導(dǎo)線接頭不同故障類型的紫外成像檢測(cè)

肖遙，張偉，鄧軍，張志勁，夏谷林，蔣興良，黎振宇

(1. 南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣州市 448000；2. 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué))，重慶市 400044)

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導(dǎo)線接頭不同故障類型的紫外成像檢測(cè)

肖遙1，張偉2，鄧軍1，張志勁2，夏谷林1，蔣興良2，黎振宇2

(1. 南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣州市 448000；2. 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué))，重慶市 400044)

導(dǎo)線接頭在電網(wǎng)中起著機(jī)械和電氣的連接作用，運(yùn)行過程中由于導(dǎo)線接頭松動(dòng)、脫落等故障嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，并導(dǎo)致能量損耗，利用合理的手段檢測(cè)導(dǎo)線接頭運(yùn)行狀況一直是運(yùn)行部門關(guān)注的焦點(diǎn)。該文模擬導(dǎo)線接頭螺帽松動(dòng)、螺桿松動(dòng)、螺栓錯(cuò)位、扭力彎曲和剪切斷股這幾種典型故障缺陷，利用紫外檢測(cè)儀檢測(cè)其作用電壓下紫外放電光子數(shù)差異。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著作用電壓的提高，導(dǎo)線接頭各種故障下的紫外放電光子數(shù)隨之增加；運(yùn)行電壓下，導(dǎo)線接頭各種典型故障下測(cè)得的紫外光子數(shù)存在明顯差異，利用紫外成像檢測(cè)可以有效用于導(dǎo)線接頭的故障檢測(cè)。研究結(jié)果為輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)提供了參考。

導(dǎo)線接頭；故障；紫外成像；光子數(shù)

0 引 言

我國(guó)有著龐大的輸電線網(wǎng)絡(luò)，目前正實(shí)施“西電東送”的浩大工程。在如此長(zhǎng)距離的輸電線路上，每一段線路之間都要靠導(dǎo)線接頭進(jìn)行連接，導(dǎo)線接頭在輸電線路中起著機(jī)械連接和電氣連接的雙重作用。輸電線穿過的地區(qū)有平原高山，大河江流，也有地震帶，地理氣候因素復(fù)雜。而且輸電導(dǎo)線長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，受到自然外力的作用以及空氣的氧化，在導(dǎo)線的接頭位置特別容易出現(xiàn)老化受損。導(dǎo)線接頭的輕微故障會(huì)使得導(dǎo)線表面的電場(chǎng)分布畸變，產(chǎn)生電暈放電。電暈放電使得空氣發(fā)生電離，產(chǎn)生的腐蝕性氣體進(jìn)一步對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行腐蝕作用，經(jīng)過雨水和空氣的氧化，使得導(dǎo)線接頭位置的電接觸不良，影響到電能的質(zhì)量[1]。同時(shí)接頭的松動(dòng)和銹蝕威脅著電網(wǎng)連接的可靠性，嚴(yán)重的會(huì)引起輸電線從線夾位置脫落，發(fā)生短路故障。嚴(yán)重的電暈放電還會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電干擾信號(hào)，對(duì)通信產(chǎn)生一定的干擾[2-3]；由電暈放電而產(chǎn)生可聽噪聲，不符合電力建設(shè)的環(huán)保要求。導(dǎo)線接頭的缺陷是整個(gè)線路的脆弱點(diǎn)所在，特別是一些較細(xì)且負(fù)荷重的老線路中，導(dǎo)線接頭缺陷是極大的安全隱患，不但影響電能質(zhì)量，可靠供電也難以保證。掌握它的運(yùn)行狀態(tài)，保證導(dǎo)線接頭的可靠連接，是電力系統(tǒng)安全性的重要保障[4-6]。

針對(duì)導(dǎo)線接頭故障缺陷檢測(cè)，已經(jīng)有相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究。除了人眼直觀發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的故障以外，由于壓接不良或者接觸電阻異常的情況，會(huì)導(dǎo)致接頭處發(fā)熱。羅肖[7]從判斷方法、電氣原理和運(yùn)行角度對(duì)架空送電線路導(dǎo)線接頭發(fā)熱的缺陷進(jìn)行分析，論述了送電線路導(dǎo)線接頭發(fā)熱的判斷方法、原因及如何較好預(yù)防接頭發(fā)熱；曾慶立[8]采用紅外測(cè)溫儀對(duì)輸電線路裸露過熱電氣接頭和連接件進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)并排除了接頭的過熱故障；趙世展[9]綜合分析了造成導(dǎo)線接頭過熱的各類缺陷和原因，并比較了各類針對(duì)導(dǎo)線接頭過熱故障判別方法在實(shí)際操作中的不足之處。從上面的研究中可以看到，對(duì)導(dǎo)線接頭故障檢測(cè)的研究，基本是集中在接頭的溫升測(cè)量上，沒有從多個(gè)角度、多個(gè)參量對(duì)導(dǎo)線接頭的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面的檢測(cè)。

