紫外成像技術在特高壓工程中的應用

李艷鵬，連建華，李小婧

（山西電力科學研究院，山西 太原 030001）

紫外成像技術在特高壓工程中的應用

李艷鵬，連建華，李小婧

（山西電力科學研究院，山西 太原 030001）

通過介紹紫外成像技術在國內首個1 000 kV特高壓交流試驗示范工程交接試驗和技術監(jiān)督中的應用情況，分析和總結了紫外成像測試過程中的影響因素。

紫外成像；特高壓；交接試驗

0 引言

紫外成像技術是利用紫外成像儀檢測空氣放電電離產生的紫外線，進而確定電暈放電的位置和強度的一種非電量電暈測試技術。電暈和電弧放電可能發(fā)生在輸變電系統(tǒng)的各個點，進而導致噪聲和無線電干擾，同時表明設備存在可能引發(fā)事故的缺陷[1]。目前，隨著紫外成像儀的不斷發(fā)展，紫外成像技術已被廣泛應用于電力設備缺陷檢測、無線電干擾測試等多個方面。本文介紹了紫外成像技術在國內首個1 000 kV特高壓交流輸電示范工程交接試驗和運行檢測中的應用情況，并分析了測試過程中的影響因素。

1 紫外成像技術的原理及應用

1.1 紫外成像技術的原理

紫外線的波長范圍是40～400 nm，太陽光中也含有紫外線，但由于地球的臭氧層吸收了部分波長的紫外線，實際上輻射到地面上的太陽紫外線波長大都在300 nm以上，低于300 nm的波長區(qū)間稱為太陽盲區(qū)。研究表明，空氣中的氮氣電離時產生紫外線的光譜大部分波長在280～400 nm的區(qū)域內，只有一小部分波長小于280 nm，即處于太陽盲區(qū)內，若能探測到，就可以排除來自太陽的干擾[2]。特高壓1 000 kV長治站使用以色列OFIL公司研究開發(fā)的全日用紫外儀，原理就是使儀器工作在這一段太陽盲區(qū)，從而，實現在白天也能觀測電暈放電。以色列OFIL生產的DaycoⅡ型的紫外成像儀設置可見光和紫外光兩個通道，分別生成紫外光點圖像和可見光背景圖像，兩者結合得到電暈放電的定位圖像。

1.2 紫外成像技術在特高壓變壓器ACLD試驗中的應用

特高壓1 000 kV長治變電站主變壓器是目前我國電壓等級最高、容量最大的電力變壓器。山西電力科學研究院承擔了1 000 kV變壓器的特殊試驗項目的現場交接試驗。其中，變壓器的長時感應電壓帶局部放電測量試驗（ACLD）是所有試驗中難度最大，對試驗設備要求最高的試驗。現場試驗主要存在以下難點。

a）試驗電壓髙，測試要求局放量小。標準要求變壓器高壓側在825.6 kV超高電壓下連續(xù)視在放電量不大于100 pC，這就要求整個試驗系統(tǒng)具有很高的背景控制水平。

b）整個試驗系統(tǒng)龐大復雜，外部干擾點多。整個測試系統(tǒng)包括電動機—發(fā)電機組、勵磁變壓器、補償電抗器等大型設備、被試品、接地線等都容易引起或耦合入干擾。

c）現場環(huán)境條件差，易影響測試。長治站地處山西省東南部，氣候濕度大，現場試驗環(huán)境復雜，各個單位交叉施工，局部放電試驗一般在晚上進行，外部條件很難控制。

這些就要求一種能有效檢測外部干擾放電的手段，為試驗創(chuàng)造良好的條件。在試驗中選擇紫外儀與局放儀配合使用，紫外儀能夠動態(tài)觀測和定位外部放電點，很好地控制測試背景。特高壓站使用紫外成像儀對整個試驗過程進行全程檢測，以有效控制外部干擾。以下是紫外成像儀在變壓器ACLD試驗期間發(fā)現的問題。

a）試驗設備整套調試期間，局放儀一直顯示有懸浮電位引起的干擾信號，用紫外儀檢測發(fā)現補償電抗器均壓環(huán)處有放電點，檢查發(fā)現為均壓環(huán)虛接引起的電位懸浮放電。重新接線后，干擾信號消失。

b）在進行A相主體變壓器ACLD試驗過程中，在測量電壓下，紫外儀檢測到高壓套管有間歇性的火花狀放電，影響局放測試。隨后對其跟蹤檢測，發(fā)現高壓側絕緣套管濕潤到一定程度時，隨著其表面電導率增加，電壓分布變得相對均勻，電暈強度降低。濕度繼續(xù)增加后，電暈變得十分劇烈，嚴重干擾測量，見圖1。套管在18：00—22：00時間段內不存在放電，外部干擾最小，為試驗選擇合適的時間窗口提供了依據。

圖1 1 000 kV變壓器高壓套管電暈放電圖

c） 在B相主體變壓器ACLD試驗過程中，在測量電壓下，局放儀檢測到有干擾放電，使局放無法測量。使用全日用電暈檢測儀（DayCorⅡ）對整個試驗系統(tǒng)進行外部電暈放電檢測，發(fā)現變壓器中壓側均壓罩頂部有持續(xù)性火花狀放電，見圖2。停電檢查發(fā)現均壓帽頂部吊裝孔有毛刺，對其進行處理后，局放儀顯示無干擾放電信號，保障了試驗順利完成。

