CN111157558A - 一种在役盆式绝缘子的x射线数字成像检测方法 - Google Patents

一种在役盆式绝缘子的x射线数字成像检测方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，用于检测单相单箱在役盆式绝缘子存在的缺陷，采用高频或者直流X射线源和数字平板探测器进行检测，具体包括以下检测步骤：步骤S01垂直透照，步骤S02倾斜透照，步骤S03多角度成像，按照步骤S02中的倾斜透照步骤，所述X射线源的焦点d和数字平板探测器的相对安装位置不变并同时以所述盆式绝缘子的轴线旋转N次，使得1‑N次成像范围覆盖整个盆式绝缘子。采用本发明所述方法能够克服现有的超声波法、超高频法和紫外方法存在的不可量化，抗干扰能力差，以及需要特定窗口进行检测，存在不同弊端，不能兼容现有的在役盆式绝缘子的检测问题。

Description

一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法
技术领域
本发明涉及电力设备检测领域，尤其涉及采用无损方式对工作中的GIS附件进行缺陷检测方式技术领域，具体涉及在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法。
背景技术
盆式绝缘子是以改性环氧树脂为主,渗入氧化铝颗粒,通过真空浇筑工艺形成的一种复合材料。由于盆式绝缘子的材料和安装位置的特殊性,目前尚没有一种有效的方法对线上的盆式绝缘子进行快速检测。目前，局部放电检测方法是常用的GIS绝缘缺陷带电检测手段，应用此方法发现了一部分绝缘缺陷。然而局部放电检测方法只能给出粗略的判断，不能准确地判断缺陷类型和位置。
目前对于110-1000kV的在役盆式绝缘子缺陷检测，主要采用超声波法、超高频法和紫外方法对GIS局部放电进行检测。超声测试法由于干扰(主要是机械振动)的影响，对于判定放电是否有无，存在一定盲区。超高频法测量的是电磁波，抗干扰能力强。但是超高频电磁波在腔体内的传播特性复杂.且无法实现量化。紫外成像仪(uvCamera)够拍摄到放电过程中产生的紫外光子，并且能够实现量化。但是紫外成像法需要GIS壳体上有透明可拍摄的窗口，大部分GIS的盆式绝缘子来说不具备该条件。
实际上，盆式绝缘子表面附着一些细小的金属颗粒、内部存在小气孔、盆子表面存在一些小划伤等缺陷，在出现局放发生之前是没有任何异常的，以上方法都不能实现早期缺陷的排查。
X射线数字成像检测技术目前已经广泛应用于GIS电力设备的隔离刀闸、断路器、导体等部位的带电排查，而由于盆式绝缘子的特殊结构，本身是大曲面盆状工件、有GIS壳体、紧固螺栓、触头底座、法兰盘、导电杆等的干扰影响，导致常规的X射线检测方法无法实现对在役盆式绝缘子缺陷的检测。
发明内容
为了解决背景技术中提及的现有检测方式存在的弊端和问题，本申请提供一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，用于克服现有超声波法、超高频法和紫外方法对GIS局部放电进行检测存在的不足，解决高压线路中的在役盆式绝缘子缺陷的检测，实现缺陷提前发现，及时解决，避免因检测排查不及时导致盆式绝缘子工作异常所带来的不必要的损失。
为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：
一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，用于检测单相单箱在役盆式绝缘子存在的缺陷，采用高频或者直流X射线源和数字平板探测器进行检测，具体包括以下检测步骤：
步骤S01垂直透照，将X射线源的焦点d沿待检测盆式绝缘子轴线垂直的方向对盆式绝缘子进行垂直透照，所述X射线源的焦点d发出的中心射线与完整覆盖所述盆式绝缘子的盆子的数字平板探测器垂直并交于数字平板探测器的中心点O；
