紫外成像技术对发现电力设备绝缘缺陷的应用.pdf

1 生 訇 出 紫外成像技术对发现电力设备绝缘缺陷的应用 Appl i ca t i on of ul t r avi ol et i m ager y t echnol og y i n det ect i n g i nsul at i on d ef e ct of el e ct r i caI e qui pm en t 李昆‘ ，李明 ，张帅 L l Ku n ， L I Mi n g ， ZHANG Sh u a i ( 1 ． 河南省商丘师范学院，商丘 4 7 6 0 0 0 ；2 ． 河南省商丘供电公司，商丘 4 7 6 0 0 0 ) 摘要：带有高压的电气设备、母线或线路的周围会产生强电场 ， 特别是设备有尖端、母线或线路出现 断股、绝缘子存在裂纹或 “ 零值”时，其周围空气将发生电离，就会出现紫外线。紫外探测 器收到放电时产生的紫外线，经后端处理电路处理后与可见光影像重叠 ，显示在紫外成像仪 屏幕上，达到确定电晕位置和强度的目的，为评估电力设备绝缘状况提供可靠的依据。 关键词：紫外成像；电力设备；绝缘缺陷；应用实例 中图分类号：T M8 5 4 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 9 —0 1 3 4 ( 2 0 1 2 ) O l (I- - ) 一0 0 4 5 -0 3 D o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 0 1 (I- ) ． 1 6 0 引言 运 行 中的 电气 设 备 、母 线或 线 路带 有 高 电 压 ，带有高压的电气设备 、母线或线路的周围会 产生强电场 ，当它们周围的电场 强度达到某一 个 临界值时 ，特别是设备有尖端 、母线或线路出现 断股 、绝缘子存在裂纹或 “ 零值 ”时，其 周围空 气将 发生严重电离。在这电离过 程中 ，空气分 子 中的电子 不断地从 电场 中获得能 量，继而 又释 放 出这 部分 能量 。当电子从激励 态轨道返 回原来 的 稳定 电子轨道时所释 放出能量时 ，就 以电晕 、火 花放 电等形 式出现 ，电晕放 电会产生一种峰值功 率可达数十兆瓦，波长范围小于3 8 0 n m ( 纳米 )， 重复频率为数十至数 千赫兹 的荧光 ，这种荧光 中 有很大成分为紫外线 ，一般用眼不易观察到。 1 紫外成像的技术 紫外线 是电磁波谱 中波长从 l O n m~ 4 ．O O n m辐 射的总称 ，自然界的主要紫外线光源是太阳 ，人 的视觉是观察不到的 。紫外线根据波长可分为 ： 短波紫 外线 ，简称UVC，是 波长 1 9 0 n m~ 2 8 0 n m 的 紫 外 线 ； 中 波紫 外 线 ， 简 称UVB， 是 波 长 2 8 0 n m~ 3 1 5 r i m的 紫外 线 ；长 波 紫外 线 ，简 称 UV A，是波长3 1 5 n m~ 4 0 0 n m的紫外线。 怎么能够探测到紫外线，是近几年来研究最热 门的军 民两用光电探测技术之一，紫外探测技术是 一 种被动探测，是继激光探测技术和红外探测技术 之后发展起来的又一种新颖探测技术。在紫外探测 技术中，主要有紫外探测器和紫外摄像器件，近几 年来该技术发展很快 ，至今 巳研制出了紫9 b MOS 图像传感器 ，Ga N／ Al Ga N异质结P I N光电二极管阵 列、S i C、Ga N紫外探测器 、紫* b C C D以及用于紫 外摄像的B T ． C C D的P t S i — S B 口 R F — P A等。 