紫外成像檢測在輸變電設(shè)備狀態(tài)評價(jià)中的應(yīng)用

張 迪，董理科，王英民

(1.中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司,山西太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西太原 030001)

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電力負(fù)荷的不斷增加，如何及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備運(yùn)行中存在的故障和隱患、準(zhǔn)確地評價(jià)設(shè)備狀態(tài)從而制定出科學(xué)合理的檢修策略，正逐漸成為電力行業(yè)關(guān)心的重要課題。

目前，獲取電力設(shè)備狀態(tài)量的方式主要有停電試驗(yàn)、帶電檢測、在線監(jiān)測、日常運(yùn)行巡檢、專項(xiàng)隱患排查和家族缺陷通報(bào)等[1-2]。由于電力用戶對供電可靠性期望的提升和電網(wǎng)設(shè)備智能化運(yùn)檢技術(shù)的進(jìn)步，帶電檢測因其能夠有效發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中設(shè)備的潛伏性故障、預(yù)防設(shè)備損壞、保障安全運(yùn)行，被廣泛用于電力設(shè)備的狀態(tài)檢測和狀態(tài)評價(jià)中，主要包括紅外熱像檢測、紫外成像檢測、油中溶解氣體分析、避雷器阻性電流和全電流測量、六氟化硫氣體濕度、純度和分解物分析、暫態(tài)地電壓法、特高頻法和超聲波法局部放電檢測等技術(shù)。而紫外成像檢測以其放電定位準(zhǔn)確、顯示直觀、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、遠(yuǎn)距離非接觸測量、便于攜帶、可發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)量早期的微弱變化等技術(shù)優(yōu)勢，能夠?yàn)檩斪冸娫O(shè)備及關(guān)鍵部件的狀態(tài)評價(jià)及檢修決策提供客觀依據(jù)，在我國電力系統(tǒng)中被普遍使用[2]。

1 紫外成像檢測

1.1 基本原理及適用范圍

油浸式變壓器（電抗器）、電流互感器、電磁式電壓互感器、電容式電壓互感器、六氟化硫斷路器、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備、隔離開關(guān)、母線、串聯(lián)補(bǔ)償裝置、架空輸電線路等運(yùn)行中的高壓電力設(shè)備，當(dāng)其帶電部分的局部電壓越過閾值時(shí)，會導(dǎo)致周圍的空氣擊穿而電離，這種現(xiàn)象稱為電暈放電。在此過程中，空氣的主要成分氮?dú)獠粩喃@得能量并進(jìn)行電離和復(fù)合，同時(shí)發(fā)出紫外線。紫外成像檢測就是通過分別接收輻射出來的紫外線和可見光信號，并在處理后對2種圖像進(jìn)行組合顯示；技術(shù)人員可以同時(shí)查看電暈成像和電暈源四周環(huán)境的具體情況，以確定電暈的位置和強(qiáng)度。

紫外線是指波長在10～400 nm之間的所有電磁輻射。在穿過臭氧層時(shí)，太陽紫外光譜中波長為190～285 nm的波段由于被吸收而不能到達(dá)地球表面。紫外成像檢測所采集和利用的即為電力設(shè)備輻射出的240～280 nm這一波段的紫外線，因而不受太陽光照的影響，在白天、黑夜均可以進(jìn)行檢測。

該技術(shù)能夠檢測的放電主要有設(shè)備設(shè)計(jì)制造、運(yùn)輸安裝、檢修維護(hù)造成的尖端、毛刺和銳角、表面粗糙、金屬懸浮放電、均壓屏蔽措施不到位、導(dǎo)線散股斷股等導(dǎo)電體表面電暈放電和絕緣子表面裂紋、破損、污穢受潮、不均勻覆冰、金屬異物短接、絕緣子零值、復(fù)合絕緣子芯棒斷裂及護(hù)套電蝕等絕緣體表面電暈放電兩大類。

1.2 影響因素及注意事項(xiàng)

1.2.1 天氣和電磁環(huán)境的影響

惡劣的天氣條件和外界電磁干擾均會對紫外成像帶來不利的影響，所以檢測工作應(yīng)避開雨雪雷霧、沙塵天氣，盡量選擇在晴天、多云等天氣良好的時(shí)間開展；檢測時(shí)，周圍環(huán)境中不應(yīng)有電焊機(jī)、激光切割機(jī)等強(qiáng)紫外干擾源作業(yè)的存在。

1.2.2 風(fēng)速的影響

在室外運(yùn)行的電力設(shè)備，其電暈放電產(chǎn)生的帶電粒子在風(fēng)力作用下會更快地散發(fā)，紫外成像結(jié)果也將出現(xiàn)大面積的紫外光點(diǎn)區(qū)域，干擾到正常的測試工作。因此在對所有應(yīng)測部位進(jìn)行全面掃描和檢測時(shí)風(fēng)速一般應(yīng)不大于5 m/s；若要對疑似放電部位做進(jìn)一步的精確檢測，風(fēng)速應(yīng)在1.5 m/s以下。

1.2.3 氣壓、溫度和濕度的影響

氣壓和溫度的變化會引起大氣密度改變，進(jìn)而影響電力設(shè)備周圍空氣的電離過程，并最終造成紫外光子計(jì)數(shù)結(jié)果發(fā)生變動(dòng)，但這種差異并不明顯，而且與檢測儀器本身的誤差和測量的偏差相比，可以忽略不計(jì)。

通常情況下，濕度的增加會使設(shè)備絕緣體表面污穢逐漸溶解在水中，泄漏電流增大的熱效應(yīng)導(dǎo)致絕緣體表面形成局部干燥區(qū)域。該區(qū)域由于承受較高的電壓而發(fā)生電暈放電。但濕度變化對設(shè)備的起暈和紫外衰減影響趨勢是基本一致的，故在現(xiàn)場檢測時(shí)無需對所用的紫外儀器進(jìn)行校正。

