紫外成像技術在變電站一次設備檢修中的應用

高　　燃，束　　暢，尹建軍，郭　　翔，黃道均

紫外成像技術在變電站一次設備檢修中的應用

高燃1，束暢1，尹建軍1，郭翔2，黃道均1

（1.國網安徽省電力公司檢修公司，合肥230061；2.國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

闡述紫外成像技術的原理，結合其技術特點介紹變電站帶電檢測的方法。將紫外成像技術應用于變電站一次設備檢修的缺陷診斷中，通過實例說明了紫外成像技術可以在變電站帶電檢測中為電力設備檢修提供有效的輔助作用。

紫外成像；帶電檢測；變電站；電力設備

0　引言

變電站一次設備檢修工作中經常需要通過對設備局部放電進行缺陷診斷，確定放電點與放電屬性。傳統的紅外帶電檢測技術只能間接地測量因放電導致的局部發熱，往往不能給出確切的放電點，而且其對日照、溫度等室外天氣情況有一定要求。紫外成像檢測技術能夠清晰明確地測量出電暈放電和表面局部放電特性，準確直觀，且不需要其他輔助信號及檢測設備，并能通過動態成像分析放電的性質與危害程度，可應用于電力設備檢修中。

1　紫外成像技術原理

高壓設備在運行的過程中，由于高壓導線斷股、設備線夾壓接不良、絕緣體殘缺、瓷瓶外部破損等有絕緣缺陷等原因，就會導致電場集中不均勻而發生局部放電現象，根據放電強度的不同，會產生電暈、閃絡或電弧［1］。現代物理學中，放電過程的本質是空氣中的分子不斷在碰撞中獲得和釋放能量，分子中的電子在釋放能量過程中，會發生從高能量層級向低能量層級的躍遷現象，在這一過程中，因躍遷而釋放的能量便會以波長在230～400 nm內的紫外線形式向外散播。紫外線的波長范圍是40～400 nm，太陽光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的波長區間稱為太陽盲區。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的區域內，只有一小部分波長小于280 nm，即處于太陽盲區內，若能探測到，只可能是來自被測客體設備上的輻射。

1.1檢測原理與方法

采用紫外成像儀，利用太陽盲區實現對紫外線的觀測，通過安裝特殊的濾鏡，使儀器工作在紫外波長230～280 nm之間，從而即便是在白天也能觀測電暈及其他異常放電現象。其工作原理如圖1所示。

圖1　　紫外成像儀原理

紫外成像儀器可以接收設備放電時產生的紫外線［2］，這些紫外線綜合可見光源信號經過成像鏡頭與分光器，在這過程中，成像儀采用可見光通道和紫外光通道分別成像，經處理后紫外圖像與可見光圖像融合的技術，經處理后與可見光影像重疊，傳輸到CCD圖像傳感器（Charged Coupled Device）上，再顯示在儀器的屏幕上，達到確定電暈的位置和強度的目的。

1.2檢測影響因素

由于電暈的強度是通過紫外成像儀每分鐘所檢測得出的紫外光子數表征的［3］，而光子數量容易受到觀測距離、大氣氣壓、溫度、濕度等客觀環境的影響，對紫外檢測結果有相當程度的影響。

觀測距離。儀器設備的檢測視角將會隨著觀測距離增加有所減少，同時點光源發射出的光強度和距離成反比，有效信號湮沒在噪聲信號的概率也隨距離增加而增加［4］。所以距離越大，所測得的設備放電的次數越少。當觀測距離過遠，則無法測得真實放電情況。

氣壓和溫度。氣壓和溫度的變化可以引起空氣密度的改變，從而對電離過程造成影響，最終對光子數造成影響。一般情況下，氣壓升高、氣溫降低，則紫外線計數降低；氣壓降低、溫度升高則紫外線計數增高。測量中需要對兩者的影響考慮在內。

增益。增益是檢測儀器對紫外光譜經過儀器的光學系統傳輸的敏感性的數字表征，調整增益大小可以影響儀器的光子計數能力，在紫外光計數較少時，采用高增益，反之則選擇低增益［5］。正常情況則可以選擇一般增益。通過不同增益的選擇，從而對電暈源進行準確定位。根據紫外檢測儀的使用導則，根據光子數量設置增益如表1所示。

表1　　檢測儀器增益與紫外光子數對應關系

為避免以上的影響因素，應充分利用紫外光檢測儀器的有關功能達到最佳檢測效果，如增益調整，焦距調整，檢測方式等。紫外檢測應記錄儀器增益、環境濕度、測量距離等參數；測量時選擇了在不同時間下多次測量的方法，同時盡可能拉近觀測距離，根據儀器檢測到不同的光子數分別選擇合適的信號增益。

