探讨紫外成像测试仪在绝缘子带电检测中的应用

葛一帅 许杰 谢琳

摘 要：通过对紫外成像测试仪在绝缘子带电检测工作中的应用，介绍电晕产生机理、危害及紫外成像测试仪的测试原理，并通过与其他测试方法的比较得出紫外成像测试技术的特点，同时通过案例分析紫外测试的影响因素，对下阶段紫外检测工作开展提出建议。

关键词：紫外成像测试 电晕放电 绝缘子带电检测 红外检测 超声波探伤

中图分类号：TM85 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-096-02

1 前言

运行中的各类绝缘子长期经受强电场、高机械应力作用，严重时会发生绝缘子内部破损、外表面开裂，甚至绝缘子破裂造成短路接地等事故，给电力系统的安全运行带来了巨大威胁。因此，对绝缘子运行状态的监测工作显得尤为重要。目前工作中判断绝缘子是否损坏的主要方法有：耐压试验、绝缘电阻测量、红外检测、超声波探伤、目力观察以及绝缘子带电测零值等。耐压试验、绝缘电阻测量需在切断设备电源后进行，停电时间长，工作量大；绝缘子带电测零值具有一定的危险性，作业人员与带电设备距离近，作业环境复杂，采用此方法，不仅工作量巨大，且存在不安全因素，尤其在超高压电网中，因涉及计划停电，带电测零值的工作几乎不能实现。紫外成像检测是一种可以让检测人员站于地面，远距离带电检测绝缘子的方法，紫外成像仪通过测量运行中绝缘子的紫外光谱，能判断绝缘子绝缘性能，它不仅能减轻劳动强度，还能随时地检测绝缘子的运行情况，对保证电网的绝缘水平与稳定性有积极意义。

2 电晕的产生机理及危害

电晕即局部放电，是极不均匀电场中所特有的电子崩流注形式的稳定放电现象。电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱，不发生碰撞游离，电晕外围带电粒子基本都是电离子，这些离子便形成了电晕放电电流。

电晕的发生，除了有晕光，还有放电声音，电晕电流是一个不连续的的高频脉冲电流，会引起有功损耗和无线电通信干扰，产生氮氧化物和臭氧，造成污染的环境。电晕对对绝缘子有较大的危害，电晕火花会烧蚀绝缘子的绝缘表面，产生的臭氧和酸对绝缘表面有腐蚀作用，造成绝缘表面变得粗糙，当损害渗入绝缘体内部时，会形成枝状生长的通路。长期以往将导致绝缘子的绝缘击穿，造成电力设备的故障，给电网的安全运行造成严重危害。

3 紫外成像测试仪的原理

紫外线的波长在10nm～400nm区间，太阳光中也有紫外线，但波长小于280nm的部分几乎全部被臭氧所吸收，称为“太阳盲区”，只有波长在315nm～400nm的可以通过大气来进行传输。

绝缘子电晕放电产生的紫外线波长大部分落在280nm～400nm之内，小部分波长在200nm～280nm范围内，检测200nm-280nm波长的紫外线，可判断绝缘子放电情况。紫外成像仪利用这个原理，检测绝缘子放电时产生的紫外波长，通过与可见光影像重叠，显示在仪器的屏幕上，达到确定绝缘子电晕的强度和具体部位的目的，从而为绝缘子运行情况提供更可靠的依据。紫外成像仪的基本测试参数包括：紫外光子数、紫外增益强度、延长叠加等。

4 紫外成像测试仪在绝缘子带电检测中的应用实例

国网浙江省杭州供电公司从2009年开始针对500kV瓶窑变、乔司变、富阳变、涌潮变，220kV崇贤变、宁围变、瓜沥变、闻堰变等重要枢纽变电所进行了全站变电设备绝缘子外绝缘紫外普测工作，收集了大量数据，并积累了一定的测试经验。下面通过实际工作中使用的SuperB紫外成像仪测试的数据进行分析。

4.1 支柱绝缘子检测

支柱绝缘子放电现象主要发生在瓷套附近区域或者金属终端部件与陶瓷之间。这表明绝缘子可能出现陶瓷开裂或者由于老化、机械应力导致金属终端部件与陶瓷松动的情况，另外水分渗进陶瓷内的间隙也可能引发电晕放电。为了确定放电现象，应该从多角度检查整个支柱绝缘子。如果绝缘子表面潮湿或有污染物，则放电会迷惑检测人员并有可能掩盖那些导致放电的缺陷。

