紫外成像技術在高壓設備帶電檢測中的應用

顧 磊

國網(wǎng)吉林供電公司，吉林 吉林 132001

0 引言

隨著我國科學技術的飛速發(fā)展，高壓設備帶電檢測的相關技術也取得了很大的發(fā)展和進步。在此背景下，紫外成像技術具有安全、準確、無污染等優(yōu)點，逐漸在相關領域的檢測環(huán)節(jié)得到應用和推廣[1-2]。為此，文章研究了紫外成像技術的檢測原理，并探討了相關技術在我國電力系統(tǒng)中的應用。

1 紫外成像技術的檢測原理和方法

高壓電源設備可能因絕緣損壞、局部老化、潮濕等原因而產(chǎn)生電離放電現(xiàn)象，根據(jù)電場強度可分為電暈放電、連續(xù)電弧放電和間歇放電，其中存在多個級別的電弧放電[3]。電離放電的基本原理是能量釋放，在此過程中，所產(chǎn)生的紫外線的波長為40～400 nm。這項技術的應用主要借助于專用設備，通過后續(xù)分析接收并確定紫外線電信號光暈的位置和強度。實際上，由于高壓設備電暈開始放電會出現(xiàn)一種瞬態(tài)情況，這有利于紫外線成像儀器捕捉相關特征以觀察電暈。

基于此，采用紫外成像儀可以探測到當設備充電時，陽光通過分束器后分為兩個檢測通道，即紫外線和可見光，前者主要起電暈成像的作用，后者負責被測設備和環(huán)境的成像，然后利用圖像合成技術將兩幅圖像疊加，得到電暈放電排放位置應準確定位。

（1）活動模式。在這種模式下，需要相關人員對電力設備進行研究，及時觀察和控制流量，并在監(jiān)控環(huán)節(jié)計算一個或多個區(qū)域中紫外線光子的數(shù)量比。實踐證明，上述措施可以為員工的工作提供定量分析的工作依據(jù)，提供了很多的便利。

（2）整合模式。整合模式是指該區(qū)域內(nèi)一段時間的紫外線輻射光子能量的顯示內(nèi)容，并保存在平面上獲取先進先出法，及時更新相關值。為了更好地促進該模型的發(fā)展，需要對該工具進行修正精確調(diào)整，便于觀察相關電源設備的放電區(qū)域的形狀和范圍。

2 紫外成像技術的優(yōu)勢

紫外成像技術主要具有如下優(yōu)勢。

（1）靈活、高效、無污染。即使在高壓設備充電時，紫外成像技術也能發(fā)揮正常的檢測作用，屬于無損檢測技術。在實際使用中操作高效、靈活、安全，不會對電力系統(tǒng)的整體運行和內(nèi)部設備的運行帶來任何負面影響，具有安全、無污染的優(yōu)點。

（2）可預測性和敏感性。將紫外成像技術應用于高壓設備的現(xiàn)場檢測，可以檢測高壓設備在早期運行中的潛在故障和內(nèi)部問題，在實際運行中的敏感度較高。

（3）高強度精密定位優(yōu)勢。紫外成像技術可以定量地反映系統(tǒng)的放電強度，從而可以更加準確鎖定具體放電位置，且可以清晰直觀地呈現(xiàn)放電圖像。

（4）可提高電源維護效率。由于紫外成像技術的多重檢測優(yōu)勢，可以結(jié)合測試數(shù)據(jù)動態(tài)評估維護和運行管理的質(zhì)量，根據(jù)運行方式，制定維護策略，確保設備安全可靠運行，從而改善電廠的運行狀態(tài)。

3 紫外成像技術的實際應用

在高壓設備的實際運行中，由于受到許多內(nèi)外因素的干擾，經(jīng)常會發(fā)生局部放電或電暈現(xiàn)象，嚴重影響其絕緣性能，導致設備故障無法有效運作并發(fā)揮其應有的作用。紫外成像技術作為一種先進的技術，在高壓設備的現(xiàn)場檢測中發(fā)揮著重要作用。

（1）運行期間絕緣子劣化檢測。絕緣子劣化是指絕緣子的表面結(jié)構(gòu)受損，并逐漸退化為低值絕緣體，導致放電。當在絕緣體表面上形成導電碳化時，如果出現(xiàn)通道和腐蝕性裂紋，容易在短時間內(nèi)演變?yōu)閾舸┕收?。此時，利用紫外成像技術對站內(nèi)絕緣子進行檢測，可實現(xiàn)對絕緣子的首次識別標志，如哪個絕緣子串與連接到高壓導體的第一個絕緣子底部的光子相連光子數(shù)超出正常范圍，同時放電平穩(wěn)，光子數(shù)相繼超過10 000個，可以確定已發(fā)生連續(xù)電弧放電。運用該技術，再進行放電檢測，通過相似比較規(guī)則綜合判斷放電芯片的邊緣是否存在劣化問題。

（2）高壓設備中污染物的檢測。高壓設備長期運行后，其表面可能覆蓋一些未知污染物，或存在連續(xù)的表面凹坑，這使得電場難以均勻分布和特定電壓條，零件下方可能發(fā)生放電。借助紫外成像技術，可以精確測量絕對值，借助大功率望遠鏡可觀測邊緣亞污染物的分布和導體的污染程度，從而形成科學的維修計劃，為控制污閃、爬電等故障創(chuàng)造條件有價值的數(shù)據(jù)和信息。

