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摘要：紫外成像检测技术是近年来迅速发展的一项新技术，其利用电力设备放电过程产生大量紫外线这一特点来评估电力设备的绝缘状态，及时发现设备的放电缺陷。与其他检测方法相比，紫外成像检测技术具有简单高效、安全方便，且不影响设备运行等特点，可以很方便、精确地对高压电力设备的电晕放电进行检测，在国内外电力系统得到越来越广泛的运用。为了更好地促进紫外成像检测技术在电网中的应用，本文基于紫外成像检测技术的原理，介绍了多种电力设备的紫外检测图谱。
关键词：电力系统；紫外成像技术；应用
随着我国电力工业的发展和电网负荷需求的提高，电力系统对输变电设备的可靠性提出了越来越高的要求。因此，输变电设备运行状态的在线检测和故障诊断，对提高设备运行的可靠性、经济性和降低维修成本都具有重要意义。紫外成像检测技术是在设备不停电的情况下直接观察设备的放电情况，能够更好地早期发现设备的异常情况，可以更加灵敏、直接反映设备运行中的放电现象，确保设备缺陷得到及时处理，保证电网安全稳定运行。
1 检测原理
紫外线的波长范围是40～400nm，太阳光中也含有大量的紫外线，但是由于臭氧层的吸收作用，实际辐射到地面上的太阳光中的紫外线波长大都在300nm以上，低于300nm的波长区间称为太阳盲区。而高压设备放电时，根据电场强度的不同，会产生电晕、闪络或电弧。电离时，空气中的正负离子不断获得和释放能量，在释放能量的过程中，即有紫外线辐射出来，放电产生的紫外线的波长范围为230~405nm。如图1所示。紫外成像技术，就是利用特殊的仪器接收处于240~280nm（太阳盲区）范围内的紫外线信号，经处理后成像并与可见光图像叠加，以此达到排除干扰，确定放电的位置和强度的目的，从而为进一步评估设备状态提供依据。
2 紫外成像检测结果以及问题
判断紫外成像检测仪不是电子检测设备，无法直接获取电晕放电量，而是利用平均每分钟放电产生的光子数来表征放电的强度，以此评估电晕放电缺陷的严重程度。
紫外成像检测技术作为一种输变电设备的新型检测手段，其全面应用仍有几个技术难题亟待解决：
2.1 紫外光子标定问题
现有紫外检测设备，都以检测到的紫外光子数量多少来表征放电强度，但仪器显示的光子数与仪器自身的增益（可调）密切相关，而且与检测仪器与放电点的距离、空气湿度等环境因素有关，要准确反应放电强度，必须对仪器显示的光子数进行有效标定。
2.2 放电强度的量化问题
以往利用紫外成像仪在现场进行电晕放电检测的过程中，是根据仪器所显示的单位时间内紫外光子数对电晕放电强度进行量化的。这种量化手段的特点是可以实时统计单位时间内目标电晕发生时带电粒子电离和复合过程中所发出的紫外光子，并以此为参量表征电晕放电的强度。但是这种手段没有客观比较的依据，即依据这样的参数，不能有效判断（电气设备）电晕放电处在什么阶段，是否存在即将发生闪络的危险，也不能有效判断（输电线路）电晕损失是否在正常的范围之内。
2.3 温度与气压因素的影响
大气中气体分子的密度和气温高低、气压大小有关。温度越低、气压越高，空气密度增大，减小了气体分子电离时自由电子的平均自由行程，因此自由电子从电场中可以获得的动能减小，不易引起空气分子的碰撞电离；相反温度越高、气压越低，空气间气体分子密度越小，增加了气体分子电离时自由电子的平均自由行程，因此自由电子从电场中可以获得更大动能，容易引起空气分子的碰撞电离，降低电场强度的门槛值，使得电晕强度增加，紫外光子数增加。
3 紫外成像技术在电力设备故障检测中的应用
3.1 导线表面放电
在实际工程中，高压输电线路在野外环境中因长期风吹雨淋、雷击等原因经常会发生线路断股、散股、毛刺及污秽等情况，影响线路安全运行。在工作电压下导线断股、线夹脱落等情况易引起电晕放电，这是由于受损部位引起了电场畸变，电晕和局部放电引发的紫外光强度远远高于其他部位，因此，可采用紫外成像仪检测导线电晕情况。
图2为某导线表面受损放电的紫外图谱。检测时，空气湿度为75%，检测距离为30m，增益设定为160。检测的光子数为2454，属于II级缺陷。运行导线铝股表面受损、粗糙或断股的原因可能是工艺不良、施工受损、长时间运行疲劳或雷击、锈蚀等。
3.2 导线“断股”缺陷检测
在实际工程中，高压输电线路地线在野外环境中因长期风吹雨淋、飞石、冰冻、雷击等原因经常会发生线路断股、散股等情况而影响线路安全运行。目前主要通过目测方法进行检测，采用望远镜用肉眼观察是否有明显翘起的线头，但当线头没有明显翘起时，肉眼观察将受到很大局限。由于导线断股时，其断口尖端在工作电压下容易发生电晕放电，因此，可采用紫外成像仪检测输电线路电晕情况，判断线路是否存在断股缺陷以弥补目测方法的疏漏。
3.3 电缆放电
电缆主要包括电缆本体和接头，一般放电较严重的部位是电缆头以及电缆固定处，造成放电的原因是在铺设电缆时，由于安装电缆的质量原因造成绝缘薄弱，电缆固定处因机械磨损造成绝缘失效，电缆还有可能发生击穿，造成局部电缆老化，甚至造成发热，危及电力线路的安全可靠性以及危害人身安全。初步判断该电缆中部有破损造成局部电场畸变，导致电晕放电，建议及时进行检修，避免电缆因长期电晕放电引发击穿的严重故障。
综上所述，本文对紫外成像检测技术原理及其在高压电力设备电晕放电检测的应用情况进行了分析，得出以下结论。紫外成像检测技术可以直观地观测到高压电力设备电晕放电的情况，且不影响设备的运行状态，可用于变电站与输电线路日常巡检工作，有助于及时发现设备放电缺陷并消缺。紫外成像检测的光子计数受检测距离、湿度、风速等环境影响。在实际使用中，应将外界条件影响降到最低，使得紫外光子计数相对比较稳定。
参考文献
[1]陈子奇.基于日全盲紫外成像技术的电力设备故障诊断[D].南京师范大学,2016.
[2]戴利波.紫外成像技术在高压设备带电检测中的应用[J].电力系统自动化,2003,20:97-98.
[3]苗永峰.紫外成像技术在变电站设备外部放电检测中的应用[D].华北电力大学,2016.
论文作者:刘志洋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/14
标签：电晕论文; 光子论文; 设备论文; 电缆论文; 强度论文; 导线论文; 电离论文; 《电力设备》2017年第6期论文;