X射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)(鄭金泉)

1、X射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)目 錄一、目的意義3二、系統(tǒng)介紹32.1 CR技術(shù)與DR技術(shù)的共同點(diǎn)42.2 CR技術(shù)與DR技術(shù)的不同點(diǎn)42.3對比分析52.4 系統(tǒng)組成52.5 X射線數(shù)字平板探測器62.6 X射線源72.7 圖像處理系統(tǒng)82.8成像板掃描儀92.9IP成像板9三、DR檢測案例103.1 廣西220kV振林變103.2 廣西220kV水南變113.3 溫州220kV白沙變133.4 廣西110kV城東變153.5 廣西樂灘水電站16四、CR檢測案例184.1百色茗雅220kV變電站18一、目的意義氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器

2、、母線、連接件和出線終端等組成，內(nèi)部充有SF6絕緣氣體，給解體檢修工作帶來很大的困難，且檢修工作技術(shù)含量高，耗時(shí)長，停電所造成的損失大。通過對GIS設(shè)備事故的分析發(fā)現(xiàn)，大部分嚴(yán)重事故，未能通過現(xiàn)有的檢測手段在缺陷發(fā)展初期被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致?lián)舸?、燒損等嚴(yán)重事故的發(fā)生。通過GIS設(shè)備局放監(jiān)測，結(jié)合專家數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，可大致判斷GIS設(shè)備局放類型，進(jìn)行大致的定位，但無法明確GIS設(shè)備內(nèi)部的具體故障。結(jié)合X射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)，對GIS設(shè)備進(jìn)行多方位透視成像 ，配合專用的圖像處理與判讀技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“可視化”與質(zhì)量狀態(tài)快速診斷，極大地提高GIS設(shè)備故障定位與判別的準(zhǔn)確性，提高故障診斷效率，為整個(gè)設(shè)

3、備的運(yùn)行安全與質(zhì)量監(jiān)控提供一種全新的檢測手段。對GIS設(shè)備局放可能造成的危害及其影響范圍和程度，提出相應(yīng)策略，采取相應(yīng)的措施，對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。二、系統(tǒng)介紹按照讀出方式（即X射線曝光到圖像顯示過程）不同，可分為：u 數(shù)字射線成像（DR-Digital Radiography ）u 計(jì)算機(jī)射線成像（CR-Computed Radiography）圖1-1檢測原理圖2.1 CR技術(shù)與DR技術(shù)的共同點(diǎn) 1、將X射線影像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字影像信息，不以X射線膠片為記錄和顯示信息的載體；2、CR與DR雖在成像原理方面有區(qū)別，但是一旦獲得了數(shù)字化信號圖像并經(jīng)過圖像處理系統(tǒng)處理時(shí)，就可以

4、在一定范圍內(nèi)任意改變圖像的特性，可以根據(jù)需要進(jìn)行各種圖像后續(xù)處理來實(shí)現(xiàn)圖像的優(yōu)化以達(dá)到最佳的視覺效果，從而提高圖像質(zhì)量； 3、CR與DR的X射線轉(zhuǎn)換效率高，因此比傳統(tǒng)膠片照相檢測所需的X射線的劑量要低得多，再通過數(shù)字化圖像處理技術(shù)就能得到高清晰的圖像，明顯縮短了曝光時(shí)間，使操作者減少了受X射線輻射的危害，而且X射線發(fā)生器也只需要在較小功率下工作就能滿足要求；4、CR與DR技術(shù)的應(yīng)用不需要洗片過程，沒有了顯影、定影液等化學(xué)藥品的消耗，不但能節(jié)約大量膠片、藥水、洗片機(jī)、暗室處理的輔助設(shè)備等材料及膠片存儲(chǔ)等的費(fèi)用，還能較好的進(jìn)行質(zhì)量的控制。 2.2 CR技術(shù)與DR技術(shù)的不同點(diǎn) 計(jì)算機(jī)射線成像（CR）