紫外成像檢測(cè)作為一種新型的電力設(shè)備故障缺陷的檢測(cè)手段，由于其檢測(cè)方便直觀，能夠發(fā)現(xiàn)紅外測(cè)量不能夠發(fā)現(xiàn)的一些故障缺陷，在電力行業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景[10-14]。文獻(xiàn)[15]將紫外成像儀用于變電站套管檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了套管外絕緣接縫處存在缺陷問題，該故障采用紅外測(cè)溫儀不能有效檢測(cè)；文獻(xiàn)[16]將紫外成像技術(shù)用于絕緣子放電缺陷檢測(cè)，采用光斑面積作為衡量放電強(qiáng)弱的參量，并對(duì)放電強(qiáng)弱進(jìn)行了量化分析；文獻(xiàn)[17]在研究長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)線交流電暈的變化時(shí)，采用紫外成像儀檢測(cè)導(dǎo)線電暈放電，可以檢測(cè)到導(dǎo)線表面腐蝕而導(dǎo)致的放電現(xiàn)象。諸多研究都表明，采用紫外成像儀用于電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)是一種行之有效的方法，而針對(duì)導(dǎo)線接頭采用紫外成像檢測(cè)的研究報(bào)道卻少之又少。

為了探究紫外成像檢測(cè)技術(shù)在導(dǎo)線接頭故障缺陷判別中的可行性，本文人工模擬了導(dǎo)線接頭的幾種常見故障缺陷，在實(shí)驗(yàn)室研究了在不同故障缺陷下，導(dǎo)線接頭的紫外放電情況隨施加電壓的關(guān)系，為導(dǎo)線接頭的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)提供了更加全面直觀的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試驗(yàn)裝置及試品

1.1.1 試驗(yàn)電源及接線原理

試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)電源為YDTW-2 000 kVA/500 kV交流試驗(yàn)變壓器，其額定容量為2 000 kVA，額定電流為4 A，輸入電壓為0～10.5 kV，輸出電壓為0～500 kV，最大短路電流為75 A，輸出電壓波形畸變率小于3%。試驗(yàn)系統(tǒng)的接線原理如圖1所示。其中：T為10 kV調(diào)壓器；B為交流試驗(yàn)變壓器；R為保護(hù)電阻；Y為電暈籠；Q1、Q2為導(dǎo)線端部球頭；C1、C2為交流電容分壓器(分壓比10 000∶1);J為導(dǎo)線接頭;L1、L2為接頭兩端連接導(dǎo)線;Z為紫外成像儀;X為復(fù)合絕緣子。

圖1 試驗(yàn)原理接線圖Fig.1 Wiring diagram of test circuit

1.1.2 紫外成像儀

整個(gè)試驗(yàn)采用以色列OFIL廠家生產(chǎn)的DayCor? Superb紫外成像儀(B型)進(jìn)行紫外放電的測(cè)量。儀器基本參數(shù)：視場(chǎng)角度為5°×3.75°；紫外光收集面積為19 cm2；最小紫外靈敏度為3×10-12W/cm2；最小可檢測(cè)電暈放電強(qiáng)度為1.5pC(8 m處)。

1.1.3 試品

試驗(yàn)室采用的導(dǎo)線為L(zhǎng)GJ-240/40鋼芯鋁絞線，外徑為20.40 mm。使用的導(dǎo)線接頭如圖2～4所示，整個(gè)試驗(yàn)使用同一個(gè)導(dǎo)線接頭。

本文設(shè)置的導(dǎo)線接頭的故障類型主要分為三大類，分別為螺帽松動(dòng)與脫落缺陷(如圖2)、螺桿松動(dòng)缺陷(如圖3)和強(qiáng)大外力所導(dǎo)致的缺陷(如圖4)。螺栓錯(cuò)位、扭力彎曲、剪切斷股這3個(gè)具體的故障缺陷，主要是由于導(dǎo)線接頭處較強(qiáng)的持續(xù)外力所導(dǎo)致的。為了與螺帽和螺桿的缺陷相區(qū)分，本文將這幾種缺陷統(tǒng)稱為“強(qiáng)大外力所導(dǎo)致的缺陷”。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)布置