步骤S02倾斜透照，将步骤S01中的X射线源的焦点d对盆式绝缘子进行倾斜透照，保持X射线源的焦点d发出的中心射线始终垂直交于数字平板探测器的中心点O，X射线源的焦点d发出的中心射线与GIS壳体的夹角为β，所述盆式绝缘子的曲面与GIS壳体的夹角为a，所述a与β之和为90°；在X射线数字成像后，提取盆式绝缘子的曲面轮廓线和GIS壳体轮廓线，测量夹角a，并分析导电杆、触头底座等位置的螺丝松动、金属异物、气孔、裂纹、装配不到位缺陷。
步骤S03多角度成像，按照步骤S02中的倾斜透照步骤，所述X射线源的焦点d和数字平板探测器的相对安装位置不变并同时以所述盆式绝缘子的轴线旋转N次，使得1-N次成像范围覆盖整个盆式绝缘子；成像的次数N主要取决于X射线源的焦点d发出的射线范围大小，范围越大，单次成像面积越大，进行全部覆盖检测的次数就会更少；反之单次成像范围越小，那么进行全部覆盖检测需要的次数就会越多。
步骤S04分析步骤S03中获得的1-N次成像数据，判断缺陷是否存在，并与现有缺陷数据特征进行对比获得盆式绝缘子的缺陷构成。
优选地，所述垂直透照步骤中，X射线源的焦点d在水平方向上相对所述盆式绝缘子固定连接的法兰偏移范围为0-150mm。
优选地，所述X射线源的焦点d的中心射线到最近GIS壳体的距离f值不低于500mm。
优选地，所述步骤S02中的a角度值通过步骤S01垂直透照后获得的数字成像，提取盆式绝缘子的曲面轮廓线和GIS壳体的轮廓线夹角测得夹角a的值。
优选地，所述步骤S02倾斜透照具体包括：
步骤S021数字平板探测器安装位置确定的步骤；将数字平板探测器的平面与GIS壳体保持a夹角，数字平板探测器的左侧边缘相对于法兰向盆式绝缘子一侧水平偏移距离为l3，所述l3的计算方式如下：
Figure BDA0002398592460000041
Figure BDA0002398592460000042
其中，θ为射线dA与GIS壳体的夹角；F2为X射线源焦点d到探测器的距离；n为探测器有效成像长度；a为盆式绝缘子曲面与GIS壳体的夹角；D为盆式绝缘子直径尺寸；
步骤S022X射线源的焦点d安装位置确定的步骤，所述X射线源的焦点d始终与所述数字平板探测器垂直且距离为F2，X射线源的焦点d相对于法兰水平偏移距离为l2，所述l2的计算方式如下：
Figure BDA0002398592460000043
其中，l5为法兰厚度。
优选地，所述步骤S03多角度成像具体还包括确定成像次数N的步骤，具体计算方式如下：
Figure BDA0002398592460000044
γ＝ω+η
Figure BDA0002398592460000051
Figure BDA0002398592460000052
其中，K：射线透照厚度比值，即最大裂纹检出角，取1.1；
γ：盆式绝缘子有效透照范围对应圆心角的半值；
ω：射线束边界与盆式绝缘子中心的夹角；
η：有效射线束角度的半值。
上述检测方法的核心在于其检测工艺的实施步骤和内容。由于在役盆式绝缘子的结构特殊性，其结构复杂、附属设施多，穿透厚度大，如不能按照此步骤实施，将导致缺陷的漏检。本方法适用于110kV-1000kV电压等级的单相单箱在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测，适用于采用高频或直流X射线源与数字平板探测器的检测仪器组合。不同电压等级、不同用途、不同位置、不同制造工艺的盆式绝缘子具有完全不同的材料组成、材料厚度、工件形状、工件尺寸等，采用上述步骤方法检测可以不受盆式绝缘子型号的影响，均能达到良好的检测技术效果，且稳定性好，不受其他环境干扰，准确性高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是垂直透照的示意图；
图2是倾斜透照的示意图；
图3是多次透照成像示意图；
图4是多次透照的立体示意图；
图5为采用本发明方法进行检测获取的含有表面金属杂质的图像。
