紫外成像技术在高压设备带电检测中的应用

2021-12-01顾磊

光源与照明 2021年4期

顾磊

国网吉林供电公司，吉林吉林 132001

0 引言

随着我国科学技术的飞速发展，高压设备带电检测的相关技术也取得了很大的发展和进步。在此背景下，紫外成像技术具有安全、准确、无污染等优点，逐渐在相关领域的检测环节得到应用和推广[1-2]。为此，文章研究了紫外成像技术的检测原理，并探讨了相关技术在我国电力系统中的应用。

1 紫外成像技术的检测原理和方法

高压电源设备可能因绝缘损坏、局部老化、潮湿等原因而产生电离放电现象，根据电场强度可分为电晕放电、连续电弧放电和间歇放电，其中存在多个级别的电弧放电[3]。电离放电的基本原理是能量释放，在此过程中，所产生的紫外线的波长为40～400 nm。这项技术的应用主要借助于专用设备，通过后续分析接收并确定紫外线电信号光晕的位置和强度。实际上，由于高压设备电晕开始放电会出现一种瞬态情况，这有利于紫外线成像仪器捕捉相关特征以观察电晕。

基于此，采用紫外成像仪可以探测到当设备充电时，阳光通过分束器后分为两个检测通道，即紫外线和可见光，前者主要起电晕成像的作用，后者负责被测设备和环境的成像，然后利用图像合成技术将两幅图像叠加，得到电晕放电排放位置应准确定位。

（1）活动模式。在这种模式下，需要相关人员对电力设备进行研究，及时观察和控制流量，并在监控环节计算一个或多个区域中紫外线光子的数量比。实践证明，上述措施可以为员工的工作提供定量分析的工作依据，提供了很多的便利。

（2）整合模式。整合模式是指该区域内一段时间的紫外线辐射光子能量的显示内容，并保存在平面上获取先进先出法，及时更新相关值。为了更好地促进该模型的发展，需要对该工具进行修正精确调整，便于观察相关电源设备的放电区域的形状和范围。

2 紫外成像技术的优势

紫外成像技术主要具有如下优势。

（1）灵活、高效、无污染。即使在高压设备充电时，紫外成像技术也能发挥正常的检测作用，属于无损检测技术。在实际使用中操作高效、灵活、安全，不会对电力系统的整体运行和内部设备的运行带来任何负面影响，具有安全、无污染的优点。

（2）可预测性和敏感性。将紫外成像技术应用于高压设备的现场检测，可以检测高压设备在早期运行中的潜在故障和内部问题，在实际运行中的敏感度较高。

（3）高强度精密定位优势。紫外成像技术可以定量地反映系统的放电强度，从而可以更加准确锁定具体放电位置，且可以清晰直观地呈现放电图像。

（4）可提高电源维护效率。由于紫外成像技术的多重检测优势，可以结合测试数据动态评估维护和运行管理的质量，根据运行方式，制定维护策略，确保设备安全可靠运行，从而改善电厂的运行状态。

3 紫外成像技术的实际应用

在高压设备的实际运行中，由于受到许多内外因素的干扰，经常会发生局部放电或电晕现象，严重影响其绝缘性能，导致设备故障无法有效运作并发挥其应有的作用。紫外成像技术作为一种先进的技术，在高压设备的现场检测中发挥着重要作用。

（1）运行期间绝缘子劣化检测。绝缘子劣化是指绝缘子的表面结构受损，并逐渐退化为低值绝缘体，导致放电。当在绝缘体表面上形成导电碳化时，如果出现通道和腐蚀性裂纹，容易在短时间内演变为击穿故障。此时，利用紫外成像技术对站内绝缘子进行检测，可实现对绝缘子的首次识别标志，如哪个绝缘子串与连接到高压导体的第一个绝缘子底部的光子相连光子数超出正常范围，同时放电平稳，光子数相继超过10 000个，可以确定已发生连续电弧放电。运用该技术，再进行放电检测，通过相似比较规则综合判断放电芯片的边缘是否存在劣化问题。

