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摘要：针对高压开关柜局部放电易引起设备劣化，威胁电力系统安全运行的情况，根据空气绝缘开关柜典型的局部放电特性，详细分析了局部放电产生的紫外光表现特征，同时对局部放电产生的紫外机理及紫外检测因素也进行了分析。
关键词：开关柜；局部放电；紫外光
1 引言
近年来，电力系统中开关柜应用越来越广，开关柜现场试验方法的不足和投运的开关柜绝缘特性劣化导致的电力事故数量逐年攀升，严重威胁着电力系统的安全运行，最终影响供电质量和供电可靠性。
传统情况下，电力公司对于台区安全防范采取定期巡检的方式。由于各台区在地域、运行环境、负荷情况以及设备本身一致性不尽相同，因此对维护周期和工作内容也会有所区别。如果按照传统的巡检方式，势必会造成人员、物资，时间上的浪费。加上不同的外在因素影响（如温湿度、雷雨、外力等），若故障时没有被及时发现，微小的放电即可能会引发成大事故。据统计，仅驻马店市每年台区事故就有几十起，而绝大多数的事故前期都有不同程度的放电，所以对台区实时放电情况的检测已经迫在眉睫。
尽管很多电力公司采用了巡检或者监控的方法在做台区安全防范，运用的技术手段也多种多样，如红外成像、紫外成像、超声巡检等。但是由于受人力、成本、干扰等问题的束缚，低成本地解决台区放电监控问题最终仍未得到解决。
2 局部放电的表现特征
（1）放电时间不尽相同，这些放电一般是由于绝缘体内部或绝缘表面局部电场特别集中而引起的。通常这种放电表现为持续时间小于1 微秒的脉冲。但是也可能出现连续的形式，比如气体介质中的所谓无脉冲放电。
（2）这些放电通常伴随着声、光、热和化学反应等现象。
由于放电除了引起超声波以外，还会导致光、热和化学反应。如果能够综合利用这些现象，那么探测局部放电将会变得很容易。但是运行环境很难允许探测装置靠近上述设备做热和化学反应方面的探测。局部放电光学特征主要由可见光和紫外线组成，虽然放电时间比较短暂，但是只要可靠的设备通过对这些光学成分进行分析一定能够将放电探测变得更加容易。
由于自然条件因素，可见光势必受到很大的干扰。如何区分放电发出的光与自然光是重中之重。太阳本身发出的光线与放电发出的光线完全一样，但是太阳光在进入地球大气层的时候，部分紫外线被臭氧层挡在在了外面。根据这一差别，如果能够使用探测到这一波段的紫外线，那么就能够实现对放电的可靠探测。
（3）紫外光的特性：
①紫外线的产生
自然界的主要紫外线光源是太阳，太阳光透过大气层时波长短于290nm的紫外线为大气层中的臭氧吸收掉。人工的紫外线光源有多种气体的电弧（如低压汞弧、高压汞弧）以及白炽灯等。
②紫外线的组成
它由紫外光谱区的三个不同波段组成，从短波的紫外线C到长波的紫外线A。紫外线是电磁波谱中波长从10nm到400nm辐射的总称，不能引起人们的视觉。太阳光中是包含整个UV（紫外）波段的光.而且包含其它的长波与短波的光。紫外光被划分为A 射线、B 射线和C 射线（简称UVA、UVB 和UVC），波长范围分别为------- 320-400nm，280-320nm，200-280nm。常见源的波段，白炽灯波长范围约为400nm~780nm；太阳光波长范围约为20nm~2500nm（实际范围应该更宽）
③紫外线的传输性
根据波长可分为4种：近紫外UVA、远紫外线UVB、超短紫外线UVC及UVD及真空紫外。
UVA波段，波长320～400nm，又称为长波黑斑效应紫外线 。它有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面
UVB波段，波长275～320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，
UVC波段，波长200～275nm，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。