按圖1所示的試驗(yàn)原理圖進(jìn)行試驗(yàn)平臺(tái)的搭建與試品的布置。

圖2 螺帽松動(dòng)與脫落缺陷設(shè)置Fig.2 Fault of joints nut loosing and shedding

圖3 螺桿松動(dòng)缺陷設(shè)置Fig.3 Fault of screw loosing

圖4 強(qiáng)大外力所導(dǎo)致的缺陷設(shè)置Fig.4 Fault caused by powerful force

1.2.2 紫外成像儀參數(shù)設(shè)置

影響紫外成像儀檢測(cè)結(jié)果的2個(gè)重要參數(shù)是儀器增益和檢測(cè)距離，其中任意一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的差異[18-19]。本文主要研究不同缺陷類型之間的對(duì)比，為了使得試驗(yàn)結(jié)果具有一致可比性，在對(duì)導(dǎo)線接頭進(jìn)行電暈放電檢測(cè)時(shí)，保證儀器的增益和檢測(cè)的距離不變，消除了儀器本身的參數(shù)設(shè)置對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。根據(jù)前期的研究結(jié)果，DayCor? Superb紫外成像儀的增益取140，在固定距離3.5 m處進(jìn)行光子數(shù)測(cè)量。

1.2.3 施加電壓

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)在40 kV左右開始檢測(cè)到放電光子數(shù)，因此本文從40 kV開始，以5 kV的均勻間隔進(jìn)行電壓數(shù)據(jù)點(diǎn)的設(shè)置，一直到75 kV，總共8個(gè)電壓點(diǎn)。為了避免試驗(yàn)過程中導(dǎo)線表面放電電荷的空間集聚效應(yīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，每一個(gè)電壓均從0開始加壓至所需電壓值，待電壓穩(wěn)定后再對(duì)放電點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完畢后降壓到零值然后再進(jìn)行第2個(gè)電壓點(diǎn)的加壓。

1.2.4 光子數(shù)統(tǒng)計(jì)方法

根據(jù)《DL-T 345—2010 帶電設(shè)備紫外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》的建議，本文在試驗(yàn)中，通過紫外成像儀拍攝每段時(shí)長(zhǎng)約30 s的視頻，其中紫外光子數(shù)大概變化21～25次。去掉相差較大的數(shù)據(jù)，每段視頻能夠用于統(tǒng)計(jì)分析的有效數(shù)據(jù)有15～20個(gè)，再將這些有效光子數(shù)求和取平均值作為導(dǎo)線接頭缺陷的紫外放電光子數(shù)的測(cè)量值。

2 導(dǎo)線接頭缺陷的紫外成像檢測(cè)

2.1 導(dǎo)線接頭無(wú)缺陷情況

實(shí)際線路中的導(dǎo)線及接頭表面并不是完全光滑的，由于制造或者安裝的原因，表面會(huì)有一定的微小尖端，在施加電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生電暈放電。該放電對(duì)本文測(cè)量的導(dǎo)線接頭的放電結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此對(duì)接頭無(wú)缺陷的情況進(jìn)行測(cè)量，為不同缺陷類型的測(cè)量結(jié)果提供一定的對(duì)比參照。正常情況下的實(shí)物接線圖和放電量視頻拍攝截圖如圖5所示，表1為正常情況下的光子數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)記錄。

在正常情況下，不同增益所對(duì)應(yīng)的光子數(shù)隨外施電壓的關(guān)系如圖6所示。

圖5 無(wú)缺陷情況現(xiàn)場(chǎng)圖和放電圖Fig.5 UV images of joint without faults表1 無(wú)缺陷情況光子數(shù)記錄表Table 1 Photon number for joint without faults

圖6 正常情況下光子數(shù)隨電壓的變化Fig.6 Photon number of no-fault joint varying from voltage

從導(dǎo)線接頭無(wú)缺陷情況下的數(shù)據(jù)可以看出：

(1)隨著電壓的增加，試品的放電光子數(shù)呈一致上升趨勢(shì)，當(dāng)增益為140時(shí)，光子數(shù)的增加隨所施加的電壓之間的變化明顯，說明在此增益下儀器的靈敏度較高，在不同缺陷之間的對(duì)比檢測(cè)中，采用固定增益140是合適的。

(2)在導(dǎo)線接頭無(wú)缺陷的情況下，對(duì)試品施加電壓也會(huì)產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象，這是由于試品表面固有的尖端導(dǎo)致的。在增益140下的光子數(shù)變化曲線可以為不同缺陷的對(duì)比分析提供參考依據(jù)。

