探討紫外成像測(cè)試儀在絕緣子帶電檢測(cè)中的應(yīng)用

葛一帥 許杰 謝琳

摘 要：通過對(duì)紫外成像測(cè)試儀在絕緣子帶電檢測(cè)工作中的應(yīng)用，介紹電暈產(chǎn)生機(jī)理、危害及紫外成像測(cè)試儀的測(cè)試原理，并通過與其他測(cè)試方法的比較得出紫外成像測(cè)試技術(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)通過案例分析紫外測(cè)試的影響因素，對(duì)下階段紫外檢測(cè)工作開展提出建議。

關(guān)鍵詞：紫外成像測(cè)試 電暈放電 絕緣子帶電檢測(cè) 紅外檢測(cè) 超聲波探傷

中圖分類號(hào)：TM85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）009-096-02

1 前言

運(yùn)行中的各類絕緣子長期經(jīng)受強(qiáng)電場(chǎng)、高機(jī)械應(yīng)力作用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生絕緣子內(nèi)部破損、外表面開裂，甚至絕緣子破裂造成短路接地等事故，給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來了巨大威脅。因此，對(duì)絕緣子運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)工作顯得尤為重要。目前工作中判斷絕緣子是否損壞的主要方法有：耐壓試驗(yàn)、絕緣電阻測(cè)量、紅外檢測(cè)、超聲波探傷、目力觀察以及絕緣子帶電測(cè)零值等。耐壓試驗(yàn)、絕緣電阻測(cè)量需在切斷設(shè)備電源后進(jìn)行，停電時(shí)間長，工作量大；絕緣子帶電測(cè)零值具有一定的危險(xiǎn)性，作業(yè)人員與帶電設(shè)備距離近，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，采用此方法，不僅工作量巨大，且存在不安全因素，尤其在超高壓電網(wǎng)中，因涉及計(jì)劃停電，帶電測(cè)零值的工作幾乎不能實(shí)現(xiàn)。紫外成像檢測(cè)是一種可以讓檢測(cè)人員站于地面，遠(yuǎn)距離帶電檢測(cè)絕緣子的方法，紫外成像儀通過測(cè)量運(yùn)行中絕緣子的紫外光譜，能判斷絕緣子絕緣性能，它不僅能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，還能隨時(shí)地檢測(cè)絕緣子的運(yùn)行情況，對(duì)保證電網(wǎng)的絕緣水平與穩(wěn)定性有積極意義。

2 電暈的產(chǎn)生機(jī)理及危害

電暈即局部放電，是極不均勻電場(chǎng)中所特有的電子崩流注形式的穩(wěn)定放電現(xiàn)象。電暈的產(chǎn)生是因?yàn)椴黄交膶?dǎo)體產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)，在不均勻的電場(chǎng)周圍曲率半徑小的電極附近當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，由于空氣游離就會(huì)發(fā)生放電，形成電暈。因?yàn)樵陔姇灥耐鈬妶?chǎng)很弱，不發(fā)生碰撞游離，電暈外圍帶電粒子基本都是電離子，這些離子便形成了電暈放電電流。

電暈的發(fā)生，除了有暈光，還有放電聲音，電暈電流是一個(gè)不連續(xù)的的高頻脈沖電流，會(huì)引起有功損耗和無線電通信干擾，產(chǎn)生氮氧化物和臭氧，造成污染的環(huán)境。電暈對(duì)對(duì)絕緣子有較大的危害，電暈火花會(huì)燒蝕絕緣子的絕緣表面，產(chǎn)生的臭氧和酸對(duì)絕緣表面有腐蝕作用，造成絕緣表面變得粗糙，當(dāng)損害滲入絕緣體內(nèi)部時(shí)，會(huì)形成枝狀生長的通路。長期以往將導(dǎo)致絕緣子的絕緣擊穿，造成電力設(shè)備的故障，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重危害。

3 紫外成像測(cè)試儀的原理

紫外線的波長在10nm～400nm區(qū)間，太陽光中也有紫外線，但波長小于280nm的部分幾乎全部被臭氧所吸收，稱為“太陽盲區(qū)”，只有波長在315nm～400nm的可以通過大氣來進(jìn)行傳輸。

