一种基于低能X射线电离的真空电气设备真空度检测方法

一种基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法
技术领域
1.本发明涉及真空电气设备的真空度检测领域，特别是涉及一种基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法。


背景技术：

2.真空电气设备以其无与伦比的优点广泛应用于输变电绝缘领域中，其核心部件——真空腔作为一种无源电真空器件，影响其可靠性的主要因素是真空度；真空腔的绝缘强度与真空度有着密切的联系；因此真空腔的真空度是保证真空电气设备绝缘性能的重要技术指标；运行中的真空电气设备的真空度若低于一定数量级，就可能导致真空电气设备不能进行良好的工作，从而影响正常的输变电，并造成极大的危害；随着对供电稳定性要求的提高，人们日益重视电气设备的运行安全，真空腔广泛应用于真空电气设备中，其真空度检测是人们所重点关注的问题。
3.现有的真空电气设备真空度测量有在线和离线两种方式，其离线技术相对成熟，主要有观察法、火花计法、电弧电压/电流法、工频耐压法等；x射线本质是一种波长极短，能量很大的电磁波，x射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力；x射线电离法是通过外加x 射线电离真空电气设备真空腔内的气体，在外加电压的作用下收集电离电流以检测真空度；虽然真空电气设备真空腔内壁较厚，但 x 射线的穿透力强，即使经过腔壁对 x 射线能量的衰减，依然能够激发真空腔内的气体电离；x 射线机发射的 x 射线对人体伤害较大，为了保证操作者的安全，需要将x射线机放入铅屏蔽箱内，并在真空腔体的对面放置防护铅屏风。
4.x射线照射对真空腔内半径为r球形体积所提供的初始电子数定量计算，由附图3说明，包括x射线机1，x射线束2，真空腔的陶瓷壳3，真空腔的屏蔽罩4，真空腔内半径为r球形体积5。
5.对于钨靶x射线管，x射线能谱的峰值位于最大电子能量值三分之二，平均能量约为最大电子能量值的一半；本研究使用的100kv管电压钨靶射线管，光子平均能量为50kv，能谱中光子密度峰值约66kv。
6.钨靶x射线管得发射效率可以由以下公式计算：其中：e
t
为管电压；z为靶材原子序数（钨为74）。
7.靶心发出的x射线能量x0：其中：i
t
为射线机的管电流。
8.x射线照射到真空腔的所辐照的剂量为 x1：
其中：b为x射线散射的修正系数； r0为x射线靶心到x射线机发射孔的距离；r1为x射线靶心至球形体积内真空气体的距离；d1为真空腔的陶瓷腔体的厚度；d2为真空腔的屏蔽罩（材料一般为铜或不锈钢，这里按铜来计算）的厚度；μ
air
为空气线性衰减系数；μc为陶瓷腔体的线性衰减系数；μ
vacuum
为真空腔内真空气体的线性衰减系数；μ
cu
为铜的线性衰减系数。
9.因此，半径为r球形体积内放电的平均电子数ne可由下列公式导出:式中：q [c/kg]为源发射的光子在周围空气中以单位质量产生的电荷；n[c-1
]为单位电荷电子数；r[mm]为球形体积的半径；（ρ/p）0为气体密度和压强的折算系数；p为真空腔内气体的压强；v为过电压比，v定义为施加电压与pdiv之比；β为2。
[0010]
平均电离电流i为：e为元电荷电量。
[0011]
因此，在保证检测精度的同时，还需要保证操作者的安全，对真空电气设备真空腔的真空度进行检测，及时修复真空度欠佳的真空腔，避免击穿事故的发生。


