X射线数字成像检测系统郑金泉.docx

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X射线数字成像检测系统郑金泉

X射线数字成像检测系统

一、目的意义

气体绝缘全封闭组合电器（GIS）设备结构复杂，由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，内部充有SF6绝缘气体，给解体检修工作带来很大的困难，且检修工作技术含量高，耗时长，停电所造成的损失大。

通过对GIS设备事故的分析发现，大部分严重事故，未能通过现有的检测手段在缺陷发展初期被发现，导致击穿、烧损等严重事故的发生。

通过GIS设备局放监测，结合专家数据库和现场经验，可大致判断GIS设备局放类型，进行大致的定位，但无法明确GIS设备内部的具体故障。

结合X射线数字成像检测系统，对GIS设备进行多方位透视成像，配合专用的图像处理与判读技术，实现其内部结构的“可视化”与质量状态快速诊断，极大地提高GIS设备故障定位与判别的准确性，提高故障诊断效率，为整个设备的运行安全与质量监控提供一种全新的检测手段。

对GIS设备局放可能造成的危害及其影响范围和程度，提出相应策略，采取相应的措施，对电网的安全、稳定、经济运行具有重要意义。

二、系统介绍

按照读出方式（即X射线曝光到图像显示过程）不同，可分为：

◆数字射线成像（DR-DigitalRadiography）

◆计算机射线成像（CR-ComputedRadiography）

图1-1检测原理图

2.1CR技术与DR技术的共同点

1、将X射线影像信息转化为数字影像信息，不以X射线胶片为记录和显示信息的载体；

2、CR与DR虽在成像原理方面有区别，但是一旦获得了数字化信号图像并经过图像处理系统处理时，就可以在一定范围内任意改变图像的特性，可以根据需要进行各种图像后续处理来实现图像的优化以达到最佳的视觉效果，从而提高图像质量；

3、CR与DR的X射线转换效率高，因此比传统胶片照相检测所需的X射线的剂量要低得多，再通过数字化图像处理技术就能得到高清晰的图像，明显缩短了曝光时间，使操作者减少了受X射线辐射的危害，而且X射线发生器也只需要在较小功率下工作就能满足要求；

4、CR与DR技术的应用不需要洗片过程，没有了显影、定影液等化学药品的消耗，不但能节约大量胶片、药水、洗片机、暗室处理的辅助设备等材料及胶片存储等的费用，还能较好的进行质量的控制。

2.2CR技术与DR技术的不同点

计算机射线成像（CR）

数字射线成像（DR）

成像原理

X射线间接转换，利用IP板作为X射线检测器，拍照后需取下IP板进行扫描，成像环节相对于DR较多，工作效率低。

X射线直接转换，直接创建有数字格式的图像，利用成像探测器作为X射线检测器，成像环节少，工作效率高。

图像

分辨率

图像分辨率低，图像质量略逊于DR，而且图像为扫描后的图像，容易产生失真。

不会产生因为扫描而引起的图像模糊，比CR有更好的图像分辨率和对比度，成像质量高。

耗材成本

IP成像板为日常耗材，一张片子一般用1000次左右就报废，而且由于使用时要贴紧被检测件，磨损较大，严重影响寿命，耗材成本高

无需胶片，成像板正常使用可达3万小时（大概10年），一次性投入成本大，但基本没有日常耗材

使用

便携性

基本类同于常规射线系统，但需要单独的IP板扫描系统

与CR相比，少了IP板扫描系统，但成像板的重量比CR系统所采用的IP板重

2.3对比分析

CR优势分析：

◆CR系统的结构简单，易于操作

◆适用于复杂位置的X拍摄

CR劣势分析：

◆CR的成像速度约为5分钟/人，远远低于平板DR

◆CR图像质量相对于DR不佳

DR优势分析

◆成像速度快，射线启动10s~15s内成像

◆图像清晰，分辨率高

DR劣势分析

◆结构相对复杂，操作相对困难

◆受空间、位置影响大

2.4系统组成

数字射线成像组成：

◆X射线数字平板探测器

◆X射线源

◆图像处理系统

计算机射线成像：

◆IP（ImagingPlate）成像板（数字胶片）

◆成像板扫描仪

◆图像处理系统

其他辅助设备：

◆安全防护警戒线；

◆声光报警灯；

◆X射线辐射剂量检测仪；

◆辅助性升降小车；

2.5X射线数字平板探测器

X射线数字平板探测器主要由闪烁体、以非晶硅为材料的光电二极管电路和底层TFT电荷信号读出电路组成。

工作时X射线光子激发闪烁体曾产生荧光，荧光的光谱波段在550nm左右，这正是非晶硅的灵敏度峰值。

荧光通过针状晶体传输至非晶硅二极管阵列，后者接受荧光信号并将其转换为电信号，信号送到对应的非晶硅薄膜晶体管并在其电容上形成存储电荷，由信号读出电路并送计算机重建图像。

