摘要： 本文介绍了两种光学成像检测技术，即激光成像检测技术和红外成像检测技术。该技术可以在设备不停电情况下检测设备中SF 6 泄漏状况，检测结果非常准确和直观，为泄漏源的快速定位提供了一种有效方法。相对于传统的检测技术来说，光学成像技术在SF 6 气体泄漏检测方面，是一个比较大的突破。

1 引言

SF 6 是一种无色无味无毒的惰性气体，密度是空气的 5 倍，具有优异的绝缘、灭弧特性； SF 6 电力设备在电力系统使用越来越普遍。

SF 6 电力设备最担心的就是 SF 6 气体泄漏， SF 6 气体泄漏会有两个方面危险：一是设备压力降低 , 降低绝缘能力；二是空气中水分会从漏点处进入设备中，导致设备微水成分增多、设备绝缘性能下降，引发事故；三是 SF 6 气体属于一种温室气体，它的暖化系数 (GWP) 约为 CO 2 的 24000 倍，发生 SF 6 泄漏会污染和破坏大气环境，增加温室效应 [1] 。

2、SF6检漏现状

SF 6 设备的大量使用，运行时不可避免地会发生气体泄漏。主要原因有铸件有沙眼、焊接处有裂纹、密封圈老会、密封工艺处理不当、密度继电器存在质量问题等等。 SF 6 发生泄漏无法用肉眼直接观察到，通常检漏方法有：包扎法、刷肥皂泡法、挂瓶法等。 这些办法虽然简单但是存在明显的局限性，如：对于疑似带电部位的漏点需要将高压设备停电作业方能进行检测；检测灵敏度低使得许多细小漏点难以检出；难以准确定位漏点、工作量大等；受周围环境因素影响较大等。

今年来，国内外提出了 SF 6 气体泄漏光学成像检测技术，可以在不停电情况下实时发现设备中 SF 6 泄漏状况，检测结果非常准确和直观。该技术克服常规检漏方法的缺点，能够从远处检测 SF 6 气体泄漏，且能看到泄漏气体的清晰图像，为检测人员提供了一种快速识别泄漏源的技术 [2] 。

3、光学成像检测技术

SF 6 气体泄漏的光学成像检测技术利用 SF 6 气体强红外吸收特性，当红外光穿过 SF 6 气体云雾时，红外光被 SF 6 气体吸收，强度减弱，探测器感知这一变化并将红外光转换为电子信号，先进的图像处理技术将信号转换为视频图像。目前，根据红外光的来源分为两种，一种是主动式的激光成像检测技术，另一种是被动式的红外成像检测技术。

3.1激光成像检测技术

激光成像检测技术使用了一个全新的概念——反向散射 / 吸收气体成像技术。该技术是设计用于定位泄漏或跟踪气体云雾为主要目的激光远程检测技术，只需要一种波长，它本身是一种定性的三维气体成像图 , 能通过其成像的外观有效地提供 SF 6 气体浓度的分布，使正常不可见气体泄漏在视频显示中可视化 [3] 。

激光成像检测技术的基本原理如图 1 所示。激光发射器向被测区域发射激光，其中一部分激光被反射或反向散射回到检测系统。在没有 SF 6 泄漏的情况下，所产生的背景面图像与使用普通摄像机时反向散射阳光产生的图像相同，如图 (a) 所示。然而，在有泄漏气体出现的情况下，返回到检测系统的激光强度由于经过 SF 6 气体的吸收，激光强度将会减弱（如图 (b) 所示），泄漏气体出现区域的视频图像将产生对比变化，产生烟雾状阴影，使通常看不见的 SF 6 气体泄漏在激光成像取景器上变得清晰可见。气体浓度越大，吸收强度就越大，烟雾状阴影越明显。在这种方式下，非可见的 SF 6 气体将在视频中可见，其泄漏源和移动方向就可以确定，从而使检测人员站在地面即能快速、准确定位 SF6 泄漏源。

3.2红外成像检测技术

自然界中一切温度高于绝对零度（ -273 ℃ ）的物体，每时每刻都辐射出红外线， 因此大气中存在一定强度的红外辐射，同时这些红外辐射在气体中传播时由于气体分子对辐射的吸收、散射而衰减，因此可以利用气体对某一特定波段的吸收来实现对该气体的检测。 SF 6 气体对红外辐射吸收极强，空气对红外辐射吸收较弱。红外成像就是利用 SF 6 气体和空气对红外辐射吸收性能的差异，两者形成红外影像不同的特性，使通常看不见的 SF 6 气体泄漏，在红外探测器及先进的红外探测技术的帮助下形成可见的影像。其原理图如图 2 所示，从图中可以看出，红外辐射经过 SF 6 云雾之后辐射强度明显降低。