技术实现要素：

[0012]
本发明的目的是提供一种基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法，以解决常规方法难以检测、在不拆卸的情况下，及时了解真空电气设备真空腔内部的真空状态，当不符合标准条件的情况下及时更换，避免由此产生的停电与安全事故，具有很强的环境适应能力和安全性。
[0013]
为实现上述目的，本发明提供如下方案：一种基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法，包括：通过x 射线照射在真空电气设备的真空腔内；真空腔内上导电杆连接负极性直流高压，下导电杆和屏蔽罩接地，通过工频变压器和整流二极管施加负极性直流高压；照射装置带有 10mm 铅当量的铅屏蔽箱，真空腔体的对面放置10mm铅当量的铅屏风；将采集阻抗与被测真空电气设备串联，两者串联后与滤波电容并联，采集装置采集电离电流；对真空腔施加电压观察脉冲电流的大小变化。
[0014]
所述的 x 射线的产生通过便携式民用脉冲 x 射线机，其管电压为 100kv；x射线机的出射孔与真空腔的距离为4cm；所述的采集装置的灵敏度为0.1pc，，能够连续的对电离电流进行存储。
[0015]
所述的铅屏蔽箱，为了减少 x 射线向外泄露保护操作者，使用10mm铅当量的铅屏蔽箱将 x 射线机封闭，只留直径为 5cm 的出射孔；所述的铅屏蔽箱，减少了 x 射线向外泄露保护无关人员，使用10mm铅当量的铅屏风放置在被检测真空腔的对面。
[0016]
所述的整套照射装置不需要额外的电能输入，均通过内部的电池供电。
[0017]
所述的真空腔电压等级为35kv以下，常规的检测方法在需要施加很高的电压下才可检测，若施加的电压很高对真空腔的绝缘性能会造成破坏。
[0018]
所述的x射线机的出射孔与真空腔的距离为4cm，距离尽量小是为了使照射的面积
尽量小，使得x射线尽可能的照射到上导杆与下导杆之间，并防止危害操作者。
[0019]
可选的，所述的 x 射线机为脉冲式，60s 内至少能够发射240个脉冲，管电压为 100kv，管电流为 0.5ma；产生的 x 射线能谱的峰值为 66kev，x 射线能谱的平均值为 50kev，x 射线的能量足够电离真空腔内部的气体分子。
[0020]
可选的，所述的 x 射线机可通过长度超过 10m 信号线控制开、关，不需要近距离的操作；x 射线机采用电池供电，每块电池充满至少能工作 1 小时。
[0021]
可选的，所述的采集装置与采集电阻的连接线均采用带屏蔽层的50ω同轴电缆，为了避免外界电磁波对采集装置带来较大的干扰。
[0022]
可选的，所述的铅屏蔽箱，为了减少 x 射线向外泄露，保护操作者，使用铅当量为10mm 的铅箱将 x 射线机封闭，只留直径为 5cm 的出射孔，减少 x 射线的散射作用。
[0023]
可选的，所述的铅屏风，为了减少 x 射线向外泄露，保护其他人员，使用铅当量为10mm 的铅屏风放置在被测真空腔对侧，阻挡 x 射线照射到对侧。
[0024]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种基于低能x射线的真空电气设备真空度检测方法，包括x射线机，屏蔽箱，不同真空度的真空腔（真空度分别为：0.001pa、0.01pa、0.1pa、1pa），50ω同轴电缆，变压器，整流二极管，保护电阻，滤波电容，采集电阻和采集装置，铅屏风；该方法具体为：x 射线机发射 x 射线照射至真空电气设备的真空腔，对真空电气设备施加直流电压，采用脉冲电流法观察电离电流；通过施加电压，并施加x射线，观察电离电流强度的变化，从而达到对真空电气设备的真空度判断；照射装置带有10mm铅当量的铅屏蔽箱，防止 x 射线泄露危害使用者；由于x射线具有很强的穿透物体的能力，从而使真空电气设备在不拆卸情况下检测真空度；从而为真空电气设备的真空度检测提供一种新方法。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。
[0026]
图 1 为本发明实施例提供的基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法的电路连接示意图；图 2 为本发明实施例提供的真空电气设备真空腔结构图；图 3 为本发明实施例提供的 x 射线检测原理示意图。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
