气体绝缘金属封闭式组合电器（GIS）因其可靠性高、占地面积小等优势被广泛应用于各等级电网中^[1]。SF₆是一种无毒、无色、无味，化学性能极其稳定的气体，作为GIS设备的绝缘和灭弧介质，如果设备出现密封性缺陷，可能会由于内外压差产生SF₆的泄漏，直接威胁主设备内部的绝缘性能^[2]。为保证GIS设备安全稳定运行，需定期对GIS设备密封性能进行有效的泄漏检测^[3]。

GIS设备结构复杂，且受安装工艺、运行环境等因素影响，SF₆泄漏缺陷可发生于GIS设备不同位置，且家族性缺陷效应明显。本文提出采用红外成像法泄漏检测技术，对10座110 kV及以上变电站进行GIS泄漏检测，并针对缺陷的不同程度和位置，采用红外热成像模式、黑白模式及HSM（高灵敏度）模式进行比对分析，选取典型缺陷，提出相应处理意见，供GIS设备运维及故障诊断借鉴。

红外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。SF₆气体对红外光线有强烈的吸收作用，在10.6 μm波段红外吸收性最强（见图 1）^[4-5]。检测时SF₆气体进入到检测设备的红外能量会急剧减弱，在设备上显示为黑色烟，且气体浓度发生变化，黑度也相应发生变化。因此该方法可以快速准确的确定SF₆泄漏源^[6-7]。

图 1(Figure 1)

图 1 SF6光谱透过率曲线图

为精确分析GIS设备不同位置的泄漏原因和泄漏规律，利用GF306型红外检漏仪对10座110 kV及以上变电站GIS设备进行大规模的SF₆泄漏检测排查，共拍摄红外检测图像1134张，发现泄漏缺陷为52处。

对某220 kV变电站110 kV侧断路器气室SF₆压力表连接底座位置进行测试，发现SF₆气体泄漏。由于该GIS在室内，红外反差较小，需采用高灵敏度的HSM模式进行检测。从红外图像（图 2）可以看出泄漏点附近有微量SF₆飘动，呈黑色浓烟状。图 3为泄漏点可见光图像，压力表显示压力值为0.42 MPa，低于额定压力值（0.45 MPa），泄漏明显。初步判断为压力表内部密封圈老化变形导致SF₆泄漏。

图 2(Figure 2)

图 2 气室压力表连接底座位置红外图像

图 3(Figure 3)

图 3 气室压力表连接底座位置可见光图像（HSM模式）

该类泄漏缺陷位于避雷器罐体与气路管道连接阀位置，气体泄漏量较大，从红外图像（图 4）上可以看出泄漏点飘出大量黑色浓烟，气路管道连接阀可见光图像见图 5。经分析判断为连接阀紧固不实或内部密封垫老化变形导致SF₆泄漏。经查验，该类蛇皮气路管道位置发生泄漏较多，为家族性缺陷。

图 4(Figure 4)

图 4 气路管道连接阀红外图像（HSM模式）

图 5(Figure 5)

图 5 气路管道连接阀可见光图像

测试位置为某断路器气室顶部法兰盘接触面及焊缝。泄漏点位于设备顶部，且泄漏量较大，采用红外模式和HSM模式均可清晰检测泄漏位置。图 6所示的红外检测图像显示刀闸顶部法兰盘接触面有黑色浓烟飘出，现场检查可看出法兰盘接触面存在严重锈蚀，罐体顶部法兰盘可见光图像见图 7。检测发现，此型号GIS设备锈蚀情况普遍严重。

图 6(Figure 6)

图 6 罐体顶部法兰盘红外图像（HSM模式）

图 7(Figure 7)

图 7 罐体顶部法兰盘可见光图像

测试位置为开关罐体顶部法兰盘螺栓处。该泄漏点位于设备顶部，检测发现顶部法兰盘有多处泄漏点，气室压力值明显低于额定压力，且该气室近期存在补气记录，采用红外模式和HSM模式均可以看出螺栓缝隙有大量SF₆泄漏，罐体顶部法兰盘螺栓位置红外图像见图 8，可见光图像见图 9。初步判断为螺丝紧固力矩不满足要求导致泄漏。