2.2 螺帽脫落與松動(dòng)情況

螺帽脫落和松動(dòng)情況下的放電視頻拍攝截圖如圖7所示，表2為施加不同電壓下測(cè)量得到的光子數(shù)。

圖7 螺帽松動(dòng)與脫落的紫外成像圖Fig.7 UV imaging of joints nut loosing and shedding表2 不同螺帽缺陷情況光子數(shù)記錄表Table 2 Photon number of joints nut with different faults

螺帽脫落與松動(dòng)情況下，光子數(shù)隨所施加電壓的關(guān)系如圖8所示。

圖8 不同缺陷下光子數(shù)與電壓的關(guān)系Fig.8 Photon number varying with voltage in different faults

分析測(cè)量得到的數(shù)據(jù)可以看出：

(1)隨著電壓的升高，電暈放電越來越強(qiáng)。2種缺陷情況所對(duì)應(yīng)的光子數(shù)與電壓的關(guān)系曲線均在試品的正常放電曲線上方，電暈放電光子數(shù)較無(wú)缺陷時(shí)有所增加。

(2)螺帽脫落情況下，測(cè)量得到的紫外放電光子數(shù)要比螺帽松動(dòng)的情況下的數(shù)值高，說明在螺帽脫落時(shí)，導(dǎo)線接頭的電暈放電強(qiáng)度更為劇烈。

2種缺陷情況下放電光子數(shù)較無(wú)缺陷時(shí)均大大增加，其主要原因是在螺帽嚴(yán)重松動(dòng)但卻沒有脫落時(shí)，受到外界的影響會(huì)使接頭重心不穩(wěn)，以至于接頭反向懸掛，此時(shí)松動(dòng)的螺帽懸空掛在螺栓上，導(dǎo)致電場(chǎng)畸變。由電暈放電原理可知，尖銳凸起物曲率半徑小，造成的極不均勻電場(chǎng)有助于電暈放電的產(chǎn)生和發(fā)展。若情況嚴(yán)重導(dǎo)致螺栓脫落時(shí)，螺栓脫落使導(dǎo)線接頭形狀更加不規(guī)則，電場(chǎng)進(jìn)一步畸變，結(jié)合拍攝的實(shí)物圖可知，缺陷接頭的尖銳部分更加明顯，放電更加劇烈，使得每個(gè)電壓等級(jí)下光子計(jì)數(shù)率都比反向螺帽松動(dòng)強(qiáng)。

2.3 螺桿松動(dòng)情況

螺桿松動(dòng)缺陷包括以下3種情況：邊緣1顆螺桿松動(dòng)，2顆螺桿松動(dòng)，中間螺桿松動(dòng)。放電視頻拍攝截圖如圖9所示。表3記錄了不同缺陷情況下，不同外施電壓所對(duì)應(yīng)的光子數(shù)。

圖9 螺桿松動(dòng)故障的紫外成像圖Fig.9 UV imaging for screw loosing fault表3 不同螺桿松動(dòng)情況光子數(shù)記錄表Table 3 Photon number of screw loosing fault

3種螺桿松動(dòng)缺陷情況下，光子數(shù)與外施電壓的關(guān)系如圖10所示。

圖10 不同螺桿松動(dòng)缺陷下光子數(shù)和電壓的關(guān)系Fig.10 Photon number varying with voltage in different faults

對(duì)比表3中數(shù)據(jù)得知：

(1)邊緣1根螺桿松動(dòng)和中間螺桿松動(dòng)所得出的數(shù)據(jù)，在每個(gè)電壓等級(jí)下都十分接近，考慮到電暈放電的隨機(jī)性，可認(rèn)為這2種情況下光子計(jì)數(shù)率相同。

(2)邊緣螺桿松動(dòng)和中間螺桿松動(dòng)時(shí)，紫外放電光子數(shù)較無(wú)缺陷時(shí)有所增加；當(dāng)2顆螺桿松動(dòng)時(shí)，其紫外放電強(qiáng)度較無(wú)缺陷的情況有所減弱。

