紫外成像技术在变电站一次设备检修中的应用

高　　燃，束　　畅，尹建军，郭　　翔，黄道均

紫外成像技术在变电站一次设备检修中的应用

高燃1，束畅1，尹建军1，郭翔2，黄道均1

（1.国网安徽省电力公司检修公司，合肥230061；2.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012）

阐述紫外成像技术的原理，结合其技术特点介绍变电站带电检测的方法。将紫外成像技术应用于变电站一次设备检修的缺陷诊断中，通过实例说明了紫外成像技术可以在变电站带电检测中为电力设备检修提供有效的辅助作用。

紫外成像；带电检测；变电站；电力设备

0　引言

变电站一次设备检修工作中经常需要通过对设备局部放电进行缺陷诊断，确定放电点与放电属性。传统的红外带电检测技术只能间接地测量因放电导致的局部发热，往往不能给出确切的放电点，而且其对日照、温度等室外天气情况有一定要求。紫外成像检测技术能够清晰明确地测量出电晕放电和表面局部放电特性，准确直观，且不需要其他辅助信号及检测设备，并能通过动态成像分析放电的性质与危害程度，可应用于电力设备检修中。

1　紫外成像技术原理

高压设备在运行的过程中，由于高压导线断股、设备线夹压接不良、绝缘体残缺、瓷瓶外部破损等有绝缘缺陷等原因，就会导致电场集中不均匀而发生局部放电现象，根据放电强度的不同，会产生电晕、闪络或电弧［1］。现代物理学中，放电过程的本质是空气中的分子不断在碰撞中获得和释放能量，分子中的电子在释放能量过程中，会发生从高能量层级向低能量层级的跃迁现象，在这一过程中，因跃迁而释放的能量便会以波长在230～400 nm内的紫外线形式向外散播。紫外线的波长范围是40～400 nm，太阳光辐射到地面上的太阳紫外线波长大都在300 nm以上，低于300 nm的波长区间称为太阳盲区。空气中的氮气电离时产生紫外线的光谱大部分波长在280～400 nm的区域内，只有一小部分波长小于280 nm，即处于太阳盲区内，若能探测到，只可能是来自被测客体设备上的辐射。

1.1检测原理与方法

采用紫外成像仪，利用太阳盲区实现对紫外线的观测，通过安装特殊的滤镜，使仪器工作在紫外波长230～280 nm之间，从而即便是在白天也能观测电晕及其他异常放电现象。其工作原理如图1所示。

图1　　紫外成像仪原理

紫外成像仪器可以接收设备放电时产生的紫外线［2］，这些紫外线综合可见光源信号经过成像镜头与分光器，在这过程中，成像仪采用可见光通道和紫外光通道分别成像，经处理后紫外图像与可见光图像融合的技术，经处理后与可见光影像重叠，传输到CCD图像传感器（Charged Coupled Device）上，再显示在仪器的屏幕上，达到确定电晕的位置和强度的目的。

1.2检测影响因素

由于电晕的强度是通过紫外成像仪每分钟所检测得出的紫外光子数表征的［3］，而光子数量容易受到观测距离、大气气压、温度、湿度等客观环境的影响，对紫外检测结果有相当程度的影响。

观测距离。仪器设备的检测视角将会随着观测距离增加有所减少，同时点光源发射出的光强度和距离成反比，有效信号湮没在噪声信号的概率也随距离增加而增加［4］。所以距离越大，所测得的设备放电的次数越少。当观测距离过远，则无法测得真实放电情况。

气压和温度。气压和温度的变化可以引起空气密度的改变，从而对电离过程造成影响，最终对光子数造成影响。一般情况下，气压升高、气温降低，则紫外线计数降低；气压降低、温度升高则紫外线计数增高。测量中需要对两者的影响考虑在内。

增益。增益是检测仪器对紫外光谱经过仪器的光学系统传输的敏感性的数字表征，调整增益大小可以影响仪器的光子计数能力，在紫外光计数较少时，采用高增益，反之则选择低增益［5］。正常情况则可以选择一般增益。通过不同增益的选择，从而对电晕源进行准确定位。根据紫外检测仪的使用导则，根据光子数量设置增益如表1所示。

表1　　检测仪器增益与紫外光子数对应关系

为避免以上的影响因素，应充分利用紫外光检测仪器的有关功能达到最佳检测效果，如增益调整，焦距调整，检测方式等。紫外检测应记录仪器增益、环境湿度、测量距离等参数；测量时选择了在不同时间下多次测量的方法，同时尽可能拉近观测距离，根据仪器检测到不同的光子数分别选择合适的信号增益。

2　应用实例

目前电力系统中探测红外光信号和紫外光信号比较行之有效的方法是红外成像和紫外成像法，尽管两种方法探测的都是光辐射信号，但其原理存在较大的差异，红外成像法一般探测的是7.5～13 μm的红外波段的光信号，反映的是设备温度分布上的差异，而这种温度的差异主要是由电流分布不同而引起，但在工程实际中有些设备存在缺陷并不会造成电流的明显增加，但有可能会引起放电现象；紫外成像技术能够直观清晰地显示故障放电的部位和性质，且可以根据环境调整增益，受外部影响有限，较之红外成像技术而言，紫外成像更加适合对设备放电的检测。