在 电力网中，高压设备 电气放 电时 ，根据电 场强度的不 同，会产生电晕 、闪络或电弧。在 放 电过程 中，空气中的电子不断获得和释放能量 ， 而 当 电子释 放能 量 ( 即放 电 )，便会 放 出紫外 线 。紫外成像技术就 是利用的这个原理 ，紫外探 测器收到放电时产生的紫外线 ，经后端处理 电路 处理后与可见光影像重叠 ，显示在紫外成像仪屏 幕上 ，达到确定电晕位置和强度的 目的，为评估 电力设备绝缘状况提供更可靠的依据。 2 在电力中的应用 目前 ，可用于诊断 目的的放电过程的各种 方 法 中，光学方法的灵敏度、分辨率和抗干扰能力 是最好的 ，紫外成像技术就是利用太 阳盲区的紫 外线光( 2 4 0 n m~ 2 8 0 n m) 进行检测，属于光学方法。 所 以紫外成像仪可以直观的判断和定位运行中的 电力设备 电晕放电和表面局部放 电特性及其 电力 设备外绝缘状态和污秽程度，不接触，可远距离 观察、检测，为我们开展的输、变电设备状态检 修提供强有力的支撑。 收稿日期：2 0 1 1 - 0 8 - 0 5 作者简介：李昆 ( 1 9 9 0一 )，男，河南商丘人 本科，研究方向为电气工程及其自动化。 第3 4 卷第1 期2 0 1 2 — 0 1 ( 上) 【 4 5 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 訇 似 紫外成像仪 的主要功能是 ：1 )评估绝缘的表 面电导 ( 既污秽程度 )；2 )查验支柱式绝缘上有 无微观裂纹 ；3 )测试悬挂式瓷绝缘中的零值绝缘 子 ( 既测 “ 零 ”)；4 )观察电晕放电和表面局部 放 电的来源 ；5 )检测运行中电力设备外绝缘子闪 络痕迹；6 )还可判定发电机定子线棒上的绝缘缺 陷；7 )评估验收高压带电设备布局、结构 、安装 的工艺 、设计等是否合理和适用 ；8 )找出干扰通 讯线路 的高压输电线路的放电部位 ；9 )能清晰看 到高压输电线路断股及线径过小而引起 的电晕放 电 ；1 0 )快速发现高压输变 电设备上附 着的导 电 物体等。 紫外成像仪按使 用可分为 ：夜晚型紫外成像 仪和 日盲型紫外成像仪两种。 3 影响紫外检测的因素 紫外计数 为紫外电晕检 测仪每分钟 内测得的 紫外光子数 ，可作为 电晕活动强度的表示 。而紫 外计数与距离 、仪器增益、气压、温度 、湿度等 因素密切 相关 。因此 ，必须明确这 些因素对紫外 监 测结果 的影 响 。 3 ． 1距离的影响 为了解距 离对计数 的影 响情 况，模拟 了一个 点 电晕 源 ，记录不 同距 离下 的紫 外计数 和平 均 值，结果如表1 所示 。 表1紫外计数与距离的关系 3 ． 2 增益 的影响 紫外光谱在电晕所发 出的光谱 中所 占比例较 小 ，且经过光学 系统传输损耗 ，最终 到达C CD板 的紫外光子数大 为减少 ，仅约为镜头接受到总数 量的3 ％。为提高仪器的灵敏性，仪器内部对进入 光学系统 的紫外光子进行增益处理 。这直接改变 了紫外计数 的具体数值，也就影 响到对 电晕强度 的评价 。紫外计数与增益间关 系的 了解有助于仪 器的实际应用，在紫外计数小于2 0 0 的情况下 ，一 般可选择高的增益 ( 大干1 5 0 )，以便发现较 弱的 电晕源；紫外计数大于2 0 0 4 ~ 于5 0 0 0 时，一般可在 9 O ～1 5 0 区间选取增益 ，方便进行比较 ；紫外计数 大于5 0 0 0 时，选取小的增益 ( 小于8 0 )，以便避 免紫外图像相互叠加，才能准确定位电晕源。 3 ． 