對(duì)于整個(gè)接頭而言，1個(gè)螺桿松動(dòng)凸起雖可以引起電場(chǎng)畸變，但是由于凸起的螺帽相對(duì)于接頭總尺寸較小，其凸起的位置對(duì)電場(chǎng)影響差異不大，所以2種情況下光子計(jì)數(shù)率十分接近。2顆螺桿凸起的情況下，對(duì)整個(gè)接頭而言，由于凸起部位空間面積增大，相當(dāng)于凸起部分的曲率半徑變大，相比于1個(gè)螺桿松動(dòng)情況下凸起部位不那么尖銳，電場(chǎng)稍微均勻，放電強(qiáng)度較弱一些，所以在每個(gè)電壓等級(jí)下記錄的光子數(shù)都比前2種情況下小。

2.4 強(qiáng)大外力導(dǎo)致缺陷情況

研究了最常見的螺栓錯(cuò)位、扭力彎曲、剪切斷股3種情況，3種缺陷下的實(shí)物接線圖和放電量視頻拍攝截圖如圖11所示。3種缺陷下的光子數(shù)據(jù)如表4所示。

圖11 不同外力故障缺陷下紫外成像圖Fig.11 UV imaging for joint faults caused by powerful force

不同外力故障下光子數(shù)和電壓的關(guān)系如圖12所示。

對(duì)比圖12中曲線可知：

(1)3種缺陷情況下的光子數(shù)隨電壓的變化曲線都在無(wú)缺陷時(shí)的曲線下方，其電暈放電總體趨勢(shì)都比無(wú)缺陷時(shí)弱。

表4 不同外力缺陷情況光子數(shù)讀取記錄表

Table 4 Photon number of different fault caused by powerful force

圖12 不同外力故障下光子數(shù)和電壓的關(guān)系Fig.12 Photon number varying with voltage in different faults caused by powerful force

(2)不同缺陷情況的測(cè)量有較大差異，螺栓錯(cuò)位的放電強(qiáng)度最強(qiáng)，扭力彎曲缺陷對(duì)應(yīng)的放電最弱，剪切斷股缺陷的放電測(cè)量數(shù)據(jù)在二者之間。

其放電減弱根本原因是由于外力導(dǎo)致的形變使得導(dǎo)線本身以及接頭周圍的電場(chǎng)得到改善，整體上電場(chǎng)不均勻程度減小，隨著電壓的增加，3種情況下放電量逐漸增加，但始終小于無(wú)缺陷情況。

2.5 額定運(yùn)行下各缺陷數(shù)據(jù)對(duì)比

以上的試驗(yàn)研究的是導(dǎo)線接頭的電壓從較低的數(shù)值逐漸上升到較高數(shù)值的過程中，導(dǎo)線接頭處紫外放電光子數(shù)的變化情況。在工程實(shí)際中，導(dǎo)線往往是在額定電壓下運(yùn)行，很少有低電壓或者過電壓運(yùn)行的情況。不同型號(hào)的導(dǎo)線在實(shí)際運(yùn)行中，其表面場(chǎng)強(qiáng)反映了導(dǎo)線的運(yùn)行狀態(tài)。為了研究導(dǎo)線接頭在額定工況下的故障缺陷情況，本文根據(jù)文獻(xiàn)[20]，計(jì)算出LGJ-240/40導(dǎo)線在額定表面電場(chǎng)下對(duì)應(yīng)的額定電壓為U=70 kV。將運(yùn)行電壓U=70 kV時(shí)的情況單獨(dú)取出進(jìn)行對(duì)比分析見表5。

表5中“光子數(shù)變化率”定義為：缺陷情況下光子數(shù)和正常狀態(tài)下光子數(shù)的差值與正常狀態(tài)下光子數(shù)的百分比。光子數(shù)的變化率反映了紫外成像儀對(duì)導(dǎo)線接頭的特定缺陷的辨識(shí)度，從表5中的數(shù)據(jù)可以看出：

表5 額定電壓下不同故障對(duì)應(yīng)的紫外光子數(shù)

Table 5 Photon number of different fault types in rated voltage

(1)對(duì)于強(qiáng)大外力所導(dǎo)致的缺陷(螺栓錯(cuò)位、扭力彎曲、剪切斷股)，紫外成像儀有相對(duì)較高的辨識(shí)能力，能夠有效反映接頭的故障缺陷。

(2)對(duì)于螺帽脫落和螺帽松動(dòng)的故障缺陷，紫外成像儀可以實(shí)現(xiàn)有效的識(shí)別。根據(jù)測(cè)得的光子數(shù)求得光子數(shù)變化率，當(dāng)光子數(shù)變化率高于10%時(shí)，可以認(rèn)為是接頭螺帽的缺陷；當(dāng)光子數(shù)變化率在-20%以下時(shí)可以認(rèn)為是強(qiáng)大外力所導(dǎo)致的缺陷。這說明導(dǎo)線接頭的3類缺陷的劃分具有一定的合理性。

