紫外成像仪在500 kV变电站的应用

王金炜，汤 卫

(国网浙江省电力公司绍兴供电公司， 浙江 绍兴 312000)

紫外成像仪在500 kV变电站的应用

王金炜，汤 卫

(国网浙江省电力公司绍兴供电公司， 浙江 绍兴 312000)

紫外成像仪对变电设备的电晕、闪络和电弧有很好的检测效果，通过检测放电部位辐射的紫外线，能间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷。介绍了用紫外成像仪在不同的气象环境下对多座500 kV变电站进行现场检测的情况，发现了部分设备的电晕放电现象及缺陷，证明了紫外成像检测技术的实用性，并分析了紫外成像仪实际应用中尚需解决的问题。

紫外成像仪；变电站；电晕放电

0 引言

输供电线路和变电站配电等设备在大气环境下工作，在某些情况下随着绝缘性能的降低，会出现结构缺陷或表面局部放电现象。电晕和表面局部放电过程中，电晕和放电部位将大量辐射紫外线，这样便可以利用紫外线的产生和增强间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现设备的缺陷。目前，可用于诊断放电过程的各种方法中，光学方法的灵敏度、分辨率和抗干扰能力最好。即采用高灵敏度的紫外线辐射接受器，记录电晕和表面放电过程中辐射的紫外线，再加以处理、分析达到评价设备状况的目的。对预防、减少设备发生故障造成的损失，具有很好的经济效益。

1 紫外成像仪的技术特点

紫外成像仪使用紫外光成像技术，可以直观形象地观察到放电的情况。通过观察电晕产生的位置、形状、强度等，使现场人员能迅速准确地定位放电点的位置，并可通过数码技术来记录动态和静态图像。对比相邻运行的相关设备的图像和该设备的历史记录图像，可以准确地判断运行设备的健康状况。也可检测出设备及绝缘的早期故障和性能降低情况，从而提高电力系统运行的可靠性。老化部件的早期检测可节约维修费用，使非计划的电力中断减少到最少，增加供电可靠性。

紫外成像仪有紫外线和可见光2个通道。前者用于电晕成像；后者用于拍摄环境(绝缘体、导线等)图片。紫外线图像和可见光图像可以同时生成，用于同时观察电晕和周围环境情况。

2 紫外成像仪与红外热像仪的技术比较

红外热像仪现在主要用来探测物体温度和定位，红外热像仪能够探测红外辐射能量分布，并在红外探测器的光敏元件上反映出红外热像图，这种热像图与物体表面的温度场相对应。简而言之，红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。用亮表示温度高，暗表示温度低，或用暖色和冷色表示温度高低。

大部分常见有机物质和部分无机物质都具有紫外或可见光吸收基团，因而有较强的紫外或可见光吸收能力。为得到较高的灵敏度，常选择被测物质能产生最大吸收的波长作检测波长，但为了选择性或其他目的也可适当牺牲灵敏度而选择吸收稍弱的波长。紫外成像仪适用于对紫外或可见光有较强吸收能力物质的检测。

紫外成像和红外成像是2种互补而非冲突的技术。一个完整的电力设施检测应该包括紫外成像、红外成像和可见光检测。电晕是一种发光的表面局部放电现象，是由于局部高强度电场使空气产生电离的结果。该过程仅产生微小的热量，红外检测通常不能发现。红外成像通常是检测在高电阻处产生的热点。紫外成像仪可以检测到的现象往往红外热像仪不能检测到，而红外热像仪可以检测到的现象往往紫外成像仪不能检测到。紫外成像和红外成像的比较如表1所示。

3 变电站的电晕放电

电晕是高压带电体表面向空气游离放电的现象。当高压带电体(例如高压架空线的导线或者其他电气设备的带电部分)的电压达到电晕临界电压，或者其表面电场强度达到电晕电场强度时，在一定的气压和温度、湿度下，带电体周围出现的放电现象就是电晕。影响电晕放电的原因有气压、湿度、温度3个方面。

现行的外部绝缘预防性检测制度规定了耐压试验、绝缘电阻测量、目力观察以及多元件绝缘结构上的电压分布测量。由于工作量大，存在危险性以及在许多情况下需要切断设备电源，这些方法缺乏足够的可行性。而对于架空线的若干绝缘(支柱绝缘、合成材料绝缘)和若干种缺陷(发现闪络位置和导线与附件等的损伤)，除目力观察外，尚未规定其他有效的检测方法，因此，发展远距离无接触检测技术具有现实意义。

