GIS用环氧浇注绝缘件X射线检测应用研究.pdf

2023.05 设备监理34检验与技术I n s p e c t i o n a n d T e c h n o l o g yGIS 用环氧浇注绝缘件 X 射线检测应用研究 袁志兵 方良宏 孙荣春 李保朋 王光明（正泰电气股份有限公司 上海 201614）摘 要：环氧浇注绝缘件是 GIS 的关键部件。针对 GIS 用环氧浇注绝缘件无损检测应用，分析了 X 射线对盆式绝缘子、绝缘拉杆、绝缘台等不同类型绝缘件的检测方法影响，对 X 射线检测时发现的典型故障缺陷进行总结分析，并且根据 X 射线检测应用中发现的不足提出需要改进之处，得出了 X 射线检测可提高环氧浇注绝缘件质量，提高 GIS 运行可靠性。关键词：绝缘浇注 X 射线 无损检测Research on the Application of X-Ray Testing for Epoxy Cast Insulation Parts Used in GISYuan Zhibing Fang Lianghong Sun Rongchun Li Baopeng Wang Guangming(Chint Electric Co.,Ltd.Shanghai 201614)Abstract Epoxy cast insulation components are key components of GIS.In response to the non-destructive testing application of epoxy cast insulation components in GIS,the impact of X-ray on different types of insulation components such as pot insulators,insulation rods,and insulation platforms was analyzed.Typical fault defects that occurred during X-ray testing were summarized and analyzed.Based on the shortcomings found in X-ray testing applications,areas for improvement were proposed.It has been concluded that X-ray testing can improve the quality of epoxy cast insulation components and ensure the reliability of GIS operation.Keywords Insulation pouring X-ray Non-destructive testing中图分类号：TB497 文献标志码：B文章编号：2095-2465(2023)10-0034-04 DOI:10.19919/j.issn.2095-2465.2023.10.009作者简介：袁志兵（1979 )，男，硕士，高级工程师，从事高压电器技术管理和工程应用工作。通讯作者：王光明，E-mail:yx_。（收稿日期：2023-09-01）环氧浇注绝缘件作为气体绝缘金属封闭组合电器即 GIS 设备关键零部件，其生产过程中对力学性能、电性能要求严格，由于其既受到原料性能影响，还需要检测浇注过程中温度、真空度、时间等工艺参数影响，同时所用环氧树脂、填料、固化剂配比也必须严格按工艺要求添加，方可得到外观、水压、力学性能达到图纸设计值，工频耐压、局部放电量、雷电冲击等电性能合格的环氧浇注绝缘件。GIS 设备内充 SF6气体作为绝缘和灭弧介质，是电力系统的重要组成部分，GIS 设备主要包括母线、断路器、PT/CT（电压/电流互感器）、避雷器等子设备，各种设备单元依靠盆式或盘式绝缘子进行隔离，形成独立单元可以单独包装，利于运输。其中断路器使用绝缘拉杆分断、切断 GIS 故障电流，避免短路电流给电力系统稳定造成威胁，甚至造成人员伤亡1。GIS 用绝缘浇注件检测控制，是每个生产厂家的基本要求，如何高效率发现浇注绝缘件的缺陷，并及时将故障绝缘件自生产流程中发现并剔除，避免后工序对不合格绝缘件进行清理电性能检测，造成无效率生产，本文对 X 射线在环氧浇注绝缘件的检测应用，开展了相关分析研究2-3。PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.0535检验与技术I n s p e c t i o n a n d T e c h n o l o g y1 X 射线应用简介在电磁辐射频谱中，波长在 0.01 25 nm 范围的为 X 射线，具有很强的穿透力，除在医学上应用广泛，在工业上 X 射线做无损探伤应用，如航天、压力容器、军工、航空等行业的关键设备，需要通过 X 射线检测和其他检测手段，形成综合的无损检测方案。