DR 成像技术在电网设备检测中的应用

王中亚，王亦民

（安徽省电力科学研究院，合肥 230601）

电网设备一旦出现设备失效问题，即会严重影响电网的安全稳定运行。通过失效分析研究发现，设备中存在的制造缺陷是造成失效的主要原因，在外在因素作用下有缺陷的设备易发生失效破坏。电网设备的事故频发使得其检测变得愈加重要，如何快速有效地检测和评价设备缺陷成了电网设备检测工作的重中之重。

数字化X 射线实时成像技术（简称DR 技术）是近年来发展起来的一种新型射线无损检测技术。李衍［1－2］阐述了DR 技术的基本特点和方法要点，展示了其工业应用前景。国内无损检测工作者对DR技术在电力行业的应用进行了积极探索［3－4］。DR技术实时成像的检测速度快、便携性强的特性非常符合电网设备的检测工作特点，因而被应用到电网设备的质量监督与检测工作中。笔者主要介绍DR技术在电网设备质量检测工作中的应用情况，并就其应用优势作了一些探讨。

1 DR技术原理及系统

DR 技术是直接将X 射线通过数字成像板转换为数字化图像的先进检测技术。其技术原理是，射线穿过被检测物体后携带了物体内部的结构厚度组成信息，在经过成像板后，将会把X 光信号转换为可见光，并利用非晶硅阵列的电子接收单元把可见光转换成电信号加以记录，转换装置输出的信号大小和射入其中的射线强度成正向关系。随后数据采集系统将采集到的信号进行AD 转换和一定的预处理并输入计算机进行存储和后处理。DR 的出现打破了传统X 射线检测技术的观念，实现了模拟X 射线图像向数字化X 射线图像的转换。

DR 实时成像系统一般由X 射线源、数字成像板、信号放大和数据采集处理单元、计算机图像处理存储传输系统、图像显示系统构成，图1为以色列维迪思科V－FR 便携式非晶硅平板X 射线数字化检测系统。

图1 V－FR便携式非晶硅平板X 射线数字化检测系统

2 DR技术特点分析

2.1 检测效率

使用传统胶片进行检测时需要经过胶片曝光，暗室冲洗、显影、定影等处理过程，检测时间非常长，通常需要2～3h。DR 技术的成像速度取决于成像板的形状、大小、射线曝光时间和后处理程序的运算速度，使用DR 系统进行射线成像仅需要几秒钟，而且不需要冲洗、显影、定影等过程，整个过程仅需数分钟，使用非常方便。

传统射线检测得到的是一定黑度范围的底片，一旦检测参数选择不当，就不能得到合格的底片，重新检测受各方面因素所限，而且费时费力。DR 检测可实时调节脉冲数来达到指定黑度，而且DR 系统具有很强大的图像后处理功能，很容易现场实时得到合格的电子底片，保证了缺陷检出率，提高了检测效率。

2.2 检测灵敏度

检测灵敏度由底片成像质量决定，即由底片的动态范围决定。动态范围是指胶片、相纸和CCD 芯片等所能记录的最大调影范围，是所成图像最亮点和最暗点的强度之比，反映了一个成像系统在一次成像过程中对信号强度变化量的检测性能。

对于胶片成像技术，当确定了胶片质量、透照布置和透照参数后，其动态范围基本就可以确定，其中胶片质量决定了胶片成像的最大动态范围。对于颗粒度小且颗粒分布均匀的质量。比较好的胶片，成像的动态范围（即成像的宽容度）可以达到2 000以上，但是在实际使用和操作过程中由于受到各种具体条件的限制一般难以达到胶片的极限动态范围。而DR 探测器和图像采集卡的响应灵敏度高，饱和信号值也很大，其动态范围可达3 500 以上，因此DR 技术具有很高的检测灵敏度。