絕緣子電暈放電產(chǎn)生的紫外線波長大部分落在280nm～400nm之內(nèi)，小部分波長在200nm～280nm范圍內(nèi)，檢測(cè)200nm-280nm波長的紫外線，可判斷絕緣子放電情況。紫外成像儀利用這個(gè)原理，檢測(cè)絕緣子放電時(shí)產(chǎn)生的紫外波長，通過與可見光影像重疊，顯示在儀器的屏幕上，達(dá)到確定絕緣子電暈的強(qiáng)度和具體部位的目的，從而為絕緣子運(yùn)行情況提供更可靠的依據(jù)。紫外成像儀的基本測(cè)試參數(shù)包括：紫外光子數(shù)、紫外增益強(qiáng)度、延長疊加等。

4 紫外成像測(cè)試儀在絕緣子帶電檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例

國網(wǎng)浙江省杭州供電公司從2009年開始針對(duì)500kV瓶窯變、喬司變、富陽變、涌潮變，220kV崇賢變、寧圍變、瓜瀝變、聞堰變等重要樞紐變電所進(jìn)行了全站變電設(shè)備絕緣子外絕緣紫外普測(cè)工作，收集了大量數(shù)據(jù)，并積累了一定的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。下面通過實(shí)際工作中使用的SuperB紫外成像儀測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4.1 支柱絕緣子檢測(cè)

支柱絕緣子放電現(xiàn)象主要發(fā)生在瓷套附近區(qū)域或者金屬終端部件與陶瓷之間。這表明絕緣子可能出現(xiàn)陶瓷開裂或者由于老化、機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致金屬終端部件與陶瓷松動(dòng)的情況，另外水分滲進(jìn)陶瓷內(nèi)的間隙也可能引發(fā)電暈放電。為了確定放電現(xiàn)象，應(yīng)該從多角度檢查整個(gè)支柱絕緣子。如果絕緣子表面潮濕或有污染物，則放電會(huì)迷惑檢測(cè)人員并有可能掩蓋那些導(dǎo)致放電的缺陷。

4.2 懸式絕緣子檢測(cè)

懸式絕緣子放電現(xiàn)象主要發(fā)生在傘群底部、傘群帽和銷之間或者臨近的鐘罩上。這表明懸式絕緣子可能出現(xiàn)毛細(xì)裂紋、缺少部分陶瓷、球窩生銹、銷釘腐蝕、開口銷燒傷等情況。為了確定放電現(xiàn)象，要特別注意雨后不應(yīng)立即檢查瓷絕緣子，因?yàn)橄喈?dāng)數(shù)量的因濕度導(dǎo)致的電暈會(huì)遮蓋其它情形，另外由于懸式絕緣子金具較多，測(cè)量時(shí)要注意區(qū)分。

4.3 紫外檢測(cè)的影響因素

通過實(shí)際工作積累的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)紫外成像儀在絕緣子檢測(cè)工作中受到以下因素的影響：

（1）儀器增益的影響。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣子紫外計(jì)數(shù)很小時(shí)，可提高增益倍數(shù)，以便觀測(cè)較弱的電暈現(xiàn)象；紫外計(jì)數(shù)中等時(shí)，可選擇一般增益；紫外計(jì)數(shù)較大時(shí)，可調(diào)低增益倍數(shù)，以避免紫外放電圖像相互疊加，便于觀測(cè)電暈的放電源。

（2）檢測(cè)距離的影響。

儀器與被測(cè)絕緣子的距離對(duì)結(jié)果有明顯影響。現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)與被測(cè)絕緣子距離增加時(shí)，檢測(cè)視角將減小，檢測(cè)靈敏度下降。理想條件下，均勻介質(zhì)中的點(diǎn)光源所發(fā)射光波的強(qiáng)度與距離的平方成反比。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可能與理想情況存在較大差異，但可以確定隨著被測(cè)絕緣子與儀器的距離增大，放電計(jì)數(shù)次數(shù)將明顯減小。

（3）測(cè)試氣壓和氣溫的影響。

空氣的密度受到氣壓和氣溫的影響，這也會(huì)影響到氣體的電離過程，從而影響測(cè)試儀觀測(cè)到的紫外光子數(shù)量。通常低氣壓、高溫度條件下紫外計(jì)數(shù)要比高氣壓、低溫度條件下的紫外計(jì)數(shù)多。在實(shí)際應(yīng)用中，溫度和氣壓的差異引起的偏差較小，可能淹沒在儀器自身的測(cè)量偏差中。因此，一般不對(duì)氣壓和溫度的差異進(jìn)行修正，僅在測(cè)試中注意氣壓、氣溫該兩項(xiàng)參數(shù)。