X 射线智能检测技术是原子真空物理学、微电子、电磁学、电子光学、热力学、材料学等学科交叉与融合而构成的综合型高新技术，是诸多高新技术产业装备发展的关键技术，X 射线可激发荧光、电离气体、感光胶片等，故 X 射线可用于电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。X 射线的应用中如不注意将会引起人身伤害。由于 X 射线是看不见、感觉不到的射线，如果人处于 X射线射束中时，也不会马上有感觉。常处于 X 射线机周边的操作者，其健康会受到持久性的伤害，同时还需要注意，除了直接受到 X 射线束能的伤害，也同样受到散射的 X 射线的伤害，操作 X 射线设备人员必须定期进行健康体检。X 射线因其波长短、能量大，照射在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，对感光板形成不同能量照射，X 射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。X 射线的穿透力也与物质密度有关，利用不同物质差别吸收这种性质可以把不同的物质区分开来，从而检测和发现环氧浇注绝缘件的内部缺陷，包括气孔、微裂纹、金属颗粒、金属丝线以及非金属杂质等，排除含有上述问题的零部件，确保环氧浇注绝缘件质量。X 射线成像技术可用于检查环氧浇注绝缘件生产中各种内部嵌件的尺寸、形状和结构特征。通过与标准图样进行比较，可以及时发现浇注件内部嵌件工艺处理的偏差和不符合图纸要求的情况，比如中心导体及嵌件表面的导电橡胶涂敷是否均匀，有无局部橡胶颗粒突起，导电胶涂敷时刷子脱落刷毛是否及时处理等，从而进行调整和改进。X 射线衍射技术可以用于分析材料的结晶结构、晶体学参数等，这对于了解材料的性质、特性以及优化工艺和性能等具有重要意义，在对于浇注后绝缘拉杆进行探测处理时，还可以对重要的绝缘拉杆两端金属嵌件进行探测分析，判断金属嵌件材料是否存在缺陷，进而引起绝缘拉杆力学性能降低4-5。总之，X 射线在工业领域中的应用非常广泛，无论铸件、焊接件、汽车零部件还是食品药品包装，都离不开 X 射线检测系统。现今，又增加了其在高压开关行业中环氧浇注绝缘件的检测应用，通过利用 X 射线技术，可以实现无损检测、质量控制、材料分析等多种目的，从而提高生产效率和环氧浇注绝缘件质量。同时，其技术进一步发展的 X 射线数字射线成像、工业计算机断层扫描是工业无损检测领域的更先进技术设备，在可预见的未来，随着我国产业的转型升级，X 射线检测必将运用到更广阔的领域中6-7。2 X 射线检测在环氧浇注绝缘件生产中的应用2.1 X 射线检测设备X 射线检测设备型号为 XYD-225，检测精度 D9，屏 蔽 铅 房 尺 寸 为 2 000 mm2 000 mm2 200 mm，视检测零部件特定形状及厚度，调整检测时 X 射线管电压、管电流、焦点尺寸等参数，即可对环氧浇注绝缘件进行无损检测，得到清晰的 X 射线图片。检测物件规格为800 mm，高度为 300 500 mm。具体设备见图1。图 1 X 射线检测设备2023.05 设备监理36检验与技术I n s p e c t i o n a n d T e c h n o l o g y2.2 在环氧浇注盆式或盘式绝缘子生产中的检测应用 在环氧浇注绝缘子特定种类中，绝缘子包含了内屏蔽环，如果工艺过程中未能严格按工艺要求执行时，如随炉冷却工艺，其内部可能产生微小裂纹（见图2），引起局部放电量超标。因此 X 射线检测中，发现此类缺陷，将该产品判断为不合格产品，进行标识后，不再进入之后的生产工序，以免浪费人力、设备、能源等资源8-9。X 射线检测应用中，实际发现的环氧浇注绝缘子缺陷图片见图 2、图 3。图 2 绝缘子内屏蔽端头开裂图 3 绝缘子内部波纹缺陷2.3 在环氧浇注绝缘拉杆生产中的检测应用检测环氧浇注绝缘拉杆时，首先将绝缘拉杆按一定顺序摆放于工作台面，进入 X 射线检测铅房，调整X 射线设备管电压、管电流、焦点尺寸等参数，对其两端嵌件部分以及中间部分进行拍照留存电子影像数据，之后对图像进行放大旋转等目视判断，无明显缺陷后，合格件贴上合格标签，进入电性能检测工序等，保证绝缘拉杆符合图纸要求。X 射线检测应用中，环氧浇注绝缘拉杆检测时，摆放见图 4，X 射线图见图 5。