5、數(shù)字射線成像（DR）成像原理X射線間接轉(zhuǎn)換，利用IP板作為X射線檢測器，拍照后需取下IP板進(jìn)行掃描，成像環(huán)節(jié)相對于DR較多，工作效率低。X射線直接轉(zhuǎn)換，直接創(chuàng)建有數(shù)字格式的圖像，利用成像探測器作為X射線檢測器，成像環(huán)節(jié)少，工作效率高。圖像分辨率圖像分辨率低，圖像質(zhì)量略遜于DR，而且圖像為掃描后的圖像，容易產(chǎn)生失真。不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)閽呙瓒鸬膱D像模糊，比CR有更好的圖像分辨率和對比度，成像質(zhì)量高。耗材成本IP成像板為日常耗材，一張片子一般用1000次左右就報(bào)廢，而且由于使用時(shí)要貼緊被檢測件，磨損較大，嚴(yán)重影響壽命，耗材成本高無需膠片，成像板正常使用可達(dá)3萬小時(shí)（大概10年），一次性投入成本大，但基

6、本沒有日常耗材使用便攜性基本類同于常規(guī)射線系統(tǒng)，但需要單獨(dú)的IP板掃描系統(tǒng)與CR相比，少了IP板掃描系統(tǒng)，但成像板的重量比CR系統(tǒng)所采用的IP板重2.3對比分析CR優(yōu)勢分析：u CR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，易于操作u 適用于復(fù)雜位置的X拍攝CR劣勢分析：u CR的成像速度約為5分鐘/人，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平板DRu CR圖像質(zhì)量相對于DR不佳DR優(yōu)勢分析u 成像速度快，射線啟動(dòng)10s15s內(nèi)成像u 圖像清晰，分辨率高DR劣勢分析u 結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，操作相對困難u 受空間、位置影響大2.4 系統(tǒng)組成數(shù)字射線成像組成：u X射線數(shù)字平板探測器u X射線源u 圖像處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)射線成像：u IP（Imaging Pla

7、te）成像板（數(shù)字膠片）u 成像板掃描儀u 圖像處理系統(tǒng)其他輔助設(shè)備：u 安全防護(hù)警戒線；u 聲光報(bào)警燈；u X射線輻射劑量檢測儀；u 輔助性升降小車；2.5 X射線數(shù)字平板探測器 X射線數(shù)字平板探測器主要由閃爍體、以非晶硅為材料的光電二極管電路和底層TFT電荷信號讀出電路組成。工作時(shí)X射線光子激發(fā)閃爍體曾產(chǎn)生熒光，熒光的光譜波段在550nm左右，這正是非晶硅的靈敏度峰值。熒光通過針狀晶體傳輸至非晶硅二極管陣列，后者接受熒光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，信號送到對應(yīng)的非晶硅薄膜晶體管并在其電容上形成存儲(chǔ)電荷，由信號讀出電路并送計(jì)算機(jī)重建圖像。主要技術(shù)參數(shù)u 型號：XRD 1621 AN14 u 像素

8、數(shù)：2048×2048u 間距：200mu 總面積：409.6×409.6mmu 動(dòng)態(tài)范圍：77dBu 幀速率：15fps200mu 成像滯后：(標(biāo)準(zhǔn)) <8%(1st frame)u 響應(yīng)不均勻性：±2%(10% to 90% FSR)u 輻射能：可承受40 keV-450 keV能量射線直接照射u 工作電源：100-240VAC,50/60Hzu 探測器外殼尺寸：672mm×599mm×44mmu 重量：25kg 2.6 X射線源X射線源采用進(jìn)口射線機(jī)（德國依科視朗smart300HP），有過壓、過流、超溫安全保護(hù)，在滿電壓滿電流條件

9、下，可以連續(xù)工作1小時(shí)。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）產(chǎn)品特征u 重量輕，設(shè)計(jì)緊湊；u 較高的X射線劑量使曝光時(shí)間較短，并相應(yīng)增大生產(chǎn)率；u 末端接地，鈹窗，金屬陶瓷射線管；u 輻射范圍大40°×60°；u 現(xiàn)代電力電子科技確保高穩(wěn)定性；u 控制器和機(jī)頭結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，能夠在惡劣環(huán)境中適用(IP65)；u 風(fēng)冷裝置，大量應(yīng)用于焊縫檢測、鋁鑄件以及復(fù)合材料、尤其是需要高穿透力的場合（2） 技術(shù)指標(biāo)u X射線管類型：300kV金屬陶瓷管 鎢燈絲陽極u 管電壓調(diào)節(jié)范圍：5300KVu 管電流調(diào)節(jié)范圍：0.56mA(3.0mA/300kv)u 靶角：20°u 固有濾波：0