4.2 悬式绝缘子检测

悬式绝缘子放电现象主要发生在伞群底部、伞群帽和销之间或者临近的钟罩上。这表明悬式绝缘子可能出现毛细裂纹、缺少部分陶瓷、球窝生锈、销钉腐蚀、开口销烧伤等情况。为了确定放电现象，要特别注意雨后不应立即检查瓷绝缘子，因为相当数量的因湿度导致的电晕会遮盖其它情形，另外由于悬式绝缘子金具较多，测量时要注意区分。

4.3 紫外检测的影响因素

通过实际工作积累的经验，发现紫外成像仪在绝缘子检测工作中受到以下因素的影响：

（1）仪器增益的影响。

现场测试时，发现绝缘子紫外计数很小时，可提高增益倍数，以便观测较弱的电晕现象；紫外计数中等时，可选择一般增益；紫外计数较大时，可调低增益倍数，以避免紫外放电图像相互叠加，便于观测电晕的放电源。

（2）检测距离的影响。

仪器与被测绝缘子的距离对结果有明显影响。现场经验表明：当与被测绝缘子距离增加时，检测视角将减小，检测灵敏度下降。理想条件下，均匀介质中的点光源所发射光波的强度与距离的平方成反比。现场实际可能与理想情况存在较大差异，但可以确定随着被测绝缘子与仪器的距离增大，放电计数次数将明显减小。

（3）测试气压和气温的影响。

空气的密度受到气压和气温的影响，这也会影响到气体的电离过程，从而影响测试仪观测到的紫外光子数量。通常低气压、高温度条件下紫外计数要比高气压、低温度条件下的紫外计数多。在实际应用中，温度和气压的差异引起的偏差较小，可能淹没在仪器自身的测量偏差中。因此，一般不对气压和温度的差异进行修正，仅在测试中注意气压、气温该两项参数。

（4）测试湿度的影响。

湿度的增加会引起电晕强度的增加，由于绝缘子污秽成分和潮湿情况的不确定性，目前还没有办法对湿度进行技术修正，需要进一步通过大量的观测来确定湿度对检测的影响因素。

5 紫外检测方法与红外及超声波检测方法的比较

5.1 紫外检测与红外检测方法比较

红外检测在电力系统故障诊断工作中已经得到广泛应用，但紫外测试与其相比在较多方面拥有独特的优点：

（1）紫外检测一般可以找到因电压分部导致电晕产生的故障，而红外检测对因电流过大、温度过高造成的故障检测较为灵敏。

（2）紫外检测可以在日间进行，太阳光的干扰对测试结果影响较小，而红外检测一般在安排在晚间进行，太阳光对测试结果有较大的影响。

（3）紫外检测可以发现绝缘子劣化的趋势，对故障有一定的预判作用，而红外检测往往是设备已经由于过载或故障发生过热故障，通过检测暴露出具体故障点及部位。

因此现场工作中，采用紫外检测与红外检测配合的方式来确定绝缘子劣化程度及绝缘子与金具、导线连接的问题是一种十分有效的检测手段。

5.2 紫外检测与超声波探伤检测方法比较

在紫外技术成熟以前，现场一直通过超声波探伤和目测检测的方法来对绝缘子进行检测，紫外检测方法与传统的超声波探伤方比较具有以下优点：

（1）紫外检测工作是一种不需要停电的带电检测，相对于超声波探伤工作需要停电进行具有较大优势，对电网优质服务，可靠连续供电工作有促进作用。

（2）紫外检测工作直观快速，相对于超声波探伤复杂的检测及计算过程来说，紫外检测更适用于现场运行及检修人员，给作业人员测试、判断绝缘子故障带来了便利。

（3）紫外检测可以通过连续定时检测建立一系列图谱，相对于需要安排停电计划的超声波探伤工作拥有更大规模的数据支撑，便于建立图谱来分析判断绝缘子的运行情况，为电网状态检修工作提供了强有力的支持。

6 建议

紫外成像仪在绝缘子带电检测中的应用作为一项较新的工作，正逐步在状态检修工作中推广完善，根据实际工作中遇到的问题建议下阶段应着重做好以下方面的工作与研究：

（1）完成对重要变电所、输电线路等绝缘子的普测工作，完善紫外放电缺陷图谱数据库。对有缺陷的设备进行归纳上报，并配合以传统方式的测试手段。

（2）加强现场测试，丰富对各类缺陷的判断经验，参照国内外的技术标准，对绝缘子各类放电原因做出判断，形成典型测试比对图谱。

（3）组织测试人员尤其是变电所、输电线路运行人员进行紫外检测技术培训，提高全员紫外测试水平。

相信在不久的将来，紫外测试技术必定会在绝缘子检测工作中起到越来越重要地积极作用。