图中：1-法兰；2-盆式绝缘子；3-GIS壳体；4-数字平板探测器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
优选实施例：
为了更加清晰的说明本发明，下面结合说明书附图进行具体阐述和说明，结合附图1-4所示的垂直透照和倾斜透照示意图所示内容。具体地，为了能够清晰准确的进行描述，下面就阐述说明过程中所涉及的附图中的标记先进行下述说明，以达到精准理解的效果。
d为X射线源的焦点，
l1为焦点d在竖直方向上偏移盆式绝缘子法兰的水平距离；
f为d到最近GIS壳体的距离；
D为盆式绝缘子直径尺寸；
a为盆式绝缘子曲面与GIS壳体的夹角；
O为中心射线束与探测器平面的交点；
F1为X射线源焦点d到探测器的距离(垂直透照)，F1的值可根据实际测量具体设定，但以保证X射线覆盖整个待检测盆式绝缘子为准；
F2为X射线源焦点d到探测器的距离(倾斜透照)；
β为d发出的中心射线与GIS壳体的夹角；
l2为d偏离法兰的水平距离；
l3为探测器偏移法兰的水平距离；
n为探测器有效成像长度；
θ为射线dA与GIS壳体的夹角；
l4为dO与GIS壳体交点到法兰处的水平距离；
l5为法兰厚度；
K：射线透照厚度比值(最大裂纹检出角)，一般取1.1
γ：盆式绝缘子有效透照范围对应圆心角的半值
ω：射线束边界与盆式绝缘子中心的夹角
η：有效射线束角度的半值
A为数字平板探测器左侧边缘与GIS壳体接触点；
C为点A的纵向延长线与点d水平延长线的交点；
G为中心射线dO与GIS壳体的第一个交点；
B为中心射线dO与GIS壳体的第一个交点G的纵向延长线与焦点d水平延长线的交点；
E为法兰纵向延长线与最边缘射线Ad之间的交点
P为中心射线dO与GIS壳体的下边缘之间的交点。
具体地，一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，用于检测单相单箱在役盆式绝缘子2存在的缺陷，采用高频或者直流X射线源和数字平板探测器4进行检测，具体包括以下检测步骤：步骤S01垂直透照，将X射线源的焦点d沿待检测盆式绝缘子2轴线垂直的方向对盆式绝缘子2进行垂直透照，所述X射线源的焦点d发出的中心射线与完整覆盖所述盆式绝缘子2的盆子的数字平板探测器4垂直并交于数字平板探测器4的中心点O；在X射线数字成像后，提取盆式绝缘子2的曲面轮廓线和GIS壳体3轮廓线，测量夹角a，并分析导电杆、触头底座等位置的螺丝松动、金属异物、气孔、裂纹、装配不到位缺陷。所述垂直透照步骤中，X射线源的焦点d在水平方向上相对所述盆式绝缘子2固定连接的法兰1偏移范围为0-150mm。所述X射线源的焦点d的中心射线到最近GIS壳体的距离f值不低于500mm。
步骤S02倾斜透照，将步骤S01中的X射线源的焦点d对盆式绝缘子2进行倾斜透照，保持X射线源的焦点d发出的中心射线始终垂直交于数字平板探测器4的中心点O，X射线源的焦点d发出的中心射线与GIS壳体3的夹角为β，所述盆式绝缘子2的曲面与GIS壳体3的夹角为a，所述a与β之和为90°；
优选地，所述步骤S02中的a角度值通过步骤S01垂直透照后获得的数字成像，提取盆式绝缘子2的曲面轮廓线和GIS壳体3的轮廓线夹角测得夹角a的值。
步骤S021数字平板探测器4安装位置确定的步骤；将数字平板探测器4的平面与GIS壳体3保持a夹角，数字平板探测器4的左侧边缘相对于法兰1向盆式绝缘子2一侧水平偏移距离为l3，所述l3的计算方式如下：
Figure BDA0002398592460000101
Figure BDA0002398592460000102
结合图2所示内容，由于需要保证整个盆式绝缘子2的盆部全部在照射范围内，因此，作为在图示方向的最左侧边缘的射线dA应于盆部的左极限点相切或者左极限点涵盖在边缘射线dA的右侧，即完全涵盖在射线范围内部。故而在实际安装时，应保证l3至少满足
Figure BDA0002398592460000103