（3）變電站電氣設備的操作和維護。以往的異常放電可通過聲音辨別、夜間觀察等進行判斷，然而部分設備在放電過程中仍能維持正常工作，這使得傳統(tǒng)的聽聲辨別方式難以發(fā)揮作用。此時，需要完全依靠主觀經(jīng)驗判斷，夜間發(fā)現(xiàn)絕緣設備中有可見光時，表示出現(xiàn)了亮光，然而，在大多數(shù)情況下，絕緣裝置不會發(fā)生重大放電問題，一般是由可見光放電模式下的突然閃絡和擊穿引起的。借助紫外成像檢測技術可確保設備的早期問題能在第一時間被發(fā)現(xiàn)，從而可以制訂科學的維護保養(yǎng)計劃，確保變電站的穩(wěn)定運行。

（4）發(fā)電機定子繞組耐壓試驗。發(fā)電機定子繞組端部出現(xiàn)絕緣損壞、老化、劣化等問題時，耐壓試驗運行中會出現(xiàn)放電問題，電暈放電會損壞絕緣，使其存在一定的局限性。一般情況下，只能通過人工目視檢查控制外部因素的干擾，因此難以識別放電的具體位置和放電。紫外成像技術則可以克服這一問題，不易受外部環(huán)境的干擾，可以全天測試，還可以定量評估缺陷的程度。

（5）導線損傷檢測。如果導線表面和內(nèi)部出現(xiàn)損壞或其他故障，應更換跨接支撐桿，否則可能出現(xiàn)局部松動，也可能出現(xiàn)連接不穩(wěn)定，隨著周圍電場強度的逐漸升級和增強，在特定條件的影響下會出現(xiàn)電流。傳統(tǒng)的人工方法無法識別電暈現(xiàn)象，而通過紫外成像技術能夠及時檢測電暈，從而減少手動檢查，提高維護效率。一般來說，檢測結(jié)果并不一致隨著探測距離的增加，精度降低。同時，需對儀器的增益和背景進行分析，才會影響光子數(shù)，進而影響對電暈放電強度的判斷。

（6）隔離開關和均壓環(huán)的放電檢查。隔離開關主切口是常見的放電點之一，放電情況較為嚴重。主要原因包括配件刀口表面不光滑，曲率過大，導致場強過高，從而導致電暈放電。此外，均壓環(huán)是一個容易放電的零件，這主要是由均壓環(huán)上的小突起造成的。由于均壓環(huán)直接連接到高壓側(cè)，其表面條件和強度最大，導致容易產(chǎn)生放電和局部電暈。但該放電現(xiàn)象屬于正常放電，對設備安全的影響較小。

（7）架空導線。放電的主要原因是導線表面有小毛刺或間隔棒，導致接觸面曲率過大，局部過高，導致電暈發(fā)電。在一些大城市的高壓變電站里，到處都可以看到電氣點。設計人員應采用紫外成像技術對變電所和線路上的設備進行掃描檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果判斷電暈的正常情況，為合理維護提供相應的依據(jù)。此外，紫外成像技術可以發(fā)現(xiàn)斷股和松股電線，如高壓變電站中存在腐蝕，紫外線儀器鏡頭檢查，明顯松動，拉伸能力下降。主要原因包括強電暈放電，導致相關零件出現(xiàn)缺陷和凹坑，電場進一步失效，兩者之間形成惡性循環(huán)。

4 技術展望

（1）通過紫外成像技術對高壓設備進行帶電檢查，可以有效地發(fā)現(xiàn)絕緣子的外觀裂紋和污染，并可以檢查零值絕緣子、導線、配件等創(chuàng)傷性缺陷，從而為設備的維護和維修提供相應的依據(jù)。紫外成像技術是一種新型的無損檢測技術。目前，國內(nèi)外尚無相關檢測標準來判斷電暈設備運行的影響因素。因此，如何利用紫外成像技術對電暈放電進行量化，并針對存在的問題找到相應的解決方案是一項亟待解決的工作。

（2）未來發(fā)展的紫外成像技術。作為一種新的檢測技術，紫外活檢測技術還有很大的研究空間。目前，在超高壓輸電設備檢測領域，《帶電設備紫外診斷技術應用導則》缺陷類型的確定沒有光子定量數(shù)據(jù)，無法根據(jù)光子數(shù)有效判斷缺陷類型。為此，需要根據(jù)運營經(jīng)驗進行進一步的探索和研究；同時，由于紫外荷電檢測的特殊性和局限性，在研究過程中還需要結(jié)合紅外荷電檢測等多種手段，研究其內(nèi)在聯(lián)系，尋找荷電檢測中最準確、最方便的檢測方法。

5 結(jié)束語

紫外檢測技術具有安全性高、穩(wěn)定性好等特點，而且具有一定的靈活性和準確性，可以在輔助高壓設備帶電檢測中發(fā)揮作用。但是因為紫外成像技術是一項新技術，在實際使用中存在一定的問題，如電暈光子的數(shù)量只能起到定性作用分析功能，儀器本身容易受到自身增益和外部溫度和濕度的影響，因此該技術仍需進一步改進和優(yōu)化。