主要技术参数

◆型号：

XRD1621AN14

◆像素数：

2048×2048

◆间距：

200μm

◆总面积：

409.6×409.6mm

◆动态范围：

＞77dB

◆帧速率：

15fps@200μm

◆成像滞后：

（标准）<8%（1stframe）

◆响应不均匀性：

±2%（10%to90%FSR）

◆辐射能：

可承受40keV-450keV能量射线直接照射

◆工作电源：

100-240VAC,50/60Hz

◆探测器外壳尺寸：

672mm×599mm×44mm

◆重量：

25kg

2.6X射线源

X射线源采用进口射线机（德国依科视朗smart300HP），有过压、过流、超温安全保护，在满电压满电流条件下，可以连续工作1小时。

其主要技术特点如下：

（1）产品特征

◆重量轻，设计紧凑；

◆较高的X射线剂量使曝光时间较短，并相应增大生产率；

◆末端接地，铍窗，金属陶瓷射线管；

◆辐射范围大40°×60°；

◆现代电力电子科技确保高稳定性；

◆控制器和机头结构坚固，能够在恶劣环境中适用（IP65）；

◆风冷装置，大量应用于焊缝检测、铝铸件以及复合材料、尤其是需要高穿透力的场合

（2）技术指标

◆X射线管类型：

300kV金属陶瓷管钨灯丝阳极

◆管电压调节范围：

5～300KV

◆管电流调节范围：

0.5～6mA（3.0mA/300kv）

◆靶角：

20°

◆固有滤波：

0.8mm±0.1mmBe

◆出射线束角度：

40°×60°

◆焦点尺寸（EN12543）：

d=3.0mm

◆电流及电压稳定度：

±1％

◆持续功率：

900W

◆暂载率（30℃）：

100％

◆防护等级：

IP65

◆最大穿透能力（A3钢）：

65mm

◆透照条件：

焦距：

700mm

2.7图像处理系统

（1）笔记本配置

高分辨率显卡，320G硬盘，2G内存，CPU：

双核，带PC卡插槽；

（2）软件主要功能：

静态/动态，图像降噪存储、平均降噪（多帧选择）、电子拍片、点片、正片/负片、尺寸测量、视频存储、视频回放、图片存储、图片查询、图像放大、缩小，伪彩色、灰度级变换、图像打印、用户管理、参数设定、退出系统等；

