紫外成像儀在500 kV變電站的應(yīng)用

王金煒，湯 衛(wèi)

(國網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司， 浙江 紹興 312000)

紫外成像儀在500 kV變電站的應(yīng)用

王金煒，湯 衛(wèi)

(國網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司， 浙江 紹興 312000)

紫外成像儀對變電設(shè)備的電暈、閃絡(luò)和電弧有很好的檢測效果，通過檢測放電部位輻射的紫外線，能間接評估運行設(shè)備的絕緣狀況和及時發(fā)現(xiàn)絕緣設(shè)備的缺陷。介紹了用紫外成像儀在不同的氣象環(huán)境下對多座500 kV變電站進行現(xiàn)場檢測的情況，發(fā)現(xiàn)了部分設(shè)備的電暈放電現(xiàn)象及缺陷，證明了紫外成像檢測技術(shù)的實用性，并分析了紫外成像儀實際應(yīng)用中尚需解決的問題。

紫外成像儀；變電站；電暈放電

0 引言

輸供電線路和變電站配電等設(shè)備在大氣環(huán)境下工作，在某些情況下隨著絕緣性能的降低，會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷或表面局部放電現(xiàn)象。電暈和表面局部放電過程中，電暈和放電部位將大量輻射紫外線，這樣便可以利用紫外線的產(chǎn)生和增強間接評估運行設(shè)備的絕緣狀況和及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷。目前，可用于診斷放電過程的各種方法中，光學(xué)方法的靈敏度、分辨率和抗干擾能力最好。即采用高靈敏度的紫外線輻射接受器，記錄電暈和表面放電過程中輻射的紫外線，再加以處理、分析達到評價設(shè)備狀況的目的。對預(yù)防、減少設(shè)備發(fā)生故障造成的損失，具有很好的經(jīng)濟效益。

1 紫外成像儀的技術(shù)特點

紫外成像儀使用紫外光成像技術(shù)，可以直觀形象地觀察到放電的情況。通過觀察電暈產(chǎn)生的位置、形狀、強度等，使現(xiàn)場人員能迅速準確地定位放電點的位置，并可通過數(shù)碼技術(shù)來記錄動態(tài)和靜態(tài)圖像。對比相鄰運行的相關(guān)設(shè)備的圖像和該設(shè)備的歷史記錄圖像，可以準確地判斷運行設(shè)備的健康狀況。也可檢測出設(shè)備及絕緣的早期故障和性能降低情況，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。老化部件的早期檢測可節(jié)約維修費用，使非計劃的電力中斷減少到最少，增加供電可靠性。

紫外成像儀有紫外線和可見光2個通道。前者用于電暈成像；后者用于拍攝環(huán)境(絕緣體、導(dǎo)線等)圖片。紫外線圖像和可見光圖像可以同時生成，用于同時觀察電暈和周圍環(huán)境情況。

2 紫外成像儀與紅外熱像儀的技術(shù)比較

紅外熱像儀現(xiàn)在主要用來探測物體溫度和定位，紅外熱像儀能夠探測紅外輻射能量分布，并在紅外探測器的光敏元件上反映出紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的溫度場相對應(yīng)。簡而言之，紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。用亮表示溫度高，暗表示溫度低，或用暖色和冷色表示溫度高低。

大部分常見有機物質(zhì)和部分無機物質(zhì)都具有紫外或可見光吸收基團，因而有較強的紫外或可見光吸收能力。為得到較高的靈敏度，常選擇被測物質(zhì)能產(chǎn)生最大吸收的波長作檢測波長，但為了選擇性或其他目的也可適當犧牲靈敏度而選擇吸收稍弱的波長。紫外成像儀適用于對紫外或可見光有較強吸收能力物質(zhì)的檢測。

紫外成像和紅外成像是2種互補而非沖突的技術(shù)。一個完整的電力設(shè)施檢測應(yīng)該包括紫外成像、紅外成像和可見光檢測。電暈是一種發(fā)光的表面局部放電現(xiàn)象，是由于局部高強度電場使空氣產(chǎn)生電離的結(jié)果。該過程僅產(chǎn)生微小的熱量，紅外檢測通常不能發(fā)現(xiàn)。紅外成像通常是檢測在高電阻處產(chǎn)生的熱點。紫外成像儀可以檢測到的現(xiàn)象往往紅外熱像儀不能檢測到，而紅外熱像儀可以檢測到的現(xiàn)象往往紫外成像儀不能檢測到。紫外成像和紅外成像的比較如表1所示。

3 變電站的電暈放電

電暈是高壓帶電體表面向空氣游離放電的現(xiàn)象。當高壓帶電體(例如高壓架空線的導(dǎo)線或者其他電氣設(shè)備的帶電部分)的電壓達到電暈臨界電壓，或者其表面電場強度達到電暈電場強度時，在一定的氣壓和溫度、濕度下，帶電體周圍出現(xiàn)的放電現(xiàn)象就是電暈。影響電暈放電的原因有氣壓、濕度、溫度3個方面。

現(xiàn)行的外部絕緣預(yù)防性檢測制度規(guī)定了耐壓試驗、絕緣電阻測量、目力觀察以及多元件絕緣結(jié)構(gòu)上的電壓分布測量。由于工作量大，存在危險性以及在許多情況下需要切斷設(shè)備電源，這些方法缺乏足夠的可行性。而對于架空線的若干絕緣(支柱絕緣、合成材料絕緣)和若干種缺陷(發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)位置和導(dǎo)線與附件等的損傷)，除目力觀察外，尚未規(guī)定其他有效的檢測方法，因此，發(fā)展遠距離無接觸檢測技術(shù)具有現(xiàn)實意義。