2.3 检测成本

胶片成像技术在检测过程中要使用大量的胶片，这些胶片需要用化学试剂进行显影定影，测评后的胶片需要花费一定的财力物力来保存，加大了设备材料成本，同时对环境也造成了一定程度的污染。DR 技术无需胶片，所有的检测数据均可通过电脑来完成检测数据库管理，检测数据可以终身保存，检测结果易于管理，方便查询，降低了检测成本。

2.4 辐射防护

对于常规胶片成像技术，曝光时间较长，现场X射线辐射量非常大，而DR 技术可以采用脉冲式射线源进行检测，检测时间短，辐射量非常小，检测人员站在射线源后3米即可实现距离防护，降低了现场工作难度。

电网设备金属监督工作的特点是停电时间短，工期紧张，工作量大，人员流动性大，而DR 检测系统便携性强，不对检测现场造成污染，非常适用于电网设备的检测。

3 DR技术在电网设备检测中的应用

3.1 电力金具检测

电力金具是连接和组合电力系统中的各类装置，是起到传递机械负荷、电气负荷及某种防护作用的金属附件。电力金具主要存在铸造缺陷和焊接缺陷，运行中若出现过热、应力集中现象将会导致金具失效，图2为采用DR 系统检测的各类金具缺陷。

电力金具多采用铸铝或铝合金材料，经试验证实，DR 的检测灵敏度可达φ0.8mm。考虑到实际检测条件可能较差的因素，可将铸造铝或铝合金的DR 最小检测灵敏度定为φ1mm，即对于当量大于φ1mm 孔的缺陷可以保证检出，此灵敏度以下的缺陷并不会影响金具的使用要求。DR 技术检测速度快、便携性强，契合电力金具种类繁多、量大的特点，因而行之有效。

3.2 水泥杆塔检测

近年来，变电站、输电线路水泥杆塔断裂事故频频发生，主要原因是杆塔连接钢圈的对接焊缝质量不良致使强度降低，遇到恶劣天气等因素易发生断裂。图3为采用DR 技术检测出的水泥杆塔连接钢圈的焊接缺陷。

水泥杆塔钢圈焊接缺陷主要是未焊透、夹渣和气孔，DR 技术完全可以满足检测要求。焊缝质量评定标准参照GB／T 3323－2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》。另外，由于杆塔检测部位一般位于半空，DR 技术可以比较方便地进行检测，这也是DR 技术相较于其他检测方法的优势所在。水泥杆塔焊接缺陷的普遍存在暴露了焊接工艺不良、焊接人员技术水平低下的问题，需要加强加工制造过程监管。

3.3 气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）检测

GIS设备以封闭性好、占地小、受环境影响小等优点在全国得到了广泛应用。由于设备本身结构复杂，内部又充有SF6气体，使得查找故障点困难，检测难度很大。采用DR 技术可以很好地观察GIS设备的内部状况（图4），实现GIS设备内部结构的可视化诊断，将缺陷消除在萌芽状态，确保设备的可靠运行。

图4 GIS内部结构检测示例

3.4 电力线缆检测

近年来，恶劣天气的频现对电力线缆的力学性能提出了更高的要求。DR 技术可以较好地对线缆的内部缺陷进行诊断，防止运行过程中线缆拉断事故的发生（图5）。

图5 线缆DR 检测示例

4 结语

分析了DR 检测技术特点，总结了DR 技术在电网设备检测中的现场应用情况。DR 技术检测效率高，检测灵敏度高，便携性强，具有很强的灵活性和适用性，对实现设备状态的可视化诊断有重大意义，可在以后的电网设备检测中推广应用。

［1］ 李衍.数字射线照相法现状评述［J］.无损检测，2006，28（4）：198－202.

［2］ 李衍.工业DR 技术的新动向［J］.无损探伤，2006，30（6）：1－4.

［3］ 李少云，王小伍，高建忠.DR 实时成像技术在双面埋弧焊管焊缝检测中的应用［J］.焊管，2010，33（2）：17－20.

［4］ 陈光，丁克勤，梁丽红.便携式DR 与CR 成像技术在焊缝检测中的应用［J］.无损检测，2009，31（6）：494－496.