1.2.4 儀器參數(shù)設(shè)置的影響

設(shè)定較高的增益可以提高紫外成像檢測的靈敏度，但同時(shí)會放大背景噪聲，導(dǎo)致紫外光點(diǎn)計(jì)數(shù)結(jié)果發(fā)生改變，從而影響到對設(shè)備電暈放電強(qiáng)度的評價(jià)。故此應(yīng)在紫外線較弱或人工判定為較弱時(shí)選擇高增益；反之則選擇低增益，以免紫外信號過強(qiáng)覆蓋對應(yīng)的可見光圖像，不利于對電暈源的準(zhǔn)確定位。

過濾閾值如果設(shè)置較高，就會導(dǎo)致一些過弱的電暈放電源無法在檢測圖像中顯示；閾值設(shè)置較低時(shí)又會造成背景噪聲過大，而真正有價(jià)值的電暈信息被白色干擾圖像所湮沒。因此開展檢測時(shí)應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境和檢測要求合理設(shè)置過濾閾值等儀器參數(shù)。

1.2.5 檢測位置的影響

單一觀測方向?qū)τ趶?qiáng)度較小的局部性電暈大多難以發(fā)現(xiàn)，因而應(yīng)從多個(gè)角度進(jìn)行紫外成像檢測，確?，F(xiàn)場沒有遺漏的設(shè)備和測點(diǎn)，并盡可能地避開影響檢測工作的遮擋物。

檢測時(shí)還應(yīng)在技術(shù)人員和所用儀器與設(shè)備帶電部位保持足夠安全距離的前提下，選擇合適的觀測距離。由于電暈放電量與檢測距離呈指數(shù)衰減，應(yīng)在必要時(shí)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式對電暈放電結(jié)果進(jìn)行換算。

1.3 狀態(tài)量劃分及評價(jià)

鑒于紫外成像檢測在電力設(shè)備隱患排查和故障診斷中的重要作用，不少科研機(jī)構(gòu)和電力運(yùn)營單位已經(jīng)把該技術(shù)納入了狀態(tài)評價(jià)的范疇。以國家電網(wǎng)公司新修訂的Q/GDW 10169— 2016《油浸式變壓器（電抗器） 狀態(tài)評價(jià)導(dǎo)則》、Q/GDW 1173—2014《架空輸電線路狀態(tài)評價(jià)導(dǎo)則》為例，其狀態(tài)量劃分及評價(jià)條款見表1。

表1 基于紫外檢測的電力設(shè)備狀態(tài)評價(jià)條款

2 應(yīng)用實(shí)例

以山西電網(wǎng)的2次檢測為例進(jìn)行紫外成像分析。

2.1 變壓器套管放電

2008年，在對某1 000 kV A相主體變壓器進(jìn)行長時(shí)感應(yīng)耐壓及局部放電試驗(yàn)時(shí)，通過紫外成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)套管有間歇性火花狀電暈放電，其存在對局部放電試驗(yàn)形成了較大的干擾。隨后的持續(xù)復(fù)測找到了套管不發(fā)生放電的時(shí)段，為合理選擇時(shí)間窗口、確保試驗(yàn)順利進(jìn)行提供了可靠的技術(shù)保障。套管電暈放電照片如圖1所示。

圖1 套管電暈放電照片

2.2 架空線路均壓環(huán)放電

2009年，對某1 000 kV架空輸電線路的導(dǎo)電體和絕緣子進(jìn)行紫外成像檢測，發(fā)現(xiàn)一些均壓環(huán)上的紫外光子計(jì)數(shù)結(jié)果偏大，分析其原因?yàn)榫鶋涵h(huán)4個(gè)支撐架焊接點(diǎn)不光滑、均壓環(huán)表面有毛刺、均壓環(huán)安裝不當(dāng)或均壓環(huán)安裝時(shí)有磨損等，但不影響線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，繼續(xù)加強(qiáng)跟蹤檢測，做好檢測結(jié)果的收集整理，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷；在隨后的線路年度停電檢修時(shí)，根據(jù)狀態(tài)量的實(shí)際情況對相關(guān)均壓環(huán)進(jìn)行表面、焊點(diǎn)打磨處理或更換。其典型放電照片如圖2所示。

圖2 線路均壓環(huán)放電照片

3 結(jié)論

隨著電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管控要求的提高和帶電檢測技術(shù)的進(jìn)步，紫外成像檢測在電力設(shè)備故障排查和狀態(tài)評價(jià)中的研究和應(yīng)用都取得了良好的效果。對于檢測發(fā)現(xiàn)的各類問題，應(yīng)進(jìn)一步深化電力設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期管理，將技術(shù)監(jiān)督關(guān)口有效前移，確保其無故障投運(yùn)；同時(shí)運(yùn)檢部門應(yīng)加強(qiáng)檢測案例的技術(shù)分析、經(jīng)驗(yàn)交流和人員培訓(xùn)，并按時(shí)委托有資質(zhì)的單位對紫外成像儀進(jìn)行校驗(yàn)、比對和檢定，確保設(shè)備狀態(tài)可控、能控、在控，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)本質(zhì)安全。

[1]張晗，常安，王奇，等.基于多源信息的變壓器狀態(tài)評價(jià)方案研究與應(yīng)用 [J].高壓電器,2016(2):19-27.

[2]張志勁，張偉，黎振宇，等.不同缺陷類型導(dǎo)線的紫外成像檢測 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2015(9):2647-2652.