2015年迎峰度夏前，国网安徽省电力公司组织开展了全省500 kV变电站专项带电检测工作，其中将紫外成像技术用于设备放电缺陷予以重点关注。在安徽省20座500 kV变电站中，红外检测发热缺陷28项，紫外检测设备局部放电29项；本次带电检测检测发现严重和危急缺陷主要为35 kV设备和接头电流致热型缺陷，其中隔离开关发热、金属连接部位发热最多，紫外检测放点缺陷主要为220 kV及500 kV设备线夹、线路接地隔离开关导电接触部位。

2.1故障描述与分析

选取其中具有代表性的一例来说明紫外成像技术在检测设备放电方面的应用。某500 kV变电站中某500 kV线路506167接地隔离开关在运行中长期存在异常电晕放电现象，站内运维人员观测一直未能准确定位该异常放电具体位置，在红外测温中也由于成像模糊，且受站内日照、气温等因素干扰，未能准确观测放电点，给缺陷的诊断带来一定的困难。

带电检测工作中，首次使用紫外成像检测仪在该变电站进行了带电检测，同时对该处放电点进行了紫外成像复测，其紫外放电图谱如图2所示。

根据线路接地隔离开关的结构分析可知，为避免接地隔离开关合闸时线路存在的大量感应电荷对主触指形成放电烧蚀，设计之初便在主触指完成合闸动作之前预先通过引流棒、引流引线提前将感应电荷导入动触头底部的灭弧罐，再通过灭弧罐接地释放感应电荷；该灭弧罐相当于一个微型断路器，起到释放感应电荷的同时又不引起电弧的作用；而当接地隔离开关分闸时，灭弧罐两端会存在一定的剩余电荷，同时较长的引流线也存在感应电压，故使得引流棒与底座间存在感应电压，形成放电，所以必须为灭弧罐再设计一个触指，使灭弧罐在分闸状态下，该触指始终与引流棒良好接触，构成一个完整的放电回路，消除放电现象。

图2　　接地隔离开关紫外放电图谱

2.2故障处理

图3为现场灭弧罐触指处的烧蚀痕迹，图4为接地隔离开关合闸引流棒的放电烧蚀痕迹，可以看到，具体的放电点位于线路接地隔离开关分闸状态时的引流棒与灭弧罐放电触指接触的部位，由于该处需要一个良好的放电回路对灭弧罐放电，若存在这样一个电晕放电，则可判断为放电回路接触不良，即灭弧罐放电触指与引流棒之间存在微小间隙或因氧化导致接触不良。

图3　灭弧罐放电触指放电烧蚀痕迹

图4　　接地隔离开关合闸　引流棒放电烧蚀痕

2015年10月9日，针对发现的放电现象，现场更换了引流棒与放电触指的接触位置，如图5所示。同时对引流棒与放电触指的烧蚀痕迹进行了清洗打磨，检查发现506167线路接地隔离开关的灭弧罐放电触指处于接地隔离开关合闸引流棒间存在明显的放电烧蚀痕迹，现场发现该灭弧罐放电触指与隔离开关合闸引流棒接触不良，分析认为由于接触不良的缘故，使该接触部位在隔离开关分闸状态中持续不断地存在感应电放电现象，长久运行中造成接触部分烧蚀，形成该缺陷，与紫外成像检测结果中得到的判断一致。

图5　　调整后的放电触指接触位置

随后，对该接触部位进行了清洗打磨处理，同时对灭弧罐放电触指进行了调整，改变了其与引流棒的接触位置。随后在新的接触部位进行打磨，确保接触良好，并涂抹导电膏。经过送电后观察，已无放电现象，该缺陷消除。

3　　结语

紫外成像技术能够对变电站内的带电高压设备进行直观检测，有效地检测出高压设备放电的情况，并能准确定位放电点，从而为进一步评估设备的运行情况提供更可靠的依据。

同时为一次设备检修消缺提供可靠的诊断参考，紫外成像技术的应用将会提高高压设备异常放电故障点的检测能力，提高检修效率，保证电网的安全稳定运行。

［1]陈巍，何为，刘晓明，等.高压输电线路紫外在线检测系统［J］.电力系统自动化，2005，29（7）：88-92.

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［3]王少华，梅冰笑，叶自强，等.紫外成像检测技术及其在电气设备电晕放电检测中的应用［J］.高压电器，2011，47（11）：92-96.

［4]严璋.电力绝缘在线监测技术［M］.北京：中国电力出版社，1995.

［5]傅晨钊，周建国，肖嵘等.紫外电晕检测仪监测线路绝缘子的模拟试验［J］.华东电力，2006，33（6）：50-53.

UV Imaging Technology Applied in Substation Primary Equipment Maintenance

GAO Ran1，SHU Chang1，YIN Jianjun1，GUO Xiang2，HUANG Daojun1
（1.State Grid Anhui Electric Power Maintenance Company，Hefei 230061，China；2.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

The principle of UV imaging technology is expatiated，which is applied to the fault diagnosis in substations.The live detection of substations is introduced with UV imaging technical features.An example is given to prove that the UV imaging technology can provide an effective auxiliary function for the maintenance of the electric equipment.

ultraviolet imagery；live detection；substation；electric equipment

TM855

B

1007-9904（2016）06-0080-03

2016-01-12

高燃（1988），男，工程师，从事变电检修工作。