氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）在電力系統(tǒng)中廣泛應用，盆式絕緣子是其中的重要部件。為了及時發(fā)現(xiàn)盆式絕緣子內(nèi)部隱患，山西電科院研發(fā)了GIS盆式絕緣子斷層掃描成像裝置。

7月1日，在山西太原220千伏解放變電站內(nèi)，國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院技術人員用氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）盆式絕緣子斷層掃描成像裝置檢測了220千伏南母A相盆式絕緣子。反射回波信號正常，技術人員判斷盆式絕緣子狀態(tài)良好。

GIS盆式絕緣子斷層掃描成像裝置應用激光超聲快速檢測成像方法，能準確識別、定位盆式絕緣子內(nèi)部缺陷，缺陷識別率達95%以上，為提升GIS設備運行可靠性提供了技術支撐。

傳統(tǒng)盆式絕緣子內(nèi)部缺陷檢測方式存在不足

GIS因占地面積小、可靠性高、集成化水平高、維護工作少等優(yōu)勢被廣泛應用于電力系統(tǒng)中。盆式絕緣子是GIS中的重要部件，具有電氣絕緣、隔離氣室、支撐導體的作用。盆式絕緣子主要由環(huán)氧樹脂有機材料組成，出現(xiàn)結(jié)構損傷時，會引起局部放電現(xiàn)象，甚至導致絕緣擊穿。同時，不同廠家生產(chǎn)的盆式絕緣子部件互換性差，發(fā)生絕緣故障后修復時間長。因此，及時發(fā)現(xiàn)盆式絕緣子內(nèi)部缺陷對保障GIS安全穩(wěn)定運行至關重要。

2019年起，山西電科院智慧配電網(wǎng)技術中心副主任王偉帶領帶電檢測技術團隊開展盆式絕緣子隱患排查研究。王偉介紹，盆式絕緣子出現(xiàn)裂紋、氣泡、雜質(zhì)、毛刺等缺陷是誘發(fā)局部放電的主要原因。以往，檢測盆式絕緣子內(nèi)部缺陷有三種方法，但在應用中存在各種問題：特高頻、超聲等局部放電檢測方法靈敏度高，但難以識別潛伏性缺陷，精準定位難度大；X射線檢測方法易受絕緣子安裝位置影響，實施難度大，成像效果差，且對非金屬雜質(zhì)、氣泡等微小缺陷不敏感；壓電超聲探傷檢測方法穿透能力弱，僅適用于發(fā)現(xiàn)絕緣子表面缺陷。上述現(xiàn)狀導致盆式絕緣子檢測后仍有可能“帶病”運行，給電網(wǎng)運行帶來隱患。為此，王偉和同事決定探索一種新的盆式絕緣子檢測方法。

激光超聲作為一種新型無損檢測技術，可規(guī)避以上三種傳統(tǒng)檢測方法的弊端，但此前主要應用于金屬材料探傷，在環(huán)氧樹脂有機材料領域的應用尚屬空白。如何將激光超聲技術應用到環(huán)氧樹脂有機材料上？研究人員開始了探索。

激光超聲檢測技術使缺陷識別精度達毫米級

山西電科院依托國家自然科學基金項目和國家電網(wǎng)有限公司科技項目，聯(lián)合中國科學院電工研究所、南京理工大學、中國電力科學研究院等多家單位組成攻關團隊，開始研究GIS盆式絕緣子激光超聲無損檢測技術。

為了探究激光超聲對環(huán)氧樹脂材料的適應性問題，攻關團隊首先尋找試驗對象。他們搜集了22個有缺陷的退役盆式絕緣子，定制了15個有人工模擬缺陷的盆式絕緣子、42個試驗試塊，總共涉及不同大小、不同位置的4類缺陷1000個。隨后，攻關團隊對這些缺陷開展試驗研究，統(tǒng)計得出了GIS盆式絕緣子激光激勵最優(yōu)檢測參數(shù)。

針對裂紋、氣泡、雜質(zhì)和毛刺四類典型缺陷識別問題，攻關團隊建立盆式絕緣子“溫度場-固體位移場-聲場”多物理耦合模型，總結(jié)了盆式絕緣子出現(xiàn)四種典型缺陷后的超聲波傳輸規(guī)律，用于確定缺陷類型、位置和大小。

結(jié)合缺陷類型和回波信號的特征，攻關團隊建立了盆式絕緣子缺陷自動識別數(shù)據(jù)庫，利用該數(shù)據(jù)庫訓練缺陷識別算法，實現(xiàn)了對盆式絕緣子200毫米深度內(nèi)缺陷的自動識別，缺陷識別精度達毫米級，缺陷分類成功率超過92%。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、最優(yōu)化檢測參數(shù)研究、裝置試驗、樣機研制、全工況模擬測試、識別算法訓練、型式試驗檢測等一系列開發(fā)流程，2020年年底，GIS盆式絕緣子斷層掃描成像裝置實現(xiàn)定型與量產(chǎn)。

技術達到國際領先水平

2021年12月22日，國網(wǎng)科技部組織公司系統(tǒng)相關專家驗收GIS盆式絕緣子激光超聲無損檢測技術。專家一致認為，該技術滿足GIS盆式絕緣子無損檢測需求，為提升GIS設備運行可靠性提供了有效的技術手段。

2023年3月24日，在中國電力企業(yè)聯(lián)合會組織召開的項目成果鑒定會上，鑒定組專家認為，GIS盆式絕緣子激光超聲無損檢測技術效果顯著。中國電力企業(yè)聯(lián)合會表示，該技術在GIS盆式絕緣子激光超聲檢測方面達到國際領先水平。

截至2023年年底，國網(wǎng)山西、上海、安徽電力以及平高集團有限公司、泰開集團有限公司等電力設備制造企業(yè)應用GIS盆式絕緣子激光超聲無損檢測技術檢測了超1萬個盆式絕緣子。該技術為盆式絕緣子到貨驗收、安裝和運維檢修全過程質(zhì)量管控提供了技術支撐。目前，國網(wǎng)山西電力已將該技術作為帶電檢測常規(guī)手段推廣應用。依托該技術，攻關團隊已參與編制了多項國家及行業(yè)標準。（來源于國家電網(wǎng)報）