关键词：紫外成像技术；变电站；带电检测
一、紫外成像检测技术原理
高压设备由于局部尖端、毛刺、污秽等造成局部场强畸变增大而对空气发生电离形成电晕，空气电离过程中会向外界发射大量的紫外线。紫外成像检测技术就是利用特制的光学传感系统捕捉空气电离过程中产生的紫外线，经过处理后与可见光产生的图像一同成像于显示器上，从而达到显示和定位高压设备局部电晕位置和放电强度的目的。紫外线的波长范围是40～400nm，太阳光线中也会含有紫外线。由于这些光线在穿过地球臭氧层过程中波长小于300nm的紫外线基本上被吸收，实际到达地球的紫外线波长在300nm以上，这个波段范围即“日盲区”。为克服太阳光中紫外线的影响，现场应用的紫外成像检测仪器检测的波长范围为280～300nm。首先利用紫外光束分离器将输入的光线分成两部分，一部分形成可见光影像，另一部分经过紫外线太阳镜过滤后保留其紫外部分，并经过放大器处理后在电荷耦合元件（charge coupled device，CCD）板上得到清晰度高的紫外图像，最后通过特殊的影像工艺将紫外光影成像仪和可见光影像叠加在一起，形成复合影像。紫外成像仪采用双通道图像融合技术，将紫外光与可见光叠加，即可精确定位电晕的故障区域，又可显示放电强度。
二、紫外成像技术
高压设备电离放电，不同的电场强度下，产生的电晕、闪络以及电弧有所差别，电离过程中，空气中电气获得能量并将其释放，电子释放能量就会产生声波和光波，同时生成臭氧、紫外线以及硝酸。紫外成像技术就应用了这一特点，使用紫外仪器接受放电过程产生的紫外信号，处理后将其和可见光叠加，就能够准确判断其电晕强度和位置，用作判断设备状态的依据。紫外线波长在40－400nm左右，太阳光中也有紫外线，但是大部分为地球臭氧层吸收，能够辐射到地面的紫外线波长大部分都在300nm以上，300nm以下称作太阳盲区。空气中氮气电离发出的紫外线波长在280－400nm左右，有一小部分不足280nm，处于太阳盲区，如果能够探测到该波段紫外线，来源只能是地球上的辐射。最新一代紫外线成像仪就充分利用了太阳盲区，使用特殊的滤镜，调整仪器工作区间在240－280nm，白天也能够观察到电晕，干扰很小。
三、紫外成像技术在变电站带电检测中的应用
当设备产生电晕放电时，会使得电器设备周围的空气发生电离，电子从电场中持续获得能量，当电子从激励态轨道返回原来的稳态电子能轨道时就会以电晕、闪络或火花放电等形式释放能量，此时，就会辐射出含有紫外线成分的光波。短期的电晕放电一般不会对电气设备造成一定程度的损坏，但长期的强电晕放电现象对设备还会造成一定程度的损坏，严重时会造成击穿。因此，及时发现并处理电晕放电的位置对延长电器设备的寿命以及保障电力设备正常运行方面都有一定的积极作用。
1、隔离开关放电监测
隔离开关在长期使用过程中，受到环境影响，可能出现生锈、污染、毛刺等问题，影响电场分布，可能出现局放。隔离开关放电是一种非关键部位放电，轻度放电不会影响工作，但是如果放电严重或者积累到一定程度，就会导致隔离开关失效，因此有必要对隔离开关进行定期检查。使用紫外检测技术进行隔离开关检测，可见不稳定性间歇放电，问题一般出现在隔离开关支柱绝缘子高压侧，可能是严重锈蚀导致，电场畸变并形成间隙性电晕，不会影响设备运行，但是长期如此可能会加剧金属附件腐蚀，而隔离开关导体连接部位温度上升和电晕并无直接关系，是一般缺陷，需停电消陷。
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2、线路整体维护