本发明的目的是提供一种基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法，以解决常规实验难以检测、真空电气设备真空度不足的问题，精确的对真空电气设备真空
度进行检测，具有很强的环境适应能力和安全性。
[0029]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0030]
本发明提供的基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法，其具体步骤如下：步骤s1： 逐级负极性直流电压，升高至10kv时，打开 x 射线机，照射真空腔，进行电流数据记录；步骤s2： 关闭x射线机，重复步骤s2,保持x射线机每次照射位置一致；步骤s3： 对电离电流数据进行分析，通过公式计算得到真空腔的真空度；通过以上步骤完成对真空腔真空度的检测。
[0031]
参见附图1，图1示出了本发明实例提供的基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法的电路示意图，包括变压器1，整流二极管2，保护电,3，滤波电容4,采集电阻5，采集装置6，x射线机7，屏蔽箱8，不同真空度的真空腔（真空度分别为：0.001pa、0.01pa、0.1pa、1pa）9，铅屏风10；该方法具体为：x 射线机发出 x 射线照射不同真空度的真空腔，对真空腔施加负极性直流高压，采用脉冲电流法检测电离电流；观察采集装置采集的电离电流的变化，当 x 射线直射不同真空度的真空腔体时，电离电流不同，从而达到对不同真空腔的真空度检测的目的；照射装置带有 10mm铅当量的铅防护箱和10mm铅当量的铅屏风，防止 x 射线泄露危害使用者；该方法具有操作较简单、适用性强、成本低廉的优点；能够对不同真空度的真空腔进行检测。
[0032]
所述的便携式x射线机6发射x射线的角度为45
°
；采集装置具有记录功能，具有质量可靠精度高、稳定性好的优点，能够避免外界电磁波对检测精度带来较大的干扰。
[0033]
所述铅屏风带有4个直径为20cm的轮子，可以在崎岖的地面上移动，以适应真空电气设备现场的运行环境；所述的x射线机6为脉冲式，60s内至少能够发射240个脉冲，管电压为100kv，管电流为0.5ma；产生的x射线能谱的峰值为66kev，x射线能谱的平均值为50kev，x射线的能量足够激发真空腔的气体电离。
[0034]
由于x射线具有辐射性，长时间暴露在x射线的环境对人的身体影响很大，国家有相应的安全标准；为了保护操作者，使用铅屏蔽箱8厚度为10mm，各个面都是封闭的只在一个面预留一个直径为5cm的口；在除发射面外的其他几个面的2米之外，x射线的辐射剂量小于0.5 μsv/h，满足国家的安全要求；并且x射线机可通过长度超过10m信号线控制开、关，不需要近距离的操作。
[0035]
可选的，所述的x射线的能量足够激发真空腔内部的气体电离。
[0036]
可选的，所述的x射线机可通过长度超过10m信号线控制开、关，不需要近距离的操作；x射线机采用电池供电，每块电池充满至少能工作1小时。
[0037]
可选的，所述的采集装置具有记录功能，具有质量可靠精度高、稳定性好的优点，能够避免外界电磁波对检测精度带来较大的干扰。
[0038]
可选的，所述的铅屏蔽箱，为了减少x射线向外泄露，保护操作者，使用厚度为10mm的铅箱将x射线机封闭，只留直径为5cm的出射孔，减少x射线的散射作用。
[0039]
本发明所述的基于低能x射线电离的真空电气设备真空度检测方法安全性高，对x射线的屏蔽措施好。
[0040]
参见附图2，图2示出了本发明实施例提供的真空腔的结构示意图，包括绝缘外壳1，端盖2，静触头3，动触头4，主屏蔽罩5，波纹管屏蔽罩6，端盖7，波纹管8；设置不同真空度分别为：0.001pa、0.01pa、0.1pa、1pa。
[0041]
参见附图3，图3示出了x射线照射对真空腔内半径为r球形体积所提供的初始电子数定量计算，由附图3说明，包括x射线机1，x射线束2，真空腔的陶瓷壳3，真空腔的屏蔽罩4，真空腔内半径为r球形体积5。
[0042]
以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内；因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
[0043]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处；综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。