图 8(Figure 8)

图 8 罐体顶部法兰盘螺栓位置红外图像

图 9(Figure 9)

图 9 罐体顶部法兰盘螺栓位置可见光图像

测试位置为某断路器气室侧面罐体。泄漏点为设备表面砂眼，气室压力正常，设备背景与泄漏位置相同，通过红外和黑白模式较难发现缺陷，通过调高HSM灵敏度方可检测到轻微泄漏痕迹。图 10所示的罐体砂眼处存在轻微的SF₆泄漏现象，可见光图像（图 11）未发现明显异常。经查验，类似罐体砂眼类缺陷泄漏程度普遍轻微，且存在间歇性泄漏现象，较难发现泄漏点，需多角度、重复检测。

图 10(Figure 10)

图 10 罐体侧面砂眼红外图像（HSM模式）

图 11(Figure 11)

图 11 罐体侧面砂眼可见光图像

测试位置为某母线伸缩节处。发生缺陷气室近期有补气记录，且气室压力值低于额定值，需有针对性地进行排查。检测中发现缺陷处锈蚀严重，因此采用不同模式进行多角度检测，均发现泄漏现象。图 12所示的母线伸缩节缝隙处存在较严重的SF₆泄漏，可见光图像（图 13）显示缝隙处锈蚀明显。现场查验压力表压力低于额定值，且近期补气频繁，初步判断为锈蚀导致内部密封垫老化变形。

图 12(Figure 12)

图 12 母线伸缩节位置红外图像（HSM模式）

图 13(Figure 13)

图 13 母线伸缩节位置可见光图像

对10座变电站52处泄漏缺陷按泄漏位置进行分类，不同位置泄漏缺陷统计如表 1所示。由表 1可知，52处泄漏缺陷中，占比最大的为压力表连接阀、气路管道处缺陷，其次为法兰盘接触面、罐体焊缝处缺陷、法兰盘螺栓处和罐体表面砂眼缺陷，占比最小的为母线伸缩节接缝处缺陷。

表 1(Table 1)

表 1 不同位置泄漏缺陷统计

表 1 不同位置泄漏缺陷统计

（1）对于法兰盘接缝、母线伸缩节接缝等位置的泄漏缺陷，涉及的泄漏面积一般较大，本次检测中也发现该类缺陷泄漏情况较严重，建议停电后进行解体检修。

（2）罐体砂眼处缺陷相对影响较小，一般为间歇性泄漏，在不停电工况下，可采用软金属填塞法进行砂眼填塞，以减小漏气量。

（3）对于缺陷数量最多的压力表连接阀、螺栓位置的泄漏缺陷，由于密封面较小，不停电处理时，可采用硅橡胶密封胶进行密封。操作时，通过对密封面仔细打磨，在密封面上均匀涂抹硅橡胶密封胶，将螺丝拧至厂家规定的紧固力矩，并在密封面外层均匀涂抹质量良好的防水胶，防止水汽进入密封面^[8-10]。

案例1中，运维人员通过采用上述方法进行不停电密封处理，静置12 h后，对相同位置进行检测，采取措施后压力表连接底座红外图像如图 14所示。由红外图像中未发现泄漏现象，说明泄漏缺陷已消除。

图 14(Figure 14)

图 14 采取措施后压力表连接底座红外图像

本文采用红外成像法对不同电压等级、不同运行环境下的GIS设备进行SF₆红外泄漏检测。检测中发现采用HSM模式得到的检测图像最为清晰，对于泄漏程度不同的图像，通过调整灵敏度均可以较好地检测缺陷图谱。同时对不同类型缺陷提出并采用相应处理意见，效果良好，可供同类缺陷检测及处理借鉴。