本發(fā)明屬于電氣工程領域，特別涉及一種gis設備x射線檢測參數(shù)選取方法。

背景技術：

sf6氣體絕緣全封閉組合電器(gasinsulatedswitchgear,gis)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，具有可靠性高、占地面積小、不受外界環(huán)境干擾等優(yōu)點，廣泛應用于超高壓及特高壓領域。利用x射線對gis設備進行故障檢測是一種全新的檢測手段，在實際對gis設備進行檢修的過程中可以有效地發(fā)現(xiàn)金屬微粒、零件脫落等一系列故障，已有較多成功應用案例。

然而gis設備為同軸圓筒結構，屬于變截面工件，對定向x射線機來說，其透照厚度在有效透照區(qū)域內(nèi)連續(xù)變化并變化劇烈，加之gis設備罐體直徑較大，不能直接視為小徑管進行透照?，F(xiàn)階段x射線的透照參數(shù)主要通過操作人員的經(jīng)驗進行選擇，利用選擇的參數(shù)進行透照之后，根據(jù)透照結果進行參數(shù)調(diào)整?，F(xiàn)有參數(shù)選擇方法在現(xiàn)場檢測過程中存在偏差較大，檢測效率較低的問題。

現(xiàn)階段x射線檢測參數(shù)選取方法主要針對直徑小于100mm的小直徑管，檢測目標為小直徑管對接焊縫。由于對小直徑管進行x射線檢測時，選取的焦距遠遠大于管直徑，因此可以認為射線束平行照射小直徑管。然而gis設備內(nèi)部結構復雜，且對于高電壓等級的gis設備，罐體的直徑將遠遠大于100mm，射線束不能認為是平行照射gis設備，因此適用于小直徑管的參數(shù)選擇方法將難以適用于gis設備x射線檢測。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種gis設備x射線檢測參數(shù)選取方法，可以對gis設備x射線檢測所需的參數(shù)進行快速選擇，減少由于經(jīng)驗判斷導致的參數(shù)選擇偏差問題；有效提高檢測效率和穩(wěn)定性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種gis設備x射線檢測參數(shù)確定方法，包括以下步驟：

步驟一、焦距確定：采集x射線機焦點尺寸d和gis設備外壁半徑r外壁；根據(jù)x射線機焦點尺寸d和gis設備外壁半徑r外壁確定焦距f；

步驟二、管電壓確定：根據(jù)gis設備的結構和尺寸確定x射線機使用的管電壓；

步驟三，管電流確定：根據(jù)x射線機管電壓和管電流間的特性曲線，選取步驟二確定管電壓所對對應的管電流；

步驟四、曝光時間確定：根據(jù)曝光曲線或者根據(jù)選定的黑度和管電壓確定曝光時間。

進一步的，焦距

進一步的，對于x射線機采用a級射線檢測技術，對于x射線機采用ab級射線檢測技術，對于x射線機采用b級射線檢測技術，式中d為x射線機焦點尺寸，b為被檢測設備至成像板之間的距離；f為透照距離：x射線機焦點至被檢測設備之間的距離。

進一步的，步驟二中管電壓u的范圍為：管電壓最小值umin≤u≤管電壓最大值umax；

管電壓最小值umin選擇原則：將x射線機焦點視為理想點源，計算各個角度上穿透gis設備的厚度，并求取平均值，獲得gis設備的外殼的平均厚度；選擇所獲得gis設備的外殼的平均厚度下的最大許用管電壓作為管電壓最小值umin；

管電壓最大值umax選擇原則：管電壓最大值保證x射線能夠穿透gis設備的外殼以及內(nèi)部結構，將所需拍攝的細節(jié)部位的最厚結構取出，選擇最厚結構的厚度下的最大許用管電壓作為管電壓最大值umax。

進一步的，u＝(umin+umax)/2。

進一步的，步驟四中根據(jù)選定的黑度和管電壓確定曝光時間，具體為：根據(jù)選定的黑度和管電壓對曝光量a進行選擇，曝光量為管電流和曝光時間的乘積，即a＝i·t，通過曝光量和管電流對曝光時間進行確定。