UVD波段，又称为真空紫外线。比短波紫外线波长还短的紫外线，波长范围在10-200nm之间，称为真空紫外线，穿透力极差。
目前，紫外检测仪器在敏感度、可见光影像放大度等方面已经做得比较理想，可以很好地为电晕定性定位。但对于电晕对设备正常运行的影响程度，是否需要立即停电处理等问题，目前仍没有一套好的导则。美国电力科学研究院（EPRI）制订的《架空输电线路电晕和电弧检测导则》和《变电站电晕和电弧检测指南》，只是列举了很多例子来帮助用户定性分辨哪些电晕是关键的，哪些是可忽略的，至于定量分析，目前仍没有一个好的标准。
3局部放电产生紫外的机理
（1）电晕放电
高压导体粗糙的表面、终端锐角区域、绝缘层表面污秽区、高压套管及导体终端绝缘处理不良处，以及断股高压导线、压接不良导线、残缺的绝缘体、破损的瓷瓶和绝缘子等有绝缘缺陷的电气设备，在高电压运行时，会因为电场集中而发生电放电晕，出现可听噪声、无线电干扰和电能损失等故障，对环境和设备运行产生一定的影响。因此，适度控制电晕效应，对发展特高压输电非常重要。当电气设备周围的电场强度达到某一临界值时，就可能发生电晕，该临界值称为起晕电场强度。电气设备发生电晕时，其周围空气将发生电离，在电离的过程中，空气分子中的电子不断从电场中获得能量，当电子从激励态轨道返回原来的稳态电子能轨道时，就以电晕、火花放电等形式释放能量，此时，会辐射出含有紫外线成份的光波。
（2）检测原理
以紫外成像技术进行电量放电检测，是利用特殊的仪器接收电晕放电产生的信号，经处理后成像并与可见光图像叠加，达到确定电晕的位置和强度的目的，为电气设备的状态检测提供依据。紫外线的波长范围是40～400nm。太阳光中也含有紫外线，但由于地球的臭氧层吸收了部分波长的分量，实际上辐射到地面上的太阳紫外光谱都在300nm以上，低于300nm的波长区域称为太阳盲区。
4影响紫外光检测的因素
统计紫外检测仪在1min内得到的紫外光子数可以作为被检测对象发生电晕的强度指标。紫外光子计数值受到许多因素的影响，检测距离、大气的湿度、温度、气压、海拔等，都直接影响到光子计数器的读数。
1）距离的影响
检测距离对检测结果有明显的影响。当检测距离增加时，其视场角将减小，相应地灵敏度也随之降低。
2）湿度与污秽的影响
湿度增大，起晕电场强度会降低。由于湿度增加使绝缘子表面导电能力增强，放电脉冲数上升，绝缘子串的放电现象也会增多。但通过试验又发现，大气湿度增大时会吸收更多的紫外光，使紫外检测效果降低。由此可知，湿度的影响因素比较复杂。湿度增加是否有利于紫外检测，尚需要具体分析和判断。从污秽试验可以看到：正常绝缘子存在污秽时，其放电次数受表面湿度影响相当大。在相对湿度大于95%的潮湿情况下，放电次数多于绝缘子串的低值绝缘子的放电次数；但在干燥的状态（相对湿度小于75%）下，情况则相反。测试结果表明，污秽因素是通过湿度因素而发挥作用的。
3）气压与温度的影响
当气压降低或温度升高，会使空气密度降低，空气分子间的平均距离增大，在电场作用下，由于自由行程增长，在电场中获得的能量增多，使空气容易发生电离，因而起晕电场强度降低；反之，若气压升高或温度降低，则会使起晕电场强度增高。
5 结论
本文详细分析了局部放电产生的紫外光表现特征，同时对局部放电产生的紫外机理及紫外检测因素也进行了分析，放电时总会伴随光的产生，这样可通过紫外采集器采集紫外光信息，根据其一致性的变化规律及特征，分析采集到的紫外光信息，以此有效屏蔽干扰，使得探测到的灵敏度进一步加强。
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论文作者:金翼1,许焱1,崔诚1,马文宣1,卜祥洲2,李幸汶
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：紫外线论文; 电晕论文; 波长论文; 电场论文; 紫外光论文; 局部论文; 开关柜论文; 《电力设备》2017年第30期论文;