变电站电晕放电的不良影响有：

(1) 产生离子冲击效应，加速破坏电力设备的构成材料。

(2) 产生O3，NOX及HNO3等。这类化学物质加速绝缘老化，并使铜金属表面氧化影响接触面的导电效果。

(3) 会产生无线电干扰、电视干扰和射频干扰，影响收信或收视的效果。

(4) 消耗电能，降低电力传输效率。

(5) 电晕放电往往是严重闪络现象的先期征兆。

4 紫外成像仪在500 kV变电站的应用

紫外成像检测技术作为一项最近引入电网的技术，近几年，国内的有关研究机构、电力公司开始了紫外成像检测的研究及应用推广工作。某供电公司在近期集中开展了500 kV变电站的紫外放电检测并发现了多起电晕放电现象。放电的部位主要集中在搭头与均压环、球形均压环、导线断裂处、间隔棒与导线连接处。

(1) 500 kV苍岩变凤苍5831线线路压变B相搭头与均压环之间有电晕放电现象(计数率：1 680)，如图1所示。图中左图为紫外线图像，右图为可见光图像。

(2) 500 kV苍岩变凤岩线5011开关间隔上方500 kVⅠ母B相球型均压环有电晕放电现象(计数率：8 640)，如图2所示。

（3）500 kV兰亭变50132闸刀与500 kVⅡ母之间连线间隔棒A相有电晕放电现象(计数率：20 580），如图3所示。

(4) 500 kV舜江变2号主变与2号主变50112闸刀之间管母C相两侧搭头有电晕放电现象(计数率：11 830/14 250)，如图4所示。

表1 紫外检测和红外成像的比较

(5) 500 kV凤仪变凤苍5831线间隔上方500 kVⅡ母A相均压环有电晕放电现象(计数率：21 090)，如图5所示。

图1 线路压变搭头电晕放电紫外成像仪成像

图2 球形均压环电晕放电紫外成像仪成像

图3 导线间隔棒电晕放电紫外成像仪成像

图4 管母搭头电晕放电紫外成像仪成像

图5 均压环破损放电

5 紫外成像仪实际应用需要解决的问题

紫外成像检测技术在国内电力系统中应用的时间较短，目前仍处于技术引进的初级阶段。影响测量结果的主要因素有所选增益、检测距离、气压、温度、湿度和风力等。在实际应用中尚存在一些问题有待改进。

(1) 紫外光子标定问题。紫外成像检测的标定方法是以计量紫外光子数来衡量放电程度。但现场准确检测电气设备紫外光子数比较困难。

(2) 电晕放电强度的量化问题。目前，利用紫外成像仪在现场进行电晕放电检测时， 通常是根据仪器所显示的单位时间(1 min)内的紫外光子数，对电晕放电强度进行量化。然而，这种方法并不能有效判断电气设备电晕放电处在什么阶段，是否存在即将发生闪络的危险，也不能有效判断电晕损失是否在正常的范围之内。

(3) 对电晕放电后果的评估问题。不同设备或同一设备不同部位的电晕放电所导致的后果不一定相同。同时，在检测过程中，环境因素的作用反映在电晕检测中表现为：不同环境下，通过紫外成像仪观察到的电晕放电有一定变化。因此，如何正确评估电晕放电后果，是紫外成像检测技术在电力系统应用中亟需解决的问题。

6 结论

(1) 使用紫外成像仪检测时，当光子分布较零散，无法确定放电位置时，建议采用夜景模式。在使用紫外成像仪时一定要选择适当的增益，以免出现溢出。

(2) 紫外检测的标定方法为计量紫外光子数来衡量放电程度，但现场准确检测电气设备紫外放电光子数比较困难，受环境影响较大，因此还需要对紫外检测标定技术进行大量的研究。

(3) 紫外成像是一项新的技术手段，具有简单、高效、直观、形象，并且能实现在线观测等优点，有利于积极推进状态检修，因此有必要将该项技术在电力系统推广应用并对其作深入研究。

1 王少华，梅冰笑，叶自强，罗 盛.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)：94.

2016-03-22；

2016-06-28。

王金炜(1985-)，男，工程师，主要从事变电检修高压试验工作，email：wangjinwei1985@126.com。

汤 卫(1969-)，男，高级工程师，主要从事变电检修工作。