为了防止安装误差对实际测量带来的影响，优选使l3略微大于上述计算的理论值，这样的能够保证一次性安装照射整个盆部的成功性，避免反复进行调试耽误检测时间。
步骤S022X射线源的焦点d安装位置确定的步骤，所述X射线源的焦点d始终与所述数字平板探测器4垂直且距离为F2，X射线源的焦点d相对于法兰1水平偏移距离为l2，所述l2的计算方式如下：
Figure BDA0002398592460000111
结合附图2所述，上述公式的推导过程如下：
在三角形AdO中，∠dAO记为∠k＝∠a+∠θ……①
则有
Figure BDA0002398592460000112
由①+②得：
Figure BDA0002398592460000113
由于AM＝l3+l5+l4＝AP+PM,
Figure BDA0002398592460000114
则有
Figure BDA0002398592460000115
Figure BDA0002398592460000116
则有
Figure BDA0002398592460000117
所以，
Figure BDA0002398592460000118
a+β＝90°；在△BdG中，
Figure BDA0002398592460000119
l2-l4＝sina·f……④
在△ACd中，
Figure BDA0002398592460000121
则有：l3+l2＝cosθ·F2-l5……⑤
由上式④和⑤合并可得：l2+sina·f+l4＝cosθ·F2-l5
即l3+l5+l4＝cosθ·F2-sina·f……⑥
由上式③和⑥合并可得：
Figure BDA0002398592460000122
在上式⑦中，除了f为未知数以外，其他皆为已知，则可以计算获得f的值；然后将f的值具体带入公式④中，结合②和③则可以分别获知l3和l2的具体数值；然而，由于数字平板探测器4与GIS壳体3之间的夹角a为已知值，加上水平偏移距离与夹角a之间的关系就已经确定并已知，就确定了具体待检测盆式绝缘子2采用本发明所述方法进行倾斜透照和垂直透照的相对空间位置，则可以实现检测。值得说明的是，数值D和F2，以及法兰1的厚度l5均为通过测量得到的已知数据。
步骤S03多角度成像，按照步骤S02中的倾斜透照步骤，所述X射线源的焦点d和数字平板探测器4的相对安装位置不变并同时以所述盆式绝缘子2的轴线旋转N次，使得1-N次成像范围覆盖整个盆式绝缘子2；成像的次数N主要取决于X射线源的焦点d发出的射线范围大小，范围越大，单次成像面积越大，进行全部覆盖检测的次数就会更少；反之单次成像范围越小，那么进行全部覆盖检测需要的次数就会越多。
步骤S04分析步骤S03中获得的1-N次成像数据，判断缺陷是否存在，并与现有缺陷数据特征进行对比获得盆式绝缘子2的缺陷构成。
优选地，所述步骤S02中的a角度值通过步骤S01垂直透照后获得的数字成像，提取盆式绝缘子2的曲面轮廓线和GIS壳体3的轮廓线夹角测得夹角a的值。
结合说明书附图3所示内容，所述步骤S03多角度成像具体还包括确定成像次数N的步骤，具体计算方式如下：
Figure BDA0002398592460000131
γ＝ω+η
Figure BDA0002398592460000132
Figure BDA0002398592460000133
其中，K：射线透照厚度比值，即最大裂纹检出角，取1.1；
γ：盆式绝缘子有效透照范围对应圆心角的半值；
ω：射线束边界与盆式绝缘子中心的夹角；
η：有效射线束角度的半值。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，用于检测单相单箱在役盆式绝缘子(2)存在的缺陷，其特征在于：采用高频或者直流X射线源和数字平板探测器(4)进行检测，具体包括以下检测步骤：
