放置時，最好隔一段時間拿出來開機運行一段時間，以保持儀器性能穩(wěn)定。二、判斷標(biāo)準(zhǔn)對于泄漏檢測的判斷，需要區(qū)別交接試驗和運行試驗。在交接試驗中，GB/T 50150-2006電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)對密封性試驗有如下規(guī)定：SF6電氣設(shè)備定性檢漏時無泄漏點，有懷疑時再進行定量檢漏，年泄漏率應(yīng)小于1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。而對于運行設(shè)備而言，GB/T 8905-2012六氟化硫電氣設(shè)

44、備中氣體管理與檢測導(dǎo)則以及Q/GDW471-2010運行電氣設(shè)備中六氟化硫氣體質(zhì)量監(jiān)督與管理規(guī)定對日常監(jiān)控、診斷檢測以及大修后設(shè)備的密封性能要求其SF6氣體年泄漏率小于0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。對于成像等定性檢漏技術(shù)，如檢測中發(fā)現(xiàn)漏點就應(yīng)及時安排停電進行漏點的處理。第四節(jié) 典型SF6氣體泄漏案例分析案例1：激光成像檢漏案例1.案例經(jīng)過2014年2月8日，巡視中發(fā)現(xiàn)滄州供電分公司某220kV變電站備用220kV間隔II母線刀閘及220kV II母線氣室壓力偏低，當(dāng)日采用手持式SF6檢漏儀幾次檢測，始終未找到準(zhǔn)確的漏氣點，2月11日采用激光檢漏儀進行檢漏，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)備用220kV間隔II母線刀閘C相氣室

45、與II母線氣室連接的盆式絕緣子螺栓部位漏氣。2月20日，對220kV備用間隔II母線刀閘C相氣室進行解體，發(fā)現(xiàn)該部位密封式盆式絕緣子存在長120mm的貫穿性裂紋，現(xiàn)場進行了更換，缺陷消除。2.檢測分析方法2014年2月11日上午，技術(shù)人員在220kV徐莊站使用HX-1型SF6泄漏激光成像儀進行檢測，發(fā)現(xiàn)220kV間隔II母線刀閘C相氣室與II母線氣室連接的盆式絕緣子螺栓部位漏氣，氣體泄露伴隨著風(fēng)力斷斷續(xù)續(xù)的飄出，呈現(xiàn)煙狀飄散影像。試驗人員選擇合適的位置、成像角度和背景進行了拍攝，如圖1-1所示。紅色圈所示有煙狀物，視頻中為動態(tài)顯示，更為明顯。 圖1-1 氣體泄露圖像圖1-2 現(xiàn)場測試照片漏氣部

46、位圖1-3 漏氣部位漏氣點 圖1-4 漏氣點2014年2月20日，對220kV備用間隔II母線刀閘C相氣室進行解體，發(fā)現(xiàn)該部位密封式盆式絕緣子存在長120mm的貫穿性裂紋，圖5所示，裂紋已穿越密封墊?，F(xiàn)場對該密封式盆式絕緣子進行了更換。裂紋終點裂紋起點圖1-5 缺陷部位為準(zhǔn)確判斷盆式絕緣子開裂的原因，將該缺陷盆式絕緣子返廠進行X光照射、冰凍等試驗。檢驗發(fā)現(xiàn)，本次漏氣位置盆式絕緣子安裝孔為光孔（非螺紋孔），防雨帽拆解圖見圖1-6。由于廠家設(shè)計原因，該位置加裝有刀閘操作機構(gòu)安裝板，機構(gòu)安裝板與殼體法蘭配合不緊（安裝板與殼體法蘭表面粗糙度要求較低），法蘭及盆式絕緣子安裝孔內(nèi)易滲水，如圖1-7所示。法

47、蘭下部螺栓同步配有防雨帽，安裝孔內(nèi)進水后無法排出，冬季孔內(nèi)積水結(jié)冰膨脹，造成絕緣子運行過程中裂紋漏氣?，F(xiàn)場對相同結(jié)構(gòu)的其他間隔進行了檢查，發(fā)現(xiàn)有兩個螺栓處進水（見圖1-8），隨即對該站GIS所有底部光孔螺栓防雨帽內(nèi)防水墊進行去除。 防雨帽內(nèi)有防水膠圈 圖1-6 防雨帽拆解圖 機構(gòu)安裝板和法蘭之間有縫隙 圖1-7 盆式絕緣子安裝結(jié)構(gòu)圖 圖1-8 螺孔存水 2月23日完成微水測試、包扎檢漏以及耐壓試驗，并恢復(fù)送電。消缺后國網(wǎng)河北省電力公司認(rèn)真總結(jié)缺陷發(fā)生原因，對河北南網(wǎng)在運西開公司252kV戶外GIS進行排查，去除盆式絕緣子光孔下部防雨帽，并對該螺栓按工藝83.5NM力矩進行緊固。沿機構(gòu)安裝板或殼體跨接連片與殼體結(jié)合面涂覆防水膠。對盆式絕緣子螺紋孔進行抽查，每站不少于5條，若發(fā)現(xiàn)有進水現(xiàn)象或痕跡，對所有螺栓進行檢查處理，目前已經(jīng)完成整改。同時制定反事故措施，今后對于戶外安裝GIS，若盆式絕緣子采用防雨帽結(jié)構(gòu)，必須對機構(gòu)連板、接地跨接線等部位采取廠內(nèi)打膠等防水措施。3.經(jīng)驗體會（1）設(shè)備SF6氣體泄漏往往存在突發(fā)性和間歇性，設(shè)備缺陷檢測過程中，宜多角度