本發(fā)明焦距選擇的原則與jb/t4730.2-2005中所規(guī)定的選擇方法一致，即對于a級射線檢測技術，對ab級射線檢測技術，對b級射線檢測技術，式中d為x射線機焦點尺寸，f為透照距離，即x射線機焦點至被檢測設備之間的距離，b為被檢測設備至成像板之間的距離。由于gis設備內(nèi)部可能存在金屬微粒、裂紋等缺陷，因此對gis設備進行x射線檢測時，可以直接采用b級射線檢測技術。此外，為了降低成像的放大率，使得成像結果能夠被完整接收，成像板應當盡量布置在緊貼gis設備罐體表面的位置，而由于gis設備為同軸圓筒結構，被檢測的缺陷往往在罐體中心附近，因此可以近似認為b與gis設備外壁半徑相等，可以確定gis設備檢測時所需焦距為式中f為焦距，即x射線機焦點至成像板之間的距離，r外壁為gis設備外壁半徑。

管電壓選擇的原則與gis設備的結構和尺寸相關，這是由不同材料的密度和對x射線的衰減能力存在差異造成的。jb4730.2給出了對不同材料進行x射線檢測時，使成像結果灰度合適所允許使用的最大管電壓(即最大許用管電壓)與材料厚度之間的關系，因此管電壓選擇的核心為計算gis設備的等效厚度。

考慮到gis設備主要為同軸圓筒結構，其結構可以簡化為兩類情況：即，圓筒狀外壁+實心棒狀中心導體和圓筒狀外壁+空心棒狀中心導體。因此通過數(shù)值計算可以獲得兩類情況下的等效壁厚。為了使成像結果具有較高的對比度，管電壓不能過大導致曝光過度；也不能過小，導致整體灰度偏暗，因此本發(fā)明選擇管電壓最小值umin和最大值umax的平均值作為管電壓。

(1)管電壓最小值umin選擇原則：由于沒有考慮gis設備內(nèi)部的其他結構，以能夠穿透gis外殼的x射線能量作為管電壓最小值的選擇標準，以獲得gis設備內(nèi)部基本布置情況。因此可以將gis設備的罐體視為管件，對其進行等效壁厚計算。其計算原理為將x射線機焦點視為理想點源，計算各個角度上穿透gis設備的厚度，并求取平均值，即獲得gis設備的外殼的平均厚度。由于gis設備厚度在有效透照厚度范圍內(nèi)變化劇烈，因此選擇該平均厚度下的最大許用管電壓作為管電壓最小值umin；

(2)管電壓最大值umax選擇原則：管電壓最大值應該保證x射線能夠穿透gis設備的外殼以及內(nèi)部結構，將所需拍攝的細節(jié)部位的最厚結構取出，選擇該厚度下的最大許用管電壓作為管電壓最大值umax。例如，對于gis斷路器結構，x射線檢測動靜觸頭的分合情況時，管電壓最大值即應當由觸頭最厚部分決定。

在實際檢測過程中，針對不同的缺陷情況，可以有針對性地選取管電壓最小值umin和管電壓最大值umax之間的任意值作為管電壓。例如，對于gis設備內(nèi)部的金屬微粒缺陷，由于這種缺陷往往位于gis設備的底部附近，因此選用管電壓最小值就已經(jīng)可以獲得較為清晰的缺陷圖譜。但是對于缺陷尚未明確的gis設備，為獲得較為理想的成像效果，管電壓可以選取為u＝(umin+umax)/2。

管電流選擇的原則與x射線機的特性曲線有關，可以在選擇管電壓后根據(jù)其特性曲線進行選擇。

曝光時間的選擇原則與x射線機的曝光曲線有關，可以根據(jù)選定的黑度和管電壓對曝光量a進行選擇，而曝光量為管電流和曝光時間的乘積，即a＝i·t，因此可以對曝光時間進行確定。