10、.8mm±0.1mmBeu 出射線束角度：40°×60°u 焦點(diǎn)尺寸(EN12543)：d=3.0mm u 電流及電壓穩(wěn)定度：±1u 持續(xù)功率：900Wu 暫載率(30)：100u 防護(hù)等級：IP65u 最大穿透能力(A3鋼)：65mmu 透照條件：焦距：700mm2.7 圖像處理系統(tǒng)（1）筆記本配置高分辨率顯卡，320G硬盤，2G內(nèi)存，CPU：雙核，帶PC卡插槽；（2）軟件主要功能：靜態(tài)/動(dòng)態(tài)，圖像降噪存儲(chǔ)、平均降噪(多幀選擇)、電子拍片、點(diǎn)片、正片/負(fù)片、尺寸測量、視頻存儲(chǔ)、視頻回放、圖片存儲(chǔ)、圖片查詢、圖像放大、縮小，偽彩色、灰度級變換、

11、圖像打印、用戶管理、參數(shù)設(shè)定、退出系統(tǒng)等；軟件運(yùn)行環(huán)境：WindowsXP；（3）圖像處理系統(tǒng)具有如下主要功能：u 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)降噪處理u 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示u 動(dòng)態(tài)回放與存儲(chǔ)u 多種偽彩色功能u 缺陷位置與尺寸測量，測量精度：0.1mmu 圖像邊界處理，銳化處理，立體化處理，平滑處理等u 圖像動(dòng)態(tài)錄放功能u 圖像窗框/窗位調(diào)節(jié)功能u 線性指標(biāo)調(diào)節(jié)功能，快慢可調(diào)u 圖像放大、縮小及放大鏡功能u 圖像瀏覽功能u 圖像多種格式存貯u 圖像存儲(chǔ)序號自動(dòng)生成u 硬盤和刻錄DVD盤數(shù)字存儲(chǔ)2.8成像板掃描儀u 分辨率 ：最小 25 m，根據(jù)不同型號成像板而定。u 激光速焦點(diǎn)尺寸： 30 mu 尺寸 (H x W

12、x D ) ：39 x 38 x 52 cmu 重量 19 kg （不含便攜運(yùn)輸箱）u 供電電壓 交流： 100-240 V / 50-60 Hzu 總功率 ：70Wu 最大入片寬度： 36cmu 使用溫度 ：20°C - +40°C (依據(jù)不同型號的成像板)u 工作噪聲： 49 dB(A)u 端口： USB 2.0u 激光防護(hù)等級： I (EN60825.1)u 附件 運(yùn)輸箱，便攜電源包，IP圖像板，暗袋2.9IP成像板IP成像板由一種聚酯板嚴(yán)密包裝的能儲(chǔ)存X光能量的含磷的熒光體組成，包括保護(hù)層、含磷熒光層、成像層、像基、感光層、支持層、條形碼標(biāo)簽。三、DR檢測案例3.1

13、 廣西220kV振林變檢測目的：檢查GIS設(shè)備母線側(cè)、線路側(cè)隔離開關(guān)是否分閘到位，如發(fā)現(xiàn)分閘不到位，則進(jìn)行調(diào)整確保隔離開關(guān)分閘到位；檢測過程：分別對GIS設(shè)備母線側(cè)、線路側(cè)17個(gè)刀閘36個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了內(nèi)部結(jié)構(gòu)透視成像；檢測結(jié)果：檢測共發(fā)現(xiàn)有4個(gè)刀閘，7個(gè)點(diǎn)刀閘動(dòng)觸頭超出屏蔽罩外7.5mm以上，對分閘不到位的刀閘進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整之后再次進(jìn)行檢測，最終使所有刀閘都分閘到位。下面選取其中一個(gè)刀閘進(jìn)行展示現(xiàn)場照片該刀閘未調(diào)整之前，檢測ABC三相刀閘分閘狀態(tài)下動(dòng)觸頭，分別約伸出屏蔽罩外5mm，18mm，22mm，進(jìn)行調(diào)整之后，檢測ABC三相刀閘分閘狀態(tài)下動(dòng)觸頭，A相動(dòng)觸頭完全退回屏蔽罩內(nèi)，B相刀閘動(dòng)觸頭伸出屏

