应用激光成像技术检测GIS设备SF6气体泄露

应用激光成像技术检测GIS设备SF6气体泄露

摘 要 GIS是电力系统应用广泛的电气设备。本文针对传统的GIS设备SF6气体泄露检测方法所存在的不足，介绍了应用激光成像技术检测SF6泄露的新方法。应用激光成像技术检测SF6气体泄露具有不需将GIS设备停运，可实现远距离精确定位泄露点，以及高精度、非接触的显著优点。

关键词 GIS；激光成像；SF6；检测

0 引言

GIS（Gas Insulated Switchgear）是气体绝缘金属封闭开关设备的简称。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，也称SF6全封闭组合电器。与传统的敞开式电气设备相比，GIS具有小型化、可靠性高、安全性高、安装周期短、维护方便等显著优点。

1 对GIS设备SF6气体进行泄露检测的意义

SF6气体具有极其优异的电气性能，其灭弧能力约为空气的100倍，目前在高电压和超高电压乃至1000kV特高压中的广泛应用。

SF6气体是一种无色、无味、无毒、密度比空气重的惰性气体，在常温常压下化学性质稳定。但是SF6气体泄露所造成的危害也是十分巨大的，综合起来主要有以下几个方面：

1）GIS开断时产生会电弧，经过电弧放电加热后的SF6气体会分解出SF4、SOF2、SF2、SO2F2、HF等有毒物质，这些有毒物质一旦泄露进入大气，将会严重损害人体健康；

2）GIS设备中的SF6气体泄露将直接引起SF6气体密度降低，造成电气设备绝缘耐压强度降低，严重时会导致断路器闭锁，GIS绝缘击穿，继而进一步引发重大事故；

3）SF6气体泄露后对环境有害，SF6是一种典型的温室效应气体，一旦泄露将对大气环境造成危害。据权威部门测定，SF6对大气环境的影响是CO2的23900倍。因此，SF6气体被列为需全球管制使用的6种气体之一。

虽然GIS设备良好的封闭性能够保证其尽可能少的发生泄露事故。但是，据资料统计全球范围内仍有大量GIS设备出现过因SF6气体泄露所导致的绝缘强度降低问题。为此，电力部门在相关规程中规定，应对GIS设备SF6气体密度进行定期检测，防止SF6气体泄露，以保证电力工业生产安全，提高电气设备运行可靠性。

2 目前所采用的SF6气体泄露检测方法

目前，国内所采用的SF6气体泄露的检测方法主要有下列几种：

1）在GIS气室中加装气体阀门、气体压力表或气体密度计等器件，这也是最传统的SF6气体泄露检测方法；

2）在GIS气室中加装气体密度继电器。当GIS设备发生严重的SF6气体泄露时，气室内部压力降低，引发密度继电器动作报警；

3）运用负电晕放电型或紫外线电离型SF6气体检漏仪进行检测，是一种非接触式检测方法。

上述三种方法都可以检测出在GIS设备中是否存在SF6气体泄露。但是，由于GIS设备本身的气体密封部件很多，而且为了满足设计要求，大量部件排列紧凑，限制了许多检测方法的使用，使得SF6泄露的工作增加了很大难度，以上几种方法均难以准确而有效率地对定位SF6气体泄露点。

本文所介绍的激光成像技术一种是专门为查找SF6气体泄露而开发设计的新的检测方法，可以实现非接触式检测，非常适合用于在线检测GIS设备SF6气体泄露，并可以准确定位SF6泄露点。

3 应用激光成像技术检测SF6气体泄露的原理及特点

SF6气体是一种稳定的温室效应气体，在SF6分子中，氟原子浓密地围绕在其分子表面，使SF6呈现出极强的电负性，具有极强的吸附自由电子的能力，因此可以吸收激光波长。应用激光成像技术检测SF6气体泄露就是利用了SF6吸收激光波长的特性。

图1为运用激光摄影机检测SF6气体泄露的原理。由于SF6气体可以吸收激光波长，入射激光从激光摄影机发出后，经过GIS设备所处环境的背景反射，会形成反向激光反射回激光摄影机形成激光成像，判断SF6气体是否发生泄露就在这一过程中得以实现。如果GIS设备发生泄露，入射激光将遇到暴露在空气中的SF6气体，SF6气体将会吸收一部分入射激光能量，从而导致其反向激光与未发生泄露情况下的反射激光具有明显差异，从而造成最终的激光成像具有差异，由此就可以检测出是否发生SF6气体泄露。

激光成像技术在SF6气体泄露检测工作中引入了一个全新的概念―“入射吸收+反向散射技术”这样。该项技术是专门设计用于定性分析并定位气体泄露的一项激光远程检测技术。其通过激光的射入和反射最终形成一种可定性分析的气体成像图，继而根据不同的成像图分析出各种情况下的SF6气体浓度，再通过视频显示使不可见的气体SF6在视频显示中变为可见，使检测人员可以通过检测显示器中的SF6气体图像判断是否发生SF6气体泄露。在具体的工程应用中，

还可以采用激光摄影机产生实时数字信号，再通过视频信号线输出，在标准显示器上显示SF6气体图象并将其信息实时记录。图2为实际应用激光摄影机检测SF6气体泄露的场景。

应用激光成像技术对GIS设备进行SF6气体泄露检测具有以下特点：

1）无需将GIS设备停运，可进行实时检测；

2）可实现非接触、远距离检测，最远检测距离可达15m～30m；

3）具有很高的检测精度，可检测出泄露率极低的SF6气体，并能够迅速准确地对泄露点进行定位。

4应用激光成像技术检测SF6气体泄露的实例

2011年8月，北京室电力公司组织相关部门应用激光成像技术对辖区内3个220kV变电站的室内、室外GIS设备进行了SF6泄露检测工作。结果证明，采用该技术检测SF6泄露的具有极高的效率，所有怀疑发生SF6气体泄露的GIS设备都得到了确认，并准确定位了泄露点。其中某些发生泄露的设备是无法采用传统的方法进行检测的，如有的泄露点只是金属沙眼，而不是密封部位；有的泄露点是间歇性漏气，时间间隔在几十秒甚至更长时间，只有利用激光成像技术进行较长时间的检测才能准确发现泄露点。

5 结论

应用激光成像技术检测GIS设备SF6气体泄露最大的优势在于可以随时对有泄露嫌疑的GIS设备进行检测，检测时GIS设备无需停运，并且可以快速而准确地定位泄露点。当然，当前应用激光成像技术检测SF6气体泄露的研究工作才刚刚起步，还需要不断地积累实际运用经验，并广泛地开展更为深入的研究，使这项技术的应用范围不断扩大，才能在电气设备状态监测与故障诊断这一领域中发挥更大的作用和效益。

参考文献

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