常规电站放电异常的检测方法有听声音和夜间观察等，很多设备放电不会对其运行造成严重影响，使用声音侦听方法，设备振动、噪声、干扰以及主观因素都会影响检查结果，而且侦测距离有限，线路整体维护检测劳动量很大。而使用夜间观察法，如果夜间能够观察到绝缘设备发光，表示漏电问题已经很严重，很多设备在能够观察到发光之前就已经出现了故障，这种方法的时效性不强。相比之下，使用紫外线成像技术，在地面或者直升机上就能够对变电站和线路设备进行全面扫描，结合经验能够快速判断有哪些异常电晕，通过动态监督，提高了线路整体的维护水平，有效预防线路故障，及时发现设备缺陷。
3、绝缘子放电
使用紫外成像技术，能够在一定距离内有效察觉放电，准确定位放电位置，对其危害性进行定量测定和综合评估。使用紫外成像仪还可以观察试验品的电气耐压性能，在进行高压设备和绝缘设备的电气耐压试验时，使用紫外成像仪，能够直观的观察设备是否在试验过程中发生了闪络，如果能够观察到电晕，表示设备绝缘性能不合格，需要结合电力产品的材料、结构、使用情况对绝缘缺陷的严重程度进行评估。与此同时，紫外成像检测结果还能够用于电力产品的寿命预测，建立紫外成像检测结果数据库，方便诊断、分析、评估，甚至有希望发展为行业标准。
4、导线外伤
导线架线操作过程中以及使用过程中都有可能出现绝缘损伤，外部损伤、断股、散股等都可以使用紫外成像技术进行检测。导线表面以及内部结构异常都会导致周围电场分布变化，连续性改变，满足条件就会产生电晕。导线外伤导致的放电电晕难以使用人工方式进行检测，但是利用紫外成像技术，则能够快速定位故障点，在日常巡查、工程验收和故障检测方面有能够广泛应用。变电站内高压设备表面污染会影响设备的绝缘性能，可能导致闪络放电，并产生电晕。高压设备污染表面往往比较粗糙，一定电压下就会放电，应用紫外成像技术，能够准确的反映出导线的污染程度，清晰查看污染物分布情况，配合高倍显微镜，能够更加直观的了解污染情况，给制定科学的检修计划、预防闪络、爬电提供科学的依据。
5、高压变电站及线路的整体维护
目前，紫外成像仪在中国电力系统主要侧重于实际应用，还没有系统、全面的研究成果，尚存在一些问题有待进一步改进。a）基于紫外光子计数来判断电晕放电程度，其检测结果受外界环境影响较大。湿度、距离、增益等因素对电晕能量有较大的影响，考虑将各种影响因素整定拟合相关公式，把不同环境下的检测结果归算到同一标准下，有利于对设备放电情况作出准确判断。b）本文根据每分钟检测到的紫外光子计数将缺陷分成三大类。但是，该方法目前不能有效判断电晕放电在什么阶段，是否会影响设备正常运行，无法做到定量分析。c）紫外检测技术检测到设备电晕放电后，如何正确评估设备的电晕放电以及相应的处理意见是亟需解决的问题。因为不同设备或同一设备的不同部位的电晕放电导致的后果不相同。
结束语
现阶段，高压设备放电检测应用最为广泛的仪器主要有声波检测仪和红外热像仪，其中超声波检测使用超声波并将其转变为人耳可听范围声音，根据信号强迫判断信号强度和距离，热成像检测技术能够探测设备的发热地点从而判断故障点，而紫外成像技术则能够直接观察放电情况，方便现场工作人员快速判断故障点位置，有着广阔的应用前景。
参考文献
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[4]张旭,杨占君.紫外成像检测技术在变电站及输电线路中的应用实例[J].甘肃科技,2014,17:74-76+67.
论文作者:赵冬冬
论文发表刊物:《中国电业》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签：电晕论文; 设备论文; 紫外线论文; 电离论文; 技术论文; 高压论文; 波长论文; 《中国电业》2019年11期论文;