软件运行环境：

WindowsXP；

（3）图像处理系统具有如下主要功能：

◆实时动态降噪处理

◆动态实时显示

◆动态回放与存储

◆多种伪彩色功能

◆缺陷位置与尺寸测量，测量精度：

≤0.1mm

◆图像边界处理，锐化处理，立体化处理，平滑处理等

◆图像动态录放功能

◆图像窗框/窗位调节功能

◆线性指标调节功能，快慢可调

◆图像放大、缩小及放大镜功能

◆图像浏览功能

◆图像多种格式存贮

◆图像存储序号自动生成

◆硬盘和刻录DVD盘数字存储

2.8成像板扫描仪

◆分辨率：

最小25μm，根据不同型号成像板而定。

◆激光速焦点尺寸：

30μm

◆尺寸（HxWxD）：

39x38x52cm

◆重量19kg（不含便携运输箱）

◆供电电压交流：

100-240V/50-60Hz

◆总功率：

70W

◆最大入片宽度：

36cm

◆使用温度：

–20°C-+40°C（依据不同型号的成像板）

◆工作噪声：

49dB（A）

◆端口：

USB2.0

◆激光防护等级：

I（EN60825.1）

◆附件运输箱，便携电源包，IP图像板，暗袋

2.9IP成像板

IP成像板由一种聚酯板严密包装的能储存X光能量的含磷的荧光体组成，包括保护层、含磷荧光层、成像层、像基、感光层、支持层、条形码标签。

三、DR检测案例

3.1广西220kV振林变

检测目的：

检查GIS设备母线侧、线路侧隔离开关是否分闸到位，如发现分闸不到位，则进行调整确保隔离开关分闸到位；

检测过程：

分别对GIS设备母线侧、线路侧17个刀闸36个点进行了内部结构透视成像；

检测结果：

检测共发现有4个刀闸，7个点刀闸动触头超出屏蔽罩外7.5mm以上，对分闸不到位的刀闸进行调整，调整之后再次进行检测，最终使所有刀闸都分闸到位。

下面选取其中一个刀闸进行展示

现场照片

该刀闸未调整之前，检测ABC三相刀闸分闸状态下动触头，分别约伸出屏蔽罩外5mm，18mm，22mm，进行调整之后，检测ABC三相刀闸分闸状态下动触头，A相动触头完全退回屏蔽罩内，B相刀闸动触头伸出屏蔽罩外约4mm，C相刀闸动触头伸出屏蔽罩外约6mm。

检测图像如下：

图3-1A相分闸状态（调整前）图3-2A相分闸状态（调整后）

图3-3B相分闸状态（调整前）图3-4B相分闸状态（调整后）

图3-5C相分闸状态（调整前）图3-6C相分闸状态（调整后）

3.2广西220kV水南变

检测目的：

检查GIS设备母线侧、线路侧隔离开关是否分闸到位，如发现分闸不到位，则进行调整，确保隔离开关分闸到位；

检测过程：

分别对GIS设备母线侧、线路侧19个刀闸45个点进行了内部结构透视成像；

检测结果：

检测共发现有6个刀闸，8个点刀闸动触头超出屏蔽罩外7.5mm以上，对分闸不到位的刀闸进行调整，调整之后再次进行检测，最终使所有刀闸都分闸到位。

下面选取其中一个刀闸进行展示

现场照片

该刀闸未调整之前，检测ABC三相刀闸分闸状态下动触头，分别为，A像动触头深处屏蔽罩外21mm，B动触头完全缩到触指片内，C像刚好与屏蔽罩持平。

进行调整A、B两相动触头之后，A相动触头基本与屏蔽罩持平，B相刀闸动触头与屏蔽罩持平，检测图像如下：

图3-7A相分闸状态（调整前）图3-8A相分闸状态（调整后）

图3-9B相分闸状态（调整前）图3-10B相分闸状态（调整后）

3.3温州220kV白沙变

检测目的：

对GIS母线上存在异响的部位进行检测，检查内部结构是否存在缺陷，以此确定是否需要停电检修；

检测过程：

对GIS母线上存在异响的部位进行检测，同时对母线其他间隔相同位置进行检测，对比其透视成像效果图；

检测结果：

发现存在异响的部位母线连接件连接不到位，而母线其他间隔该部位的母线连接件连接紧密，故此确定存在异响的母线部位确实存在缺陷。

现场照片

图3-11正常部位图3-12异常部位

3.4广西110kV城东变

检测目的：

检查存在异响及局部放电信号的PT，检测其内部是否存在缺陷；

检测过程：

对两个间隔的PT位置进行透视成像；

检测结果：

发现其中一个PT内C相导体存在错位现象，另外一个PT内C相屏蔽罩破损。

现场照片

图3-13导体错位图3-14屏蔽罩破损

3.5广西乐滩水电站

检测目的：

检查线路侧隔离开关传动轴承情况，查看其是否完好；

检测过程：

共对8个刀闸24个点进行透视成像检测；

检测结果：

检测共发现2处隔离开关传动轴承破损，为停电检修提供了最直接的依据，有效杜绝事故的发生。

现场照片

图3-15轴承破裂透视图

四、CR检测案例

4.1百色茗雅220kV变电站

检测目的：

检查GIS设备母线侧隔离刀闸是否分闸到位，同时检验CR设备使用情况；

检测过程：

对GIS设备母线侧刀闸进行内部结构透视成像；

检测结果：

检测发现刀闸动触头没有伸出屏蔽罩外，CR设备使用良好。

图4-1母线隔离刀闸A像透视成像图

图4-2母线隔离刀闸B像透视成像图

图4-2母线隔离刀闸C像透视成像图