紫外成像检测在输变电设备状态评价中的应用

张 迪，董理科，王英民

(1.中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司,山西太原 030001；2.国网山西省电力公司电力科学研究院,山西太原 030001)

0 引言

随着电网规模的不断扩大和电力负荷的不断增加，如何及时、有效地发现电力设备运行中存在的故障和隐患、准确地评价设备状态从而制定出科学合理的检修策略，正逐渐成为电力行业关心的重要课题。

目前，获取电力设备状态量的方式主要有停电试验、带电检测、在线监测、日常运行巡检、专项隐患排查和家族缺陷通报等[1-2]。由于电力用户对供电可靠性期望的提升和电网设备智能化运检技术的进步，带电检测因其能够有效发现运行中设备的潜伏性故障、预防设备损坏、保障安全运行，被广泛用于电力设备的状态检测和状态评价中，主要包括红外热像检测、紫外成像检测、油中溶解气体分析、避雷器阻性电流和全电流测量、六氟化硫气体湿度、纯度和分解物分析、暂态地电压法、特高频法和超声波法局部放电检测等技术。而紫外成像检测以其放电定位准确、显示直观、灵敏度高、抗干扰能力强、远距离非接触测量、便于携带、可发现设备状态量早期的微弱变化等技术优势，能够为输变电设备及关键部件的状态评价及检修决策提供客观依据，在我国电力系统中被普遍使用[2]。

1 紫外成像检测

1.1 基本原理及适用范围

油浸式变压器（电抗器）、电流互感器、电磁式电压互感器、电容式电压互感器、六氟化硫断路器、气体绝缘金属封闭开关设备、隔离开关、母线、串联补偿装置、架空输电线路等运行中的高压电力设备，当其带电部分的局部电压越过阈值时，会导致周围的空气击穿而电离，这种现象称为电晕放电。在此过程中，空气的主要成分氮气不断获得能量并进行电离和复合，同时发出紫外线。紫外成像检测就是通过分别接收辐射出来的紫外线和可见光信号，并在处理后对2种图像进行组合显示；技术人员可以同时查看电晕成像和电晕源四周环境的具体情况，以确定电晕的位置和强度。

紫外线是指波长在10～400 nm之间的所有电磁辐射。在穿过臭氧层时，太阳紫外光谱中波长为190～285 nm的波段由于被吸收而不能到达地球表面。紫外成像检测所采集和利用的即为电力设备辐射出的240～280 nm这一波段的紫外线，因而不受太阳光照的影响，在白天、黑夜均可以进行检测。

该技术能够检测的放电主要有设备设计制造、运输安装、检修维护造成的尖端、毛刺和锐角、表面粗糙、金属悬浮放电、均压屏蔽措施不到位、导线散股断股等导电体表面电晕放电和绝缘子表面裂纹、破损、污秽受潮、不均匀覆冰、金属异物短接、绝缘子零值、复合绝缘子芯棒断裂及护套电蚀等绝缘体表面电晕放电两大类。

1.2 影响因素及注意事项

1.2.1 天气和电磁环境的影响

恶劣的天气条件和外界电磁干扰均会对紫外成像带来不利的影响，所以检测工作应避开雨雪雷雾、沙尘天气，尽量选择在晴天、多云等天气良好的时间开展；检测时，周围环境中不应有电焊机、激光切割机等强紫外干扰源作业的存在。

1.2.2 风速的影响

在室外运行的电力设备，其电晕放电产生的带电粒子在风力作用下会更快地散发，紫外成像结果也将出现大面积的紫外光点区域，干扰到正常的测试工作。因此在对所有应测部位进行全面扫描和检测时风速一般应不大于5 m/s；若要对疑似放电部位做进一步的精确检测，风速应在1.5 m/s以下。

1.2.3 气压、温度和湿度的影响

气压和温度的变化会引起大气密度改变，进而影响电力设备周围空气的电离过程，并最终造成紫外光子计数结果发生变动，但这种差异并不明显，而且与检测仪器本身的误差和测量的偏差相比，可以忽略不计。