對小直徑管適用的等效透照厚度公式為：

式中，t為壁厚；r為管壁內(nèi)徑；r為管壁外徑。

以一個126kv隔離開關為例，其罐體外壁半徑為270mm，內(nèi)壁半徑為262mm，內(nèi)部導體半徑為35mm。

就罐體等效壁厚進行計算：

根據(jù)文獻中的結論，等效厚度為te＝24.76mm。

利用數(shù)值計算方法計算，依據(jù)b級射線檢測技術進行焦距選取，焦點尺寸為1mm，得焦距至少為896.6mm，數(shù)值計算得等效厚度為te＝25.15mm。

從上面兩個結果可以看出，兩者算出的壁厚差異不大。

但是對于內(nèi)部存在其他部件時，數(shù)值計算可以獲得等效厚度為te＝32.05mm，據(jù)圖2可知最小管電壓為110kv。最大厚度出現(xiàn)在正對方向上，厚度為t＝86mm，據(jù)圖2可知最大管電壓為160kv。因此選取管電壓為u＝135kv。相當于等效厚度為teq＝52mm。等效厚度關系圖見圖3。拍攝出的結果相對清晰，見圖4。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供一種gis設備x射線檢測參數(shù)選取方法，能夠?qū)is設備x射線檢測所需的參數(shù)進行快速選擇，減少由于經(jīng)驗判斷導致的參數(shù)選擇偏差問題；有效提高檢測效率和穩(wěn)定性；通過本發(fā)明規(guī)范了gis設備現(xiàn)場x射線檢測流程，減少重復拍攝次數(shù)，提高檢測的工作效率，降低操作人員接受的x射線輻射劑量。

附圖說明

圖1為gis設備x射線檢測中的布置情況，1為x射線機的焦點，2為被檢測的設備，3為成像板。d為x射線機焦點尺寸，f為透照距離，即x射線機焦點至被檢測設備之間的距離，f為焦距，即x射線機焦點至成像板之間的距離，ug為幾何不清晰度。

圖2為jb4730.2中對最大許用管電壓的規(guī)定。

圖3為gis設備等效厚度關系。

圖4為126kv隔離開關拍攝結果。

圖5為126kv避雷器拍攝結果。

具體實施方式

就一具體gis檢測流程為例，表述一種gis設備x射線檢測參數(shù)選取方法，使用焦點尺寸為1mm的x射線機進行實驗。

被檢測的gis設備為一126kv避雷器。

首先根據(jù)相關圖紙和現(xiàn)場測量對gis設備的基本參數(shù)進行確定。具體包括筒壁內(nèi)、外直徑、筒壁材質(zhì)，內(nèi)部結構類型、材質(zhì)和相應尺寸。對本例中的126kv避雷器，其結構參數(shù)為筒壁外直徑為680mm，內(nèi)直徑為660mm，中心導體直徑為70mm，材質(zhì)均為鋁合金，其他部分由于對x射線衰減能力有限，因此忽略其影響；

其次，對焦距進行確定。根據(jù)方法中的公式，焦距的選擇范圍為

可選擇焦距為1100mm。

再次，對管電壓進行確定，根據(jù)程序可以計算：

等效壁厚計算程序(matlab文件)

檢根函數(shù)：

圓柱厚度計算

空心圓柱厚度計算

等效壁厚計算例

gis設備筒壁的等效壁厚為31.474mm，最大許用管電壓為109kv左右，即管電壓最小值選為109kv；考慮內(nèi)部結構，穿透中心導體和兩層筒壁的厚度為90mm，最大許用管電壓為163kv左右，即管電壓最大值選為163kv。故取平均值后，管電壓可以選為140kv。

之后對管電流進行確定，根據(jù)x射線機的特性曲線，可知其在管電壓為140kv時，管電流最大可以達到6ma，為了減少過流對燈絲造成的影響，選擇5ma作為應用的管電流。

最后對曝光時間進行確定，根據(jù)曝光曲線，確定2-3ma·min為一個較為合適的曝光量，可取曝光時間為40s。

拍攝結果如圖5所示。

此拍攝結果僅進行了灰度反轉(zhuǎn)操作，可以看出結果較為清晰，僅需進行少量的后期處理即可將細節(jié)展示出來，因此本套參數(shù)選取方法具有較為理想的成像效果，可以對現(xiàn)場gis設備x射線提供一定的指導。