(3)對(duì)于螺桿松動(dòng)的3種情況，紫外成像儀的辨識(shí)度都在10%以下，考慮到工程實(shí)際中的誤差情況，該辨識(shí)度并不理想，但是也能夠在一定程度上說明問題，對(duì)于這種情況建議多加強(qiáng)觀測(cè)，并輔以其他檢測(cè)手段。

2.6 實(shí)際應(yīng)用中的建議

以上的試驗(yàn)研究表明，紫外成像儀應(yīng)用在導(dǎo)線接頭的故障檢測(cè)中具有一定的可行性。在利用紫外成像儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障設(shè)備的放電時(shí)，儀器的增益、測(cè)量距離以及天氣情況會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。為了最大限度上減小甚至消除非故障缺陷帶來的測(cè)量結(jié)果的差異，保證紫外檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性，應(yīng)當(dāng)盡量在良好的天氣情況下進(jìn)行檢測(cè)，不要在雷電或者雨霧的條件下進(jìn)行測(cè)量。在視角的選擇上盡量避開鏡頭前方的遮擋物。

由于紫外成像儀測(cè)得的光子數(shù)與測(cè)量距離之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，在對(duì)某類設(shè)備進(jìn)行橫向?qū)Ρ葯z測(cè)和對(duì)特定設(shè)備進(jìn)行縱向跟蹤檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量保證在同樣的測(cè)量距離下進(jìn)行。對(duì)于增益的設(shè)置，本文在前期研究中，確定了DayCor?Superb紫外成像儀的最佳檢測(cè)增益為140。當(dāng)采用不同型號(hào)的紫外成像儀時(shí)，其最佳檢測(cè)增益可能會(huì)不同。針對(duì)不同的儀器應(yīng)該采用各自在試驗(yàn)中的最佳檢測(cè)增益，以得到最好的檢測(cè)效果。需要注意的是，不同的儀器測(cè)量得到的光子數(shù)據(jù)一般并不具有等價(jià)性，在測(cè)量過程中應(yīng)盡量避免使用不同型號(hào)的儀器混合檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)室的研究提供了利用紫外成像儀對(duì)導(dǎo)線接頭進(jìn)行檢測(cè)的方法作為參考，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)選擇的測(cè)量距離和增益的設(shè)置，對(duì)不同的故障類型和測(cè)量得到的光子數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，以使得測(cè)量結(jié)果和故障類型具有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。鑒于紫外成像檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)階段還處于初步嘗試的階段，在實(shí)際的檢測(cè)中應(yīng)當(dāng)輔以傳統(tǒng)的可見光檢測(cè)和紅外熱成像檢測(cè)，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 論

紫外成像儀由于在電暈檢測(cè)方面的優(yōu)良特性，在電力設(shè)備的放電檢測(cè)中有良好的應(yīng)用前景。本文在應(yīng)用紫外成像儀檢測(cè)導(dǎo)線接頭的電暈放電時(shí)，充分體會(huì)到了紫外成像儀檢測(cè)靈敏度高、直觀性強(qiáng)、放電位置判斷準(zhǔn)確和它的非接觸式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。通過一系列的試驗(yàn)研究，本文得出以下結(jié)論：

(1)導(dǎo)線接頭位置在正常情況下也會(huì)有一定的放電現(xiàn)象，產(chǎn)生電暈放電的原因從根本上是由于導(dǎo)線表面在加工過程中的表面尖端或者毛刺，使得周圍的電場(chǎng)畸變，超過了表面的起暈場(chǎng)強(qiáng)。

(2)螺帽松動(dòng)和脫落的缺陷下，接頭位置處的紫外放電光子數(shù)比正常情況下高；在強(qiáng)外力所導(dǎo)致的缺陷中，接頭位置處放電光子數(shù)低于正常情況。這一個(gè)現(xiàn)象可以在現(xiàn)場(chǎng)的缺陷檢測(cè)中，用于初步判斷導(dǎo)線接頭的缺陷類型。

(3)在本文的試驗(yàn)情況下，可以根據(jù)光子數(shù)變化率初步判斷導(dǎo)線接頭的故障類型。當(dāng)光子數(shù)變化率在10%以上時(shí)，為螺帽缺陷；當(dāng)光子數(shù)變化率在-20%以下時(shí)，為強(qiáng)大外力導(dǎo)致的缺陷。