步骤S01垂直透照，将X射线源的焦点d沿待检测盆式绝缘子(2)轴线垂直的方向对盆式绝缘子(2)进行垂直透照，所述X射线源的焦点d发出的中心射线与完整覆盖所述盆式绝缘子(2)的盆子的数字平板探测器(4)垂直并交于数字平板探测器(4)的中心点O；
步骤S02倾斜透照，将步骤S01中的X射线源的焦点d对盆式绝缘子(2)进行倾斜透照，保持X射线源的焦点d发出的中心射线始终垂直交于数字平板探测器(4)的中心点O，X射线源的焦点d发出的中心射线与GIS壳体(3)的夹角为β，所述盆式绝缘子(2)的曲面与GIS壳体(3)的夹角为a，所述a与β之和为90°；
步骤S03多角度成像，按照步骤S02中的倾斜透照步骤，所述X射线源的焦点d和数字平板探测器(4)的相对安装位置不变并同时以所述盆式绝缘子(2)的轴线旋转N次，使得1-N次成像范围覆盖整个盆式绝缘子(2)；
步骤S04分析步骤S03中获得的1-N次成像数据，判断缺陷是否存在，并与现有缺陷数据特征进行对比获得盆式绝缘子(2)的缺陷构成。
2.根据权利要求1所述的一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，其特征在于：所述垂直透照步骤中，X射线源的焦点d在水平方向上相对所述盆式绝缘子(2)固定连接的法兰(1)偏移范围为0-150mm。
3.根据权利要求2所述的一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，其特征在于：所述X射线源的焦点d的中心射线到最近GIS壳体的距离f值不低于500mm。
4.根据权利要求3所述的一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，其特征在于：所述步骤S02中的a角度值通过步骤S01垂直透照后获得的数字成像，提取盆式绝缘子(2)的曲面轮廓线和GIS壳体(3)的轮廓线夹角测得夹角a的值。
5.根据权利要求1或4所述的一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，其特征在于：所述步骤S02倾斜透照具体包括：
步骤S021数字平板探测器(4)安装位置确定的步骤；将数字平板探测器(4)的平面与GIS壳体(3)保持a夹角，数字平板探测器(4)的左侧边缘相对于法兰(1)向盆式绝缘子(2)一侧水平偏移距离为l3，所述l3的计算方式如下：
Figure FDA0002398592450000021
Figure FDA0002398592450000022
其中，θ为射线dA与GIS壳体的夹角；F2为X射线源焦点d到探测器的距离；n为探测器有效成像长度；a为盆式绝缘子曲面与GIS壳体的夹角；D为盆式绝缘子直径尺寸；
步骤S022 X射线源的焦点d安装位置确定的步骤，所述X射线源的焦点d始终与所述数字平板探测器(4)垂直且距离为F2，X射线源的焦点d相对于法兰(1)水平偏移距离为l2，所述l2的计算方式如下：
Figure FDA0002398592450000031
其中，l5为法兰厚度。
6.根据权利要求1或4所述的一种在役盆式绝缘子的X射线数字成像检测方法，其特征在于：所述步骤S03多角度成像具体还包括确定成像次数N的步骤，具体计算方式如下：
Figure FDA0002398592450000032
γ＝ω+η
Figure FDA0002398592450000033
Figure FDA0002398592450000034
其中，K：射线透照厚度比值，即最大裂纹检出角，取1.1；
γ：盆式绝缘子有效透照范围对应圆心角的半值；
ω：射线束边界与盆式绝缘子中心的夹角；
η：有效射线束角度的半值。
CN202010141639.7A 2020-03-03 2020-03-03 一种在役盆式绝缘子的x射线数字成像检测方法 Active CN111157558B (zh)

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