摘要：利用输电线路和变电站设备电晕可以进行缺陷定位、分析判断绝缘的真实状况。研制了基于日盲滤光片和MCP探测器的电晕紫外成像仪，并与可见光摄像机进行同视场检测，实现了电晕的高灵敏检测和定位。为验证紫外成像检测的性能，利用高压尖端放电设备进行了不同放电强度的实验。结果表明，可以实现×××的可靠探测和定位。
1 概述
随着超高压电力系统的发展，输电线路和电力设备上的电晕等微弱放电现象日益严重，电晕等微弱放电现象可能使线路或者设备表面发生电化学腐蚀，其长时间作用对线路或设备的安全运行造成威胁。同时，异常的电晕等微弱放电现象又可能是部分缺陷故障的早期征兆。目前紫外成像诊断技术是发现电气设备电晕放电故障隐患的重要手段。
目前生产电晕检测紫外成像仪主要有俄罗斯、南非和以色列OFIL等国家，我国电力部门2000年以后开始引进该产品，并进行了一系列的应用实验，表明该项技术具有简单高效、直观形象、且不影响设备运行、安全方便的诸多优点。
研制了基于日盲滤光片和MCP探测器的电晕紫外成像仪，并与可见光摄像机进行同视场检测，实现了电晕的高灵敏检测和定位。为验证紫外成像检测的性能，利用高压尖端放电设备进行了不同放电强度的实验。结果表明，研制的设备可以实现分析电晕强度和确定电晕位置。
2 系统组成
电晕紫外/可见成像仪系统的组成如图所示，主要由接收光路系统、日盲紫外成像模块、可见光摄像模块、图像采集与处理模块等。接收光学系统通过分光镜将入射光分成两路，一路进入可见成像通道，另一路进入紫外成像通道，实现了紫外与可见光的同视场成像。日盲紫外成像模块用于测量和分析目标紫外光辐射特征图像，日盲特性使其能够不分白昼的工作。其核心部分是紫外成像检测系统，它包括紫外成像物镜、日盲滤光片、紫外MCP等；可见光摄像模块与日盲紫外摄像模块的成像视场相同，用于形成观察区域的可见光图像；图像采集与处理模块完成日盲紫外图像与可见光图像的采集，按照一定的算法对两个波段的图像进行融合，分析紫外图像中产生电晕强度，确定电晕位置，为进一步评价设备的运行情况提供依据。
（1）日盲滤光片
由于地球大气层中的臭氧对200～290nm波段紫外光的几乎完全吸收，形成所谓的“日盲区”，太阳光的辐射光线经过地球大气的臭氧层后，紫外辐射已经变得很微弱了，这样就在低于臭氧层的中低空下就形成这样一个空域，在该空域内太阳背景中紫外辐射的能量极其有限，在成像探测系统上就表现为“干净的背景图像”。如果在该区域内探测到能产生大量的“日盲区”的紫外辐射源，那么就能在其“干净的背景”下轻松地探测出紫外辐射源目标。 紫外成像滤光片是日盲紫外告警系统的关键部件，起到抑制系统通带外可见光及日光紫外成分的作用。为了满足系统对于视场的要求。以色列OFIL公司生产的日盲滤光片透过率曲线如图所示，中心波长为264nm，峰值透过率达13%，带宽为19±2nm，带外抑制比大10-7以上，能够有效的抑制280nm以上的太阳辐射，满足日盲探测的要求。
（2）紫外像增强器
紫外增强CCD由紫外像增强器、光纤像耦合器、CCD构成，其中CCD的性能为600电视线、795(H)×596（V）像元、信噪比为52dB(AGC0ff)，紫外像增强器由一级MCP构成，灵敏度大于160uA/1m、辐射灵敏度（254nm）大于33mA/W、分辨力大于43Lp/mm（线对/毫米）、光谱响应范围为200nm～900nm、增益为5800cd/m－2•lx－1、输入窗为透紫外石英玻璃。
（3）图像采集与处理
图1 电晕紫外/可见成像仪组成原理图
图2 日盲滤光片透过率曲线
图3 紫外/可见图像采集与处理
系统进行工作的时候，经过CCD采集到目标区的含有两个不同波段的光谱成像视频信号，经过图像解码器将视频信号进行A/D转换，转换出两路数字视频信号进入数字信号处理器DSP（TMS320DM642），在DSP中，主要进行图像融合前的预处理、数字倍率调整、数字位移配准，然后通过预先设定好的图像融合算法进行融合，输出数字信号经过D/A转换，到LCD显示，并VCR录像机保存。系统的工作原理框图如图所示。
3 实验及分析
（1）实验设备
为检验紫外成像检测仪的性能，采用干式试验变压器放电实验设备（如图4所示）在不同高压时的尖端放电模拟电晕，采用自行研制的紫外成像仪与国外同类紫外成像仪日盲SBI-II进行对比测试，
额定参数：
图4
日盲SBI-II成像仪，集成了紫外灵敏ICCD摄像机、紫外镜头和吸收型日盲滤光片组成，在夏天中午时直射太阳时紫外也没有响应，在日盲波段范围内(250-280nm)具有极高的紫外探测灵敏度，紫外3x10^(-18)watt/cm^2，光阴极量子效率（260nm）大于25%
（2）实验图像及对比
为了直观了解本项目研制紫外成像仪与国外紫外成像仪成像质量的差别，我们分别对不同距离不同电压等级的放电进行了成像实验，可得如下结果（图5）：
根据对上述四组图像（本项目仪器紫外成像和国外仪器紫外成像）的对比分析，我们可以得出：本项目仪器紫外通道成像灵敏度和成像距离和国外仪器相近，但由于紫外成像器件噪声大，成像质量略差。
4 小结
利用紫外成像技术对电力设备的检测，结合实验研究，可得出如下的结论：
(1)实验研究的结果表明，通过有效的建立电晕电流强度与紫外辐射强度之间的量化关系，从而实现利用紫外成像技术来测量电晕放电等级的目的。
(2)紫外成像技术作为一种新的电气设备绝缘检测技术，可直观且有效地检测到高压设备由于缺陷或故障而导致的放电现象，可用于设备的绝缘状态评估。
本项目仪器 国外仪器
观目距离20米和放电强度25KV
本项目仪器 国外仪器
观目距离30米和放电强度25KV
本项目仪器 国外仪器
观目距离30米和放电强度80KV
本项目仪器 国外仪器
图5 观目距离60米和放电强度50KV
当然，紫外成像法也有一定的局限性，对有些缺陷检测并不十分奏效，在工程实际中，有必要结合其他检测方法进行联合检测才能取得较好的效果。
论文作者:卢昱磊,马品文,李双喜,白建林,关攀飞,刘雪锋,
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/13
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