На 50-й Сессии СИГРЭ в Париже, которая прошла в августе 2024 года, по тематикам исследовательского подкомитета D1 «Материалы и разработка новых методов испытаний и средств диагностики» в стендовом формате был представлен доклад еще об одной интересной разработке научного коллектива под руководством доктора технических наук Леонида Дарьяна – мобильном диагностическом рентгенографическом комплексе второго поколения, позволяющем оперативно контролировать состояние высоковольтного оборудования, в том числе, маслонаполненного, при существенно сниженном уровне радиационной опасности.
Актуальность и практическая значимость технологии рентгенографии электроэнергетического оборудования обусловлены тем, что контроль состояния внутренних конструктивных элементов может быть выполнен на месте эксплуатации без демонтажа, слива масла или перекачки элегаза и разбора этого оборудования. Такой подход существенно сокращает время простоя оборудования, обеспечивая требуемую эксплуатационную надежность электроэнергетического объекта.
Рентгенографический контроль, например, высоковольтных выключателей позволяет оперативно выявить большинство дефектов, связанных с изменением геометрических размеров внутренних элементов и узлов конструкции: деформацию, износ, повреждение подвижного (изгиб, обгар, задиры и т.п.) и неподвижного контактов (повреждение кожуха, нарушение порядка размещения ламелей и т.п.); повреждение тросов, подшипников и пружин системы управления подвижным контактом; дефекты крепежа и прогары внутренних оболочек; сместившиеся или отсутствующие элементы конструкции (крепежные детали и т.п.); посторонние элементы (стружка, и т.п.).
В мировой практике накоплен опыт по рентгенографии высоковольтного оборудования (ВВО) с применением в качестве источников ионизирующего излучения радиоизотопов, рентгеновских генераторов постоянного и импульсного действия, а также бетатронов. В качестве приемников рентгеновского излучения применяются, как правило, рентгеновские пленки, фотолюминесцентные запоминающие экраны и цифровые плоскопанельные детекторы. При этом специалистами в области неразрушающего радиационного контроля в исследованиях показано, что с помощью систем цифровой рентгенографии можно получать более качественные изображения по сравнению с пленочными системами, причем существенно быстрее. Также подтверждено, что цифровая технология в большинстве практических случаев позволяет полностью заменить рентгеновскую пленку.
По принципу формирования рентгенограмм рентгенографические комплексы и системы можно условно разделить на комплексы и системы первого и второго поколения. Все перечисленные выше применяемые для контроля состояния ВВО рентгенографические системы реализуют так называемую дискретную рентгенографию и относятся к первому поколению. При применении дискретной рентгенографии рентгенограмма в полном размере формируется при одновременном облучении всей поверхности приемника излучения. Ко второму поколению относятся технические решения, реализующие сканирующую рентгенографию ВВО. При ее применении узко коллимированный рентгеновский источник с веерообразным рабочим пучком излучения и линейный радиографический регистратор синхронно перемещаются вдоль исследуемого объекта, последовательно построчно получая его рентгеновское изображение в полном размере. Дискретная рентгенография характеризуется двумя основными недостатками – это искажение на рентгенограммах изображений протяженных элементов и повышенный уровень радиационной опасности при экспозиции (при работе рентгеновского аппарата). Существует еще ряд недостатков, связанных с получением самих рентгенограмм.
В России создание портативного рентгенографического комплекса первого поколения для контроля технического состояния внутренних конструктивных элементов маломасляных выключателей класса напряжения 110 кВ было завершено в 2019 году. Комплекс прошел апробацию и стал применяться на объектах российских электрических сетей. Мобильный диагностический рентгенографический комплекс со сканирующей рентгенографией, о котором идет речь в докладе, относится к системам второго поколения. Сканирующая рентгенография обладает рядом преимуществ: сниженный не менее чем в четыре раза уровень «шума» на рентгенограммах по сравнению с системами первого поколения, отсутствие искажения рентгенограмм контролируемых объектов; усовершенствованное ПО, расширяющее возможности постобработки получаемого изображения на цифровой рентгенограмме; низкий уровень радиационной опасности.
Мобильный диагностический рентгенографический комплекс ( МДРК) реализован на полноприводном автомобильном шасси с двухрядной кабиной. Крано-манипуляторная установка, на стреле которой закреплена сканирующая рентгенографическая система, размещена в кузове автомобиля. Из одной позиции припаркованного МДРК установка обеспечивает позиционирование сканирующей системы по вертикали от 1 м до 7 м от земли и по горизонтали на 2 м в любую из сторон от центрального положения.