(4)紫外成像檢測(cè)對(duì)不同的故障類型的檢測(cè)辨識(shí)度不同，對(duì)于螺桿松動(dòng)的故障情況的辨識(shí)度較低。建議在實(shí)際運(yùn)行中采取紫外、紅外和可見光3種手段結(jié)合的方式進(jìn)行檢測(cè)，以增強(qiáng)檢測(cè)的可靠性。

[1]邸曼，馬寶珠.鋁導(dǎo)線接頭處熔痕形成機(jī)理的研究分析[C]//2003火災(zāi)科學(xué)與消防工程國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.北京，2003. Di Man, Ma Baozhu. Study and analysis for forming mechanism of melt mark at aluminum conductor connection[C]//2003 International Symposium on Fire Science and Fire-Protection Engineering.Beijing, 2003.

[2]楊光，呂英華.交流特高壓輸電線路無(wú)線電干擾特性[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(02)：26-28. Yang Guang, Lyu Yinghua. Radio interference characteristic of UHVAC transmission lines[J]. Power System Technology, 2008,32(02): 26-28.

[3]韓蓓，盛戈皞，江秀臣，等.基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)線接頭在線測(cè)溫系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32(16)：72-77. Han Bei, Sheng Gehao, Jiang Xiuchen, et al. An online thermal condition monitoring system with wireless sensor network based on ZigBee technology for transmission line joints[J]. Automation of Electric Power Systems, 2008,32(16):72-77.

[4]王春雨，孫兵，楊建明.架空線路導(dǎo)線接頭老化及制作的質(zhì)量控制[J].電力技術(shù)，2010，19(9)：26-28. Wang Chunyu, Sun Bing, Yang Jianming. Ageing of conductor joint of aerial line and quality control in conductor joint making[J]. Electric Power Technology,2010, 19(9):26-28.

[5]蔣興良，夏云峰，張志勁，等.基于優(yōu)化Gabor濾波器的輸電導(dǎo)線斷股圖像檢測(cè)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(15)：78-83. Jiang Xingliang, Xia Yunfeng, Zhang Zhijin, et al. Image detection for broken strand faults of transmission conductor based on optimized gabor filter[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(15):78-83.

[6]王傳瑩.基于紫外成像的高壓線路缺陷智能檢測(cè)的研究[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011. Wang Chuanying. Study on detecting corona discharge of power grid based on UV image technique[D]. Changsha: National University of Defense Technology,2011.

[7]羅肖.送電線路接頭發(fā)熱判斷及分析[J].廣東科技，2012，6(11)：86-87. Luo Xiao. Analysis and judgments of the transmission lines overheating[J]. Guangdong Science & Technology, 2012,6(11): 86-87.

[8]曾慶立.紅外檢測(cè)高壓輸電線路[J].東北電力技術(shù)，2009(5)：17-18，52. Zeng Qingli. Infrared detection on HV transmission line[J]. Northeast Electric Power Technology, 2009(5):17-18,52[9]趙世展.110 kV輸電線路狀態(tài)檢修[D].南京：東南大學(xué)，2006. Zhao Shizhan. The status maintenance for 110 kV power transmitting lines[D]. Nanjing: Southeast University,2006.

[10]陳瀾,卞星明,陳楓林，等.電暈籠內(nèi)導(dǎo)線交流電暈起始電壓判斷方法[J].高電壓技術(shù),2011,37(1):85-90. Chen Lan, Bian Xingming, Chen Fenglin, et al. Method to judge corona inception voltage of AC transmission lines using corona cage[J]. High Voltage Engineering, 2011,37(1):85-90.

[11]王勝輝，郭文義，律方成，等.電暈放電紫外成像圖像參量變化特性的研究[J].高壓電器，2013，49(8)：16-25. Wang Shenghui, Guo Wenyi, Lyu Fangcheng, et al. Quantitative relation of ultraviolet imaging parameters of corona discharge[J]. High Voltage Apparatus, 2013,49(8):16-25.

[12]Zhou Wenjun, Li Han, Yi Xiao, et al. A criterion for UV detection of AC corona inception in a rod-plane air gap[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2011，18(1)：232.

[13]寇曉適，盧明，夏中原，等.紫外放電檢測(cè)在電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)檢修的應(yīng)用[J].河南電力，2008(1)：1-5. Kou Xiaoshi, Lu Ming, Xia Zhongyuan, et al. Application of ultraviolet corona detector in the electric power CBM[J]. Henan Electric Power, 2008(1):1-5.