图 4 绝缘拉杆摆放图图 5 绝缘拉杆 X 射线图2.4 在环氧浇注绝缘台生产中的检测应用检测环氧浇注绝缘台时，首先将绝缘台（如图 6中间图像所示）摆放于工装之上，进入X射线检测铅房，对其两端嵌件部分以及中间部分进行拍照留存电子影像数据，同时可以旋转绝缘台取得合适 X 光透射图像，以便进行放大旋转等目视判断，合格品进入电性能检测工序等下一工序，确保环氧浇注绝缘台符合图纸要求。图 6 中左侧图像为发现嵌件附近产生气孔缺陷的环氧浇注绝缘台。3 X 射线检测试验结果及分析研究3.1 环氧浇注绝缘件 X 射线检测的特点研究对于环氧浇注绝缘件，经过 X 射线检测工序可以及时发现环氧浇注件生产过程中违反工艺参数、原料波动、设备异常等因素导致的环氧浇注绝缘件气孔、裂纹、金属碎屑等缺陷，避免电性能检测时未能完全发现而装配于产品中对产品长期使用埋下隐患。鉴于此，国家电网规定 GIS 厂家所用的环氧浇注绝缘件，必须进行 X 射线无损检测工序后，方可进入下一工序，进行电性能检测10-11。鉴于 X 射线检测受到工件形状、设备检测精度等影响，如盆式绝缘子，其环氧树脂组成部分呈圆锥形分布，X 射线检测时，其水平投影图形进行了圆锥面叠加显示，对于存在微小缺陷时，X 射线透视图片不一定能够清晰显示，设备生产厂家应对此类盆式绝缘子，考虑改进设备结构，增加圆锥面透视图形功能，以满足使用厂家需求。环氧浇注盘式绝缘子表面目视已经产生微小裂纹（见图 7），但是在 X 射线检测时，可能由于裂纹仅仅处于物件浅层表面，在 X 射线设备的图 6 环氧浇注绝缘台 X 射线检测?PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.0537检验与技术I n s p e c t i o n a n d T e c h n o l o g y检验图片中无任何裂纹信息显示，因此现行工厂所用的X 射线检测设备，有待于进一步改善以提高检测性能。3.2 环氧浇注绝缘拉杆 X 射线检测研究对于环氧浇注绝缘拉杆，X 射线检测时，将类型相近的绝缘拉杆摆放于检测台面上，进入 X 射线检验室进行检测，绝缘拉杆中间部位产生气孔的典型缺陷见图8，将拉杆沿缺陷部位截断，明显可见其空腔缺陷。分析拉杆发生空腔部位以及浇注模具结构，判断为环氧浇注原料固化期间，填补收缩环氧料不及时，导致产生空泡缺陷，改进模具结构后，避免此类故障发生。同时拉杆表面收缩痕迹也明显减少，提高了该类拉杆质量。在环氧浇注绝缘拉杆问题的分析处理中，X 射线检测发现缺陷种类、缺陷发生部位并统计缺陷频率等，对解决环氧浇注拉杆问题提供了基础数据依据。绝缘拉杆嵌件底部产生裂纹缺陷，见图 9。图 7 绝缘子表面目视微裂纹?图 8 环氧浇注绝缘拉杆产生气孔缺陷实物及射线图图 9 环氧浇注绝缘拉杆嵌件端部发生微裂纹缺陷4 结论1)对于 GIS 用环氧浇注绝缘件生产，X 射线检测工序可以筛选浇注件的内部隐含缺陷，提高环氧浇注绝缘件质量。2)通过 X 射线检测，发现环氧浇注件内部缺陷，避免没有 X 射线检测工序时，缺陷绝缘件进入局部放电检测工序时，造成整串检验绝缘件不合格，从而需要逐个检测判断不合格品，造成人工和设备浪费，提高检测效率。3)X 射线检测设备已经成为高压开关生产厂家以及相关专业浇注绝缘件厂家的标准配置，但是对 X 射线检测设备精度、检测标准、判定缺陷标准等没有一个规范性规程，目前依靠各个企业自身的 X 射线检测经验，判断缺陷类型、缺陷重要程度，确定环氧浇注绝缘件是否可用于生产；后期需要相关部门牵头，联合开关使用方、GIS制造方、专业绝缘浇注件生产企业、X 射线设备制造企业共同协商，对 X 射线检测设备类型、检测方法、缺陷判定等做出进一步协商，制定一些行业规范，进而成为行业标准。参考文献1 武奇,袁志兵,孙荣 春,等.252 kV SF6/N2混合气体 GIS 用盆式绝缘子的设计研究 J.电工电气,2023(5):58-62.2 陈大兵,魏寒来,胡轶宁,等.碳纤维复合芯导线X射线图像标准化增强与缺陷检测方法 J.数据采集与处理,2020,35(4):739-744.3 李进,赵仁勇,杜伯学,等.电工 环 氧 绝 缘件缺陷无损检测方法研究进 展 J.电工技术学报,2021,36(21):4 598-4 607.4 郑尧.GIS/GIL 绝缘子的应力与缺陷超声检测和机械失效机理研究 D.广州：华南理工大学,2022.5 张五杰,熊明华,李要锋,等.盆式绝缘子表面混入金属异物大小对绝缘性能及射线探伤的影响 J.合成材料老化与应用,2022,51(3):71-74.6 王光明,王建伟,吴薇,等.影响环氧浇注性能因素研究 J.科技视界,2018(9):38-40,84.7 王建伟,马博,王光明,等.220 kV GIS用花键轴质量检测方法研究 J.无损探伤,2019,43(6):41-43.8 周艺环,王嘉琛,王亚楠,等.GIS 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