Кабина защищена от ионизирующего излучения и обеспечивает безопасное размещение и работу операторов. МДРК оснащен источником освещения рабочей зоны, датчиком приближения к высоковольтным линиям, несколькими видеокамерами и двумя лазерными целеуказателями. Первый из них (неподвижный) установлен на корпусе линейного привода и указывает на объекте контроля крайнее положение сканирования. Второй (подвижный) установлен рядом с источником рентгеновского излучения и перемещается при сканировании вдоль объекта контроля, указывая на объекте контроля текущее положение сканирования по длине этого объекта. Такое оснащение МДРК средствами видеоконтроля позволяет дистанционно выполнять манипуляции со сканирующей системой и контролировать процесс сканирования из кабины комплекса.
Сканирующая система состоит из линейного привода, обеспечивающего возможность равномерного перемещения приемников рентгеновского излучения и рентгеновского аппарата вдоль объекта контроля. Скорость сканирования составляет 1 м/мин. Она оптимизирована исходя из особенностей работы приемников рентгеновского излучения – коэффициента усиления сигнала и времени накопления, а также проникающей способности излучения рентгеновского аппарата. МДРК может контролировать объекты диаметром до 1000 мм при суммарной радиационной толщине объекта до 60 мм в Fe-эквиваленте. Разрешение получаемого на рентгенограммах изображения – не более 1 мм в оригинальном масштабе оборудования. При этом за один проход охватывается область ВВО размером 400×1000 мм.
Сканирующая система обладает тремя степенями свободы, что позволяет выполнять сканирование в вертикальном, в горизонтальном, а также в промежуточных направлениях под любым углом наклона. При этомузкоколлимированный источник рентгеновского излучения и линейный радиографический регистратор синхронно перемещаются вдоль исследуемого объекта, последовательно построчно получая его рентгеновское изображение. В блоке управления сканирующей системой получаемые данные от линейных регистраторов в цифровом виде обрабатываются программным обеспечением, которое формирует рентгенограмму в полном размере.
С учетом накопленного опыта в области неразрушающего радиационного контроля и с учетом результатов оценки эффективности различных рентгеновских аппаратов в МДРК применен моноблочный рентгеновский аппарат с постоянным анодным напряжением 400 кВ. Приемники рентгеновского излучения выполнены двухуровневыми по энергетическому диапазону, то есть каждый модуль приемника содержит по две линейки первичных преобразователей: первая предназначена для регистрации излучения низкой энергии (≈100 кэВ), а вторая – высокой энергии (≥120 кэВ). Такое решение позволяет при обработке рентгеновского изображения получить информацию об элементном составе просвечиваемого объекта контроля (Z-анализ) и идентифицировать группы материалов, из которых изготовлены конструктивные элементы.
МДРК апробирован на электроэнергетических объектах в ходе контроля технического состояния маломасляного и элегазового (колонкового) выключателей и ограничителей перенапряжений класса напряжения 110 кВ, а также кабельных муфт классов напряжения 110 кВ и 500 кВ. Продолжительность рентгенографии на подстанции каждого из выключателей составила один час. При этом расшиновка выключателей не проводилась, что позволило не использовать специализированные грузоподъемные механизмы (автовышки). Возможность рентгенографии оборудования без его расшиновки существенно сокращает продолжительность работ, а также число задействованного персонала и механизированных средств.
Во время апробации МДРК при рентгенографии маломасляного выключателя проведены замеры радиационной обстановки на подстанции. Уровни интенсивности рентгеновского излучения получены в ходе апробации с учетом сложной формы контролируемого объекта (он имеет ребристую поверхность) и влияния рядом стоящего оборудования и вспомогательных конструкций.
При экспозиции граница радиационно опасной зоны на открытой местности для операторов составила не более 20 м, а для населения – примерно 60 м. Достигнутые характеристики позволяют проводить рентгенографию ВВО на электроэнергетических объектах, в том числе в черте города. При этом, в кабине операторов МДРК мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения при экспозиции не превышала 3 мкЗв/ч, что соответствует требованиям нормативных документов в области радиационного контроля.
Несмотря на положительные результаты измерения радиационной обстановки в ходе апробации МДРК, авторы разработки посчитали целесообразным исследовать возможность усовершенствования сканирующей системы в части оптимизации конструкции коллиматора рентгеновского аппарата. На основании данных о радиационной обстановке, полученных в лабораторных исследованиях оптимизированной конструкции коллиматора при рентгенографии с применением рентгеновского аппарата с постоянным анодным напряжением 400 кВ, коллектив разработчиков отметил, что граница радиационно опасной зоны вблизи МДРК может быть сокращена в четыре раза.