14、蔽罩外約4mm，C相刀閘動(dòng)觸頭伸出屏蔽罩外約6mm。檢測圖像如下： 圖3-1 A相分閘狀態(tài)（調(diào)整前） 圖3-2 A相分閘狀態(tài)（調(diào)整后） 圖3-3 B相分閘狀態(tài)（調(diào)整前） 圖3-4 B相分閘狀態(tài)（調(diào)整后） 圖3-5 C相分閘狀態(tài)（調(diào)整前） 圖3-6 C相分閘狀態(tài)（調(diào)整后） 3.2 廣西220kV水南變檢測目的：檢查GIS設(shè)備母線側(cè)、線路側(cè)隔離開關(guān)是否分閘到位，如發(fā)現(xiàn)分閘不到位，則進(jìn)行調(diào)整，確保隔離開關(guān)分閘到位；檢測過程：分別對GIS設(shè)備母線側(cè)、線路側(cè)19個(gè)刀閘45個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了內(nèi)部結(jié)構(gòu)透視成像；檢測結(jié)果：檢測共發(fā)現(xiàn)有6個(gè)刀閘，8個(gè)點(diǎn)刀閘動(dòng)觸頭超出屏蔽罩外7.5mm以上，對分閘不到位的刀閘進(jìn)行調(diào)整，調(diào)

15、整之后再次進(jìn)行檢測，最終使所有刀閘都分閘到位。下面選取其中一個(gè)刀閘進(jìn)行展示現(xiàn)場照片該刀閘未調(diào)整之前，檢測ABC三相刀閘分閘狀態(tài)下動(dòng)觸頭，分別為，A像動(dòng)觸頭深處屏蔽罩外21mm，B動(dòng)觸頭完全縮到觸指片內(nèi)，C像剛好與屏蔽罩持平。進(jìn)行調(diào)整A、B兩相動(dòng)觸頭之后， A相動(dòng)觸頭基本與屏蔽罩持平，B相刀閘動(dòng)觸頭與屏蔽罩持平，檢測圖像如下： 圖3-7 A相分閘狀態(tài)（調(diào)整前） 圖3-8 A相分閘狀態(tài)（調(diào)整后） 圖3-9 B相分閘狀態(tài)（調(diào)整前） 圖3-10 B相分閘狀態(tài)（調(diào)整后）3.3 溫州220kV白沙變檢測目的： 對GIS母線上存在異響的部位進(jìn)行檢測，檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，以此確定是否需要停電檢修；檢測過

16、程：對GIS母線上存在異響的部位進(jìn)行檢測，同時(shí)對母線其他間隔相同位置進(jìn)行檢測，對比其透視成像效果圖；檢測結(jié)果：發(fā)現(xiàn)存在異響的部位母線連接件連接不到位，而母線其他間隔該部位的母線連接件連接緊密，故此確定存在異響的母線部位確實(shí)存在缺陷?，F(xiàn)場照片正常部位懷疑故障點(diǎn) 圖3-11 正常部位 圖3-12 異常部位3.4 廣西110kV城東變檢測目的： 檢查存在異響及局部放電信號的PT，檢測其內(nèi)部是否存在缺陷；檢測過程： 對兩個(gè)間隔的PT位置進(jìn)行透視成像；檢測結(jié)果：發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)PT內(nèi)C相導(dǎo)體存在錯(cuò)位現(xiàn)象，另外一個(gè)PT內(nèi)C相屏蔽罩破損。現(xiàn)場照片 圖3-13 導(dǎo)體錯(cuò)位 圖3-14 屏蔽罩破損3.5 廣西樂灘水電站檢測目的： 檢查線路側(cè)隔離開關(guān)傳動(dòng)軸承情況，查看其是否完好；檢測過程： 共對8個(gè)刀閘2