[14]Mazzeo G，Reverchon J-L，Duboz J-Y，et al.AlGaN-Based linear array for UV solar-blind imaging from 240 to 280nm[J]. IEEE Sensors Journal，2006，6(4)：957-963.

[15]李小婧，姚孟，錢蔚.紫外成像技術(shù)檢測(cè)套管電暈放電的案例分析[J].山西電力，2014(2)：37-39. Li Xiaojing, Yao Meng, Qian Wei. Application of ultraviolet imagery technology in the detection of corona discharge[J]. Shanxi Electric Power, 2014(2):37-39.

[16]律方成，戴日俊，王勝輝，等.基于紫外成像圖像信息的絕緣子表面放電量化方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，27(2)：261-268. Lyu Fangcheng, Dai Rijun, Wang Shenghui, et al. Study of insulator surface discharge quantification method based on ultraviolet imaging image information[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2012,27(2):261-268.

[17]卞星明，陳方東，陳瀾，等.長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)線交流電暈效應(yīng)的變化[J].高電壓技術(shù)，2013，39(6)：1494-1500. Bian Xingming, Chen Fangdong, Chen Lan, et al. Variation of corona effects for long-term operated conductors in AC power transmission lines[J]. High Voltage Engineering, 2013,39(6):1494-1500.

[18]張子偉.基于紫外成像法的高壓輸變電設(shè)備放電研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2008. Zhang Ziwei. Research of HV transmission and power transfer discharge based on UV imaging method[D]. Baoding：North China Electric Power University, 2008.

[19]李傳才，魏澤民.紫外成像檢測(cè)變電設(shè)備電暈放電的實(shí)際應(yīng)用[J].浙江電力，2012(4)：54-56. Li Chuancai, Wei Zemin. Practical application of ultraviolet imaging to detection of substation equipment corona discharge[J]. Zhejiang Electric Power, 2012(4):54-56.

[20]陳吉，蔣興良，舒立春，等.雨凇覆冰對(duì)輸電線路分裂導(dǎo)線起暈電壓的影響[J].高電壓技術(shù)，2014，40(2)：395-404. Chen Ji, Jiang Xingliang, Shu Lichun, et al. Influence of glaze icing on corona inception voltage of bundle conductor for transmission lines[J]. High Voltage Engineering, 2014, 40(2):395-404.

(編輯：張媛媛)

UV Imaging Detection Research on Transmission Line Joints with Different Fault Types

XIAO Yao1，ZHANG Wei2，DENG Jun1，ZHANG Zhijin2，XIA Gulin1，JIANG Xingliang2，LI Zhenyu2

(1. Test Center of EHV Transmission Company, China Southern Power Grid, Guangzhou 448000, China2. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology (Chongqing University), Chongqing 400044, China)

The transmission line joints play the role of mechanical and electrical connection in power grid. In the actual operation, joint faults such as joint loose or joint shedding will cause the loss of power energy or even cause other faults that greatly threaten the safe and steady operation of the power system. So, the operation department of power system focuses on finding a practical method to detect the running state of transmission line joints. In this paper, the typical faults of transmission line joint were simulated, including joints nut loosing/shedding, screw loosing, bolt dislocation, bending and broken strands. The UV imager was applied to detect the corona discharge photon number of the fault joints. The results show that the photon numbers of joints under different faults increase with the rising of the applied voltages. Under the operation voltage, the photon numbers vary among the different type of joint faults, and the UV imager can be effectively identify the faulty of transmission line joints. The research results can provide references for the running state detection of transmission lines.

transmission line joints; fault; UV imaging; photon number

國(guó)家創(chuàng)新研究群體基金(51321063)。

TM 755

A

1000-7229(2015)05-0052-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.05.009

2014-12-09

2015-03-04

肖遙(1960)，男，教授級(jí)高工，從事電氣試驗(yàn)技術(shù)、HVDC、電能質(zhì)量的研究工作；

張偉(1991)，男，碩士研究生，主要從事高電壓與絕緣技術(shù)的研究工作；

鄧軍(1985)，男，博士，從事輸變電設(shè)備過電壓與絕緣配合及輸變電電磁環(huán)境研究工作；

張志勁(1976)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事高電壓與絕緣技術(shù)的研究工作；

夏谷林(1978)，男，高級(jí)工程師，從事電氣設(shè)備技術(shù)監(jiān)督工作；

蔣興良(1961)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事復(fù)雜環(huán)境電氣外絕緣研究工作；

黎振宇(1985)，男，博士研究生，主要從事高電壓與絕緣技術(shù)的研究工作。

Project Supported by the Funds for Innovative Research Groups of China (51321063).