3.3 两种检漏技术比较

虽然两种成像技术都是利用 SF 6 气体的红外吸收特性，但也存在诸多区别，主要体现在几个方面：如表 1 所示

表1 两种成像检测技术对比

从表 1 可以看出，红外成像检测技术在检测条件、灵敏度等参数方面比激光成像检测技术更加优越，具有较好的性能，更高的检测效果。目前国内厂家已经掌握激光成像检测技术，并能提供相应的产品，而红外成像检测的技术难度更大，探测器灵敏度高，目前国内在探测器技术、红外探测技术、图像处理技术等方面还达不到国际水平，红外检漏仪主要依赖进口，因此价格昂贵。

4现场实际应用

针对一些在运行中发生 SF 6   气体压力下降、补气频繁的断路器及 GIS 设备 , 先后利用激光成像检漏仪和红外成像检漏仪进行检测，成功地检测出 SF 6   泄漏点。

（1）案例1

某 220kV 变电站 110kV 一台断路器运行后出现压力降低情况，每半年需要补充一次气体，采用检漏仪在周围多处测到有 SF 6 气体，但是始终无法确定具体漏点，主要原因是周围的风吹散 SF 6 气体，影响检漏仪的判断力，始终没有找到真正漏气部位。检修人员利用激光成像检漏仪进行检测，快速地发现断路器充气阀处有明显集中的 SF6 气流。拍摄的图像如图 3 所示。

（2）案例2

某 220kV 变电站 220kV 主变间隔 25B 断路器 B 相运行后压力降低，漏气并不严重，常规检漏方法无法找到漏气部位，只能补气后带缺陷运行。随后利用红外成像检漏仪进行检测，发现 SF6 泄漏部位为断路器密度继电器。拍摄的红外图像如图 3 所示。

（3）案例3

某 110kV 变电站一台 110kV 断路器出现 SF6 气体泄漏，一年补一次气，由于停电困难，只能采用常规检漏方法在断路器不带电的管路部位进行检漏，未曾检出漏点。判断漏点极有可能存在于带电部位，因此只能依靠补气维持运行，等待停电机会进行检漏。曾经利用激光成像检漏仪进行检测也没找到泄漏点，最后利用红外成像检漏发现在该断路器顶部法兰盘处有极细 SF6 气体渗出，从红外图像上看属于间歇性泄漏，顶部法兰盘处于天空背景，激光成像检漏难以检出。

从两种检测技术的图像比较及实测效果可以看出，激光成像的图像清晰度、分辨率、对比度低，图像暗淡，在泄漏量比较小的情况下难以找出泄漏点；而红外成像的图像清晰度高、分辨率、对比度高，成像效果好，受环境影响很小，因此泄漏点检出率几乎达到 100% 。

5 结论

（ 1 ）利用光学成像检测技术进行 SF6 气体泄漏检测可以远距离对泄漏点进行带电检测，设备无需停电，减少停电次数。

（ 2 ）光学成像检测技术检测灵敏度高，成像效果好，体积小，能够快速准确地找到的泄漏点，特别适用于 GIS 、 HGIS 这种结构复杂，面积大，空间狭小的设备检漏。

（ 3 ）光学成像检测技术能够将 SF6 泄漏情况在显示屏上动态显示出来，简单快速地发现泄漏点，定位准确，降低查找难度，提高检测效率。

（ 4 ）光学成像检测技术能够及时有效地发现 SF6 气体泄漏并予以消除 , 减少 SF6 气体泄漏，减轻对大气层的破坏 , 对环保极为有利。

参考文献：

[1] 耿江海，高树国，孙爱东等． SF 6 气体泄露的激光成像检测技术 [J] ．激光与红外， 2008,38(8) ： 766-767

[2] 吴变桃，肖登明，尹毅． GIS 中 S F 6 气体泄露光学检测新技术 [J] ．高压电器， 2005 ， 4(2) ： 116 — 118

[3] 田勇，阎春生，孙利时．利用激光成像技术定位检测 S F 6 设备气体泄露 [J] ．东北电力技术， 2005 ， 12 ： 35 — 37

作者简介：

林智敏（ 1982 —），男，硕士，工程师，主要从事变电设备运行维护与管理工作。