圖2 1 000 kV變壓器均壓帽電暈放電圖

實踐表明，紫外成像技術可以很好地對電暈放電進行定性定位，有效控制測試背景。

1.3 紫外成像技術在特高壓投運后的應用

長治站投運后，山西電力科學研究院使用紫外成像儀對特高壓站內500 kV帶電區(qū)域進行了檢測。500 kV側有6回進出線，其中主變間隔與長晉Ⅰ回、長晉Ⅱ回使用同類型的HGIS，長久Ⅰ回、長久Ⅱ回、長久Ⅲ回使用同類型的HGIS。1號母線和2號母線均帶電，長晉Ⅰ回、長久Ⅱ回、長久Ⅲ回帶電。本次檢測分早、中、晚三次進行，以檢測不同外界環(huán)境下站內一次設備的電暈情況。

此后，在1 000 kV長南Ⅰ線投運后，山西電科院作為技術監(jiān)督單位，又定期對長治站1 000 kV區(qū)域進行電暈檢測，為設備維護提供依據。

通過對觀測結果的比較和分析，發(fā)現1 000 kV長治站內電暈放電情況如下。

a）持續(xù)性電暈一般出現在導線與導線、導線與金具聯結處（如母線引下線、鋼芯鋁絞線與定位鋼線接觸處、母聯等），見圖3、高場強尖端處（如母線端頭、接地刀閘均壓環(huán)上的連接端部等），見圖4。

圖3 500 kV分裂導線電暈放電圖

圖4 500 kV接地刀閘接頭電暈放電圖

b)A型500 kV套管均壓環(huán)有明顯電暈，見圖5。B型500 kV均壓環(huán)無明顯持續(xù)電暈，見圖6。A型500 kV套管均壓環(huán)設計較小表面電場強度高而產生了電暈。

圖5 500 kV A型斷路器均壓環(huán)電暈放電圖

圖6 500 kV B型斷路器均壓環(huán)圖像

c)1 000 kV區(qū)域變電設備電暈放電點相比500 kV區(qū)域少很多。500 kV設備電暈放電見圖7，1 000 kV設備電暈放電見圖8。可以看出，1 000 kV區(qū)域均壓裝置設計更加合理。

圖7 500 kV母線與設備電暈放電圖

圖8 1 000 kV母線與設備電暈放電圖

1.4 紫外測試中的影響因素

通過總結紫外成像儀在1 000 kV長治站的使用情況，可看出紫外成像測試一般應注意以下幾個方面因素的影響。

a）外界環(huán)境的影響。陽光或燈光中的紫外線會給測試帶來干擾；風速較大時，紫外成像儀顯示會出現持續(xù)的大面積的紫外光點干擾，影響測試。測試時間宜選擇在晴朗、無風的傍晚進行。

b）測試位置的影響。測試距離會影響紫外光點計數，固定的觀測角度會遺漏放電點，因此，紫外測試還需能從多個角度進行測試，保證無遺漏測點。

c）濕度的影響。一般來說，濕度增加，電暈強度會變得強烈。測試環(huán)境濕度不應過大。

d）紫外儀參數設置的影響。增益和長時間積累設置的較高能提高檢測靈敏度，但同時會放大背景噪聲。測試時應根據測試環(huán)境和測試要求合理設置。

2 結束語

在特高壓工程中的應用表明，紫外成像技術作為一種新的檢測手段，在大型電力變壓器的局部放電試驗中，能有效排除外部電暈放電干擾，從而保證局部放電準確測量。目前，國家電網公司正在推行電力設備狀態(tài)檢修和建設特高壓輸變電工程，將來隨著電力設備檢修方式的升級和更高電壓等級系統(tǒng)的逐漸形成，紫外成像技術會發(fā)揮越來越重要的作用。

［1］ A.Phillipsetc.Guide toCoronaand Arcing Inspection ofSubstations［R］.USA:EPRI，2002:1-96.

［2］ 戴利波.紫外成像技術在高壓設備帶電檢測中的應用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2003，27（20）：97-98.

App lication of Ultraviolet Imagery Technology in UHV Projects

LIYan-peng，LIAN Jian-hua，LIXiao-jing
（1.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

In this paper,it introduces the application of ultraviolet（UV）imagery technology in on-site acceptance test and technology supervision of 1 000 kV UHVAC pilot project in China.The influencing factors in ultraviolet imagery detectare analyzed.

ultraviolet（UV）imagery technology；UHV；acceptance test

TM931.12+6

B

1671-0320-（2011）03-0020-04

2011-01-15，

2011-04-11

李艷鵬（1982-），男，山西高平人，2007年畢業(yè)于西南交通大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，從事電氣設備絕緣試驗工作；

連建華（1970-）， 男，山西清徐人，1999年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學電器專業(yè)，高級工程師，從事特高壓技術研究工作；

李小婧（1983-），女，山西侯馬人，2008年畢業(yè)于太原理工大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，從事電氣設備絕緣試驗工作。