（2）高压设备中污染物的检测。高压设备长期运行后，其表面可能覆盖一些未知污染物，或存在连续的表面凹坑，这使得电场难以均匀分布和特定电压条，零件下方可能发生放电。借助紫外成像技术，可以精确测量绝对值，借助大功率望远镜可观测边缘亚污染物的分布和导体的污染程度，从而形成科学的维修计划，为控制污闪、爬电等故障创造条件有价值的数据和信息。

（3）变电站电气设备的操作和维护。以往的异常放电可通过声音辨别、夜间观察等进行判断，然而部分设备在放电过程中仍能维持正常工作，这使得传统的听声辨别方式难以发挥作用。此时，需要完全依靠主观经验判断，夜间发现绝缘设备中有可见光时，表示出现了亮光，然而，在大多数情况下，绝缘装置不会发生重大放电问题，一般是由可见光放电模式下的突然闪络和击穿引起的。借助紫外成像检测技术可确保设备的早期问题能在第一时间被发现，从而可以制订科学的维护保养计划，确保变电站的稳定运行。

（4）发电机定子绕组耐压试验。发电机定子绕组端部出现绝缘损坏、老化、劣化等问题时，耐压试验运行中会出现放电问题，电晕放电会损坏绝缘，使其存在一定的局限性。一般情况下，只能通过人工目视检查控制外部因素的干扰，因此难以识别放电的具体位置和放电。紫外成像技术则可以克服这一问题，不易受外部环境的干扰，可以全天测试，还可以定量评估缺陷的程度。

（5）导线损伤检测。如果导线表面和内部出现损坏或其他故障，应更换跨接支撑杆，否则可能出现局部松动，也可能出现连接不稳定，随着周围电场强度的逐渐升级和增强，在特定条件的影响下会出现电流。传统的人工方法无法识别电晕现象，而通过紫外成像技术能够及时检测电晕，从而减少手动检查，提高维护效率。一般来说，检测结果并不一致随着探测距离的增加，精度降低。同时，需对仪器的增益和背景进行分析，才会影响光子数，进而影响对电晕放电强度的判断。

（6）隔离开关和均压环的放电检查。隔离开关主切口是常见的放电点之一，放电情况较为严重。主要原因包括配件刀口表面不光滑，曲率过大，导致场强过高，从而导致电晕放电。此外，均压环是一个容易放电的零件，这主要是由均压环上的小突起造成的。由于均压环直接连接到高压侧，其表面条件和强度最大，导致容易产生放电和局部电晕。但该放电现象属于正常放电，对设备安全的影响较小。

（7）架空导线。放电的主要原因是导线表面有小毛刺或间隔棒，导致接触面曲率过大，局部过高，导致电晕发电。在一些大城市的高压变电站里，到处都可以看到电气点。设计人员应采用紫外成像技术对变电所和线路上的设备进行扫描检查，并根据检查结果判断电晕的正常情况，为合理维护提供相应的依据。此外，紫外成像技术可以发现断股和松股电线，如高压变电站中存在腐蚀，紫外线仪器镜头检查，明显松动，拉伸能力下降。主要原因包括强电晕放电，导致相关零件出现缺陷和凹坑，电场进一步失效，两者之间形成恶性循环。

4 技术展望

（1）通过紫外成像技术对高压设备进行带电检查，可以有效地发现绝缘子的外观裂纹和污染，并可以检查零值绝缘子、导线、配件等创伤性缺陷，从而为设备的维护和维修提供相应的依据。紫外成像技术是一种新型的无损检测技术。目前，国内外尚无相关检测标准来判断电晕设备运行的影响因素。因此，如何利用紫外成像技术对电晕放电进行量化，并针对存在的问题找到相应的解决方案是一项亟待解决的工作。

（2）未来发展的紫外成像技术。作为一种新的检测技术，紫外活检测技术还有很大的研究空间。目前，在超高压输电设备检测领域，《带电设备紫外诊断技术应用导则》缺陷类型的确定没有光子定量数据，无法根据光子数有效判断缺陷类型。为此，需要根据运营经验进行进一步的探索和研究；同时，由于紫外荷电检测的特殊性和局限性，在研究过程中还需要结合红外荷电检测等多种手段，研究其内在联系，寻找荷电检测中最准确、最方便的检测方法。