通常情况下，湿度的增加会使设备绝缘体表面污秽逐渐溶解在水中，泄漏电流增大的热效应导致绝缘体表面形成局部干燥区域。该区域由于承受较高的电压而发生电晕放电。但湿度变化对设备的起晕和紫外衰减影响趋势是基本一致的，故在现场检测时无需对所用的紫外仪器进行校正。

1.2.4 仪器参数设置的影响

设定较高的增益可以提高紫外成像检测的灵敏度，但同时会放大背景噪声，导致紫外光点计数结果发生改变，从而影响到对设备电晕放电强度的评价。故此应在紫外线较弱或人工判定为较弱时选择高增益；反之则选择低增益，以免紫外信号过强覆盖对应的可见光图像，不利于对电晕源的准确定位。

过滤阈值如果设置较高，就会导致一些过弱的电晕放电源无法在检测图像中显示；阈值设置较低时又会造成背景噪声过大，而真正有价值的电晕信息被白色干扰图像所湮没。因此开展检测时应根据周围环境和检测要求合理设置过滤阈值等仪器参数。

1.2.5 检测位置的影响

单一观测方向对于强度较小的局部性电晕大多难以发现，因而应从多个角度进行紫外成像检测，确保现场没有遗漏的设备和测点，并尽可能地避开影响检测工作的遮挡物。

检测时还应在技术人员和所用仪器与设备带电部位保持足够安全距离的前提下，选择合适的观测距离。由于电晕放电量与检测距离呈指数衰减，应在必要时依据经验公式对电晕放电结果进行换算。

1.3 状态量划分及评价

鉴于紫外成像检测在电力设备隐患排查和故障诊断中的重要作用，不少科研机构和电力运营单位已经把该技术纳入了状态评价的范畴。以国家电网公司新修订的Q/GDW 10169— 2016《油浸式变压器（电抗器） 状态评价导则》、Q/GDW 1173—2014《架空输电线路状态评价导则》为例，其状态量划分及评价条款见表1。

表1 基于紫外检测的电力设备状态评价条款

2 应用实例

以山西电网的2次检测为例进行紫外成像分析。

2.1 变压器套管放电

2008年，在对某1 000 kV A相主体变压器进行长时感应耐压及局部放电试验时，通过紫外成像技术发现高压侧套管有间歇性火花状电晕放电，其存在对局部放电试验形成了较大的干扰。随后的持续复测找到了套管不发生放电的时段，为合理选择时间窗口、确保试验顺利进行提供了可靠的技术保障。套管电晕放电照片如图1所示。

图1 套管电晕放电照片

2.2 架空线路均压环放电

2009年，对某1 000 kV架空输电线路的导电体和绝缘子进行紫外成像检测，发现一些均压环上的紫外光子计数结果偏大，分析其原因为均压环4个支撑架焊接点不光滑、均压环表面有毛刺、均压环安装不当或均压环安装时有磨损等，但不影响线路安全稳定运行，继续加强跟踪检测，做好检测结果的收集整理，利用大数据进行分析判断；在随后的线路年度停电检修时，根据状态量的实际情况对相关均压环进行表面、焊点打磨处理或更换。其典型放电照片如图2所示。

图2 线路均压环放电照片

3 结论

随着电网安全风险管控要求的提高和带电检测技术的进步，紫外成像检测在电力设备故障排查和状态评价中的研究和应用都取得了良好的效果。对于检测发现的各类问题，应进一步深化电力设备资产全寿命周期管理，将技术监督关口有效前移，确保其无故障投运；同时运检部门应加强检测案例的技术分析、经验交流和人员培训，并按时委托有资质的单位对紫外成像仪进行校验、比对和检定，确保设备状态可控、能控、在控，实现电力系统本质安全。

[1]张晗，常安，王奇，等.基于多源信息的变压器状态评价方案研究与应用 [J].高压电器,2016(2):19-27.

[2]张志劲，张伟，黎振宇，等.不同缺陷类型导线的紫外成像检测 [J].电网技术，2015(9):2647-2652.