3气压和温度的影响 根据国标GB 3 1 1 — 8 3《 高压输变 电设备的绝缘 配合》和GB7 7 5 — 7 9 《 绝缘子试验方法》，大气状 态不同时 ，外绝缘的放 电电压( 空气间隙的击穿或 空气中沿固体绝缘表面 的闪络) 进行校正，其 中空 气密度校正因子K d 为 f p 1 f 2 7 3 + t 1 “ 八 j 式中：p 为试验条件下的空气压力，单位：k P a ； 距离 紫外计数 ( 个／ 分钟) 平 均 值 『 (m ) 1 2 3 4 5 6 7 8 4 ． 9 3 7 l 5 3 6 2 2 3 7 5 6 3 7 6 9 3 6 6l 3 8 3 6 3 8 3 6 3 7 4 4 3 7 4 7 6 ． 3 3 3 7 9 3 4 4 1 3 3 5 2 3 5 4 0 3 3 8 3 3 4 0 0 3 4 6 4 3 3 9 6 3 4 0 8 } 7 ． 7 3 0 7 0 2 9 7 0 3 0 9 6 3 l 5 l 3 0 1 O 3 1 0 4 3 1 2 9 2 9 5 5 3 0 5 4 I 9 ． 1 2 9 6 3 3 0 2 8 3 0 3 6 3 0 3 0 3 0 6 4 3 0 2 7 3 0 5 8 2 9 15 3 0 0 8 l 0． 5 2 5 5 4 2 6 5 3 2 5 8 3 2 7 1 4 2 5 9 7 2 6 6 7 3 6 5 l 2 5 9 0 3 6 l 7 l 】 ． 9 2 4 4 0 2 5 2 1 2 5 l 5 2 5 7 4 2 5 l 9 2 4 5 8 2 5 0 9 2 4 4 0 3 4 9 5 l 3 ． 3 1 9 7 2 l 9 5 9 2 0 1 5 l 8 9 8 1 9 8 9 2 0 0 7 2 0 0 l 1 9 9 5 l 9 8 l 1 4． 7 l 8 l 7 1 7 8 8 l 7 8 3 l 7 8 6 1 7 4 4 1 7 8 9 l 8 01 1 8 0 8 l 7 9 5 1 6． 1 1 2 4 1 l 2 4 6 1 2 4 9 l 2 O 2 l 2 3 l 1 2 3 2 1 2 0 1 l 2 O 8 1 2 2 9 l 7 ． 5 9 5 9 9 5 4 9 4 0 9 4 1 9 6 0 9 3 4 9 6 7 9 6 3 9 5 0 1 8 ． 9 6 5 9 6 4 5 6 8 8 6 6 8 6 7 9 6 7 8 6 7 5 6 61 6 6 9 由表 l 可知 ，尽管 电晕 的发生有一 定的分散 性，但多次计数的分散性不大，单次计数和平均值 相差很小，差别均小于3 ％。这表明进行监测时可 采用计数稳定后的一次数值作为电晕强度的表示。 1 4 6 1 第3 4 卷第1 期2 0 1 2 — 0 1 ( 上) t 为试验条件下 的空气温 度，单位 ：℃； m、n 为 小 于 1 的修 正 系 数： p 。 和t 。 分别为标准状态下 空 气的压力 1 0 1 ． 3 k P a 和温度 2 0。 C 。 假定t 。 为0 ℃和4 0 ℃ 、P 。 为9 0 k P a 和1 1 0 k P a 分别进行计 算 ，K 均 位于 ( 0 ． 9 ， 1 ． 1 ) 之 间 。而 检测仪 由于 紫外滤 镜 、 光 学 系 统 传 输 效 率 、 CC D灵敏性 等部件 的差异 ， 不 同 仪 器 之 间 的 计 数 存 在 2 0％的误差 ， 同一仪 器 的 计数存在 3 ％的误差，且现场检测时观测角度等 因素 的不 同也会带来一定偏差 。因此，温度和气 压 的差异可能淹没在仪器本身 的误差和测量的偏 差 中。因此 ，可 以认 为现场测试时可不考虑气压 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m