變電站電暈放電的不良影響有：

(1) 產(chǎn)生離子沖擊效應(yīng)，加速破壞電力設(shè)備的構(gòu)成材料。

(2) 產(chǎn)生O3，NOX及HNO3等。這類化學(xué)物質(zhì)加速絕緣老化，并使銅金屬表面氧化影響接觸面的導(dǎo)電效果。

(3) 會產(chǎn)生無線電干擾、電視干擾和射頻干擾，影響收信或收視的效果。

(4) 消耗電能，降低電力傳輸效率。

(5) 電暈放電往往是嚴重閃絡(luò)現(xiàn)象的先期征兆。

4 紫外成像儀在500 kV變電站的應(yīng)用

紫外成像檢測技術(shù)作為一項最近引入電網(wǎng)的技術(shù)，近幾年，國內(nèi)的有關(guān)研究機構(gòu)、電力公司開始了紫外成像檢測的研究及應(yīng)用推廣工作。某供電公司在近期集中開展了500 kV變電站的紫外放電檢測并發(fā)現(xiàn)了多起電暈放電現(xiàn)象。放電的部位主要集中在搭頭與均壓環(huán)、球形均壓環(huán)、導(dǎo)線斷裂處、間隔棒與導(dǎo)線連接處。

(1) 500 kV蒼巖變鳳蒼5831線線路壓變B相搭頭與均壓環(huán)之間有電暈放電現(xiàn)象(計數(shù)率：1 680)，如圖1所示。圖中左圖為紫外線圖像，右圖為可見光圖像。

(2) 500 kV蒼巖變鳳巖線5011開關(guān)間隔上方500 kVⅠ母B相球型均壓環(huán)有電暈放電現(xiàn)象(計數(shù)率：8 640)，如圖2所示。

（3）500 kV蘭亭變50132閘刀與500 kVⅡ母之間連線間隔棒A相有電暈放電現(xiàn)象(計數(shù)率：20 580），如圖3所示。

(4) 500 kV舜江變2號主變與2號主變50112閘刀之間管母C相兩側(cè)搭頭有電暈放電現(xiàn)象(計數(shù)率：11 830/14 250)，如圖4所示。

表1 紫外檢測和紅外成像的比較

(5) 500 kV鳳儀變鳳蒼5831線間隔上方500 kVⅡ母A相均壓環(huán)有電暈放電現(xiàn)象(計數(shù)率：21 090)，如圖5所示。

圖1 線路壓變搭頭電暈放電紫外成像儀成像

圖2 球形均壓環(huán)電暈放電紫外成像儀成像

圖3 導(dǎo)線間隔棒電暈放電紫外成像儀成像

圖4 管母搭頭電暈放電紫外成像儀成像

圖5 均壓環(huán)破損放電

5 紫外成像儀實際應(yīng)用需要解決的問題

紫外成像檢測技術(shù)在國內(nèi)電力系統(tǒng)中應(yīng)用的時間較短，目前仍處于技術(shù)引進的初級階段。影響測量結(jié)果的主要因素有所選增益、檢測距離、氣壓、溫度、濕度和風(fēng)力等。在實際應(yīng)用中尚存在一些問題有待改進。

(1) 紫外光子標定問題。紫外成像檢測的標定方法是以計量紫外光子數(shù)來衡量放電程度。但現(xiàn)場準確檢測電氣設(shè)備紫外光子數(shù)比較困難。

(2) 電暈放電強度的量化問題。目前，利用紫外成像儀在現(xiàn)場進行電暈放電檢測時， 通常是根據(jù)儀器所顯示的單位時間(1 min)內(nèi)的紫外光子數(shù)，對電暈放電強度進行量化。然而，這種方法并不能有效判斷電氣設(shè)備電暈放電處在什么階段，是否存在即將發(fā)生閃絡(luò)的危險，也不能有效判斷電暈損失是否在正常的范圍之內(nèi)。

(3) 對電暈放電后果的評估問題。不同設(shè)備或同一設(shè)備不同部位的電暈放電所導(dǎo)致的后果不一定相同。同時，在檢測過程中，環(huán)境因素的作用反映在電暈檢測中表現(xiàn)為：不同環(huán)境下，通過紫外成像儀觀察到的電暈放電有一定變化。因此，如何正確評估電暈放電后果，是紫外成像檢測技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中亟需解決的問題。

6 結(jié)論

(1) 使用紫外成像儀檢測時，當光子分布較零散，無法確定放電位置時，建議采用夜景模式。在使用紫外成像儀時一定要選擇適當?shù)脑鲆?，以免出現(xiàn)溢出。

(2) 紫外檢測的標定方法為計量紫外光子數(shù)來衡量放電程度，但現(xiàn)場準確檢測電氣設(shè)備紫外放電光子數(shù)比較困難，受環(huán)境影響較大，因此還需要對紫外檢測標定技術(shù)進行大量的研究。

(3) 紫外成像是一項新的技術(shù)手段，具有簡單、高效、直觀、形象，并且能實現(xiàn)在線觀測等優(yōu)點，有利于積極推進狀態(tài)檢修，因此有必要將該項技術(shù)在電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用并對其作深入研究。

1 王少華，梅冰笑，葉自強，羅 盛.紫外成像檢測技術(shù)及其在電氣設(shè)備電暈放電檢測中的應(yīng)用[J].高壓電器，2011，47(11)：94.

2016-03-22；

2016-06-28。

王金煒(1985-)，男，工程師，主要從事變電檢修高壓試驗工作，email：wangjinwei1985@126.com。

湯 衛(wèi)(1969-)，男，高級工程師，主要從事變電檢修工作。