（4）測(cè)試濕度的影響。

濕度的增加會(huì)引起電暈強(qiáng)度的增加，由于絕緣子污穢成分和潮濕情況的不確定性，目前還沒有辦法對(duì)濕度進(jìn)行技術(shù)修正，需要進(jìn)一步通過大量的觀測(cè)來確定濕度對(duì)檢測(cè)的影響因素。

5 紫外檢測(cè)方法與紅外及超聲波檢測(cè)方法的比較

5.1 紫外檢測(cè)與紅外檢測(cè)方法比較

紅外檢測(cè)在電力系統(tǒng)故障診斷工作中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但紫外測(cè)試與其相比在較多方面擁有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

（1）紫外檢測(cè)一般可以找到因電壓分部導(dǎo)致電暈產(chǎn)生的故障，而紅外檢測(cè)對(duì)因電流過大、溫度過高造成的故障檢測(cè)較為靈敏。

（2）紫外檢測(cè)可以在日間進(jìn)行，太陽光的干擾對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較小，而紅外檢測(cè)一般在安排在晚間進(jìn)行，太陽光對(duì)測(cè)試結(jié)果有較大的影響。

（3）紫外檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)絕緣子劣化的趨勢(shì)，對(duì)故障有一定的預(yù)判作用，而紅外檢測(cè)往往是設(shè)備已經(jīng)由于過載或故障發(fā)生過熱故障，通過檢測(cè)暴露出具體故障點(diǎn)及部位。

因此現(xiàn)場(chǎng)工作中，采用紫外檢測(cè)與紅外檢測(cè)配合的方式來確定絕緣子劣化程度及絕緣子與金具、導(dǎo)線連接的問題是一種十分有效的檢測(cè)手段。

5.2 紫外檢測(cè)與超聲波探傷檢測(cè)方法比較

在紫外技術(shù)成熟以前，現(xiàn)場(chǎng)一直通過超聲波探傷和目測(cè)檢測(cè)的方法來對(duì)絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，紫外檢測(cè)方法與傳統(tǒng)的超聲波探傷方比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）紫外檢測(cè)工作是一種不需要停電的帶電檢測(cè)，相對(duì)于超聲波探傷工作需要停電進(jìn)行具有較大優(yōu)勢(shì)，對(duì)電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)服務(wù)，可靠連續(xù)供電工作有促進(jìn)作用。

（2）紫外檢測(cè)工作直觀快速，相對(duì)于超聲波探傷復(fù)雜的檢測(cè)及計(jì)算過程來說，紫外檢測(cè)更適用于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及檢修人員，給作業(yè)人員測(cè)試、判斷絕緣子故障帶來了便利。

（3）紫外檢測(cè)可以通過連續(xù)定時(shí)檢測(cè)建立一系列圖譜，相對(duì)于需要安排停電計(jì)劃的超聲波探傷工作擁有更大規(guī)模的數(shù)據(jù)支撐，便于建立圖譜來分析判斷絕緣子的運(yùn)行情況，為電網(wǎng)狀態(tài)檢修工作提供了強(qiáng)有力的支持。

6 建議

紫外成像儀在絕緣子帶電檢測(cè)中的應(yīng)用作為一項(xiàng)較新的工作，正逐步在狀態(tài)檢修工作中推廣完善，根據(jù)實(shí)際工作中遇到的問題建議下階段應(yīng)著重做好以下方面的工作與研究：

（1）完成對(duì)重要變電所、輸電線路等絕緣子的普測(cè)工作，完善紫外放電缺陷圖譜數(shù)據(jù)庫。對(duì)有缺陷的設(shè)備進(jìn)行歸納上報(bào)，并配合以傳統(tǒng)方式的測(cè)試手段。

（2）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，豐富對(duì)各類缺陷的判斷經(jīng)驗(yàn)，參照國內(nèi)外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)絕緣子各類放電原因做出判斷，形成典型測(cè)試比對(duì)圖譜。

（3）組織測(cè)試人員尤其是變電所、輸電線路運(yùn)行人員進(jìn)行紫外檢測(cè)技術(shù)培訓(xùn)，提高全員紫外測(cè)試水平。

相信在不久的將來，紫外測(cè)試技術(shù)必定會(huì)在絕緣子檢測(cè)工作中起到越來越重要地積極作用。