2　應用實例

目前電力系統中探測紅外光信號和紫外光信號比較行之有效的方法是紅外成像和紫外成像法，盡管兩種方法探測的都是光輻射信號，但其原理存在較大的差異，紅外成像法一般探測的是7.5～13 μm的紅外波段的光信號，反映的是設備溫度分布上的差異，而這種溫度的差異主要是由電流分布不同而引起，但在工程實際中有些設備存在缺陷并不會造成電流的明顯增加，但有可能會引起放電現象；紫外成像技術能夠直觀清晰地顯示故障放電的部位和性質，且可以根據環境調整增益，受外部影響有限，較之紅外成像技術而言，紫外成像更加適合對設備放電的檢測。

2015年迎峰度夏前，國網安徽省電力公司組織開展了全省500 kV變電站專項帶電檢測工作，其中將紫外成像技術用于設備放電缺陷予以重點關注。在安徽省20座500 kV變電站中，紅外檢測發熱缺陷28項，紫外檢測設備局部放電29項；本次帶電檢測檢測發現嚴重和危急缺陷主要為35 kV設備和接頭電流致熱型缺陷，其中隔離開關發熱、金屬連接部位發熱最多，紫外檢測放點缺陷主要為220 kV及500 kV設備線夾、線路接地隔離開關導電接觸部位。

2.1故障描述與分析

選取其中具有代表性的一例來說明紫外成像技術在檢測設備放電方面的應用。某500 kV變電站中某500 kV線路506167接地隔離開關在運行中長期存在異常電暈放電現象，站內運維人員觀測一直未能準確定位該異常放電具體位置，在紅外測溫中也由于成像模糊，且受站內日照、氣溫等因素干擾，未能準確觀測放電點，給缺陷的診斷帶來一定的困難。

帶電檢測工作中，首次使用紫外成像檢測儀在該變電站進行了帶電檢測，同時對該處放電點進行了紫外成像復測，其紫外放電圖譜如圖2所示。

根據線路接地隔離開關的結構分析可知，為避免接地隔離開關合閘時線路存在的大量感應電荷對主觸指形成放電燒蝕，設計之初便在主觸指完成合閘動作之前預先通過引流棒、引流引線提前將感應電荷導入動觸頭底部的滅弧罐，再通過滅弧罐接地釋放感應電荷；該滅弧罐相當于一個微型斷路器，起到釋放感應電荷的同時又不引起電弧的作用；而當接地隔離開關分閘時，滅弧罐兩端會存在一定的剩余電荷，同時較長的引流線也存在感應電壓，故使得引流棒與底座間存在感應電壓，形成放電，所以必須為滅弧罐再設計一個觸指，使滅弧罐在分閘狀態下，該觸指始終與引流棒良好接觸，構成一個完整的放電回路，消除放電現象。

圖2　　接地隔離開關紫外放電圖譜

2.2故障處理

圖3為現場滅弧罐觸指處的燒蝕痕跡，圖4為接地隔離開關合閘引流棒的放電燒蝕痕跡，可以看到，具體的放電點位于線路接地隔離開關分閘狀態時的引流棒與滅弧罐放電觸指接觸的部位，由于該處需要一個良好的放電回路對滅弧罐放電，若存在這樣一個電暈放電，則可判斷為放電回路接觸不良，即滅弧罐放電觸指與引流棒之間存在微小間隙或因氧化導致接觸不良。

圖3　滅弧罐放電觸指放電燒蝕痕跡

圖4　　接地隔離開關合閘　引流棒放電燒蝕痕

2015年10月9日，針對發現的放電現象，現場更換了引流棒與放電觸指的接觸位置，如圖5所示。同時對引流棒與放電觸指的燒蝕痕跡進行了清洗打磨，檢查發現506167線路接地隔離開關的滅弧罐放電觸指處于接地隔離開關合閘引流棒間存在明顯的放電燒蝕痕跡，現場發現該滅弧罐放電觸指與隔離開關合閘引流棒接觸不良，分析認為由于接觸不良的緣故，使該接觸部位在隔離開關分閘狀態中持續不斷地存在感應電放電現象，長久運行中造成接觸部分燒蝕，形成該缺陷，與紫外成像檢測結果中得到的判斷一致。

圖5　　調整后的放電觸指接觸位置

隨后，對該接觸部位進行了清洗打磨處理，同時對滅弧罐放電觸指進行了調整，改變了其與引流棒的接觸位置。隨后在新的接觸部位進行打磨，確保接觸良好，并涂抹導電膏。經過送電后觀察，已無放電現象，該缺陷消除。

3　　結語

紫外成像技術能夠對變電站內的帶電高壓設備進行直觀檢測，有效地檢測出高壓設備放電的情況，并能準確定位放電點，從而為進一步評估設備的運行情況提供更可靠的依據。

同時為一次設備檢修消缺提供可靠的診斷參考，紫外成像技術的應用將會提高高壓設備異常放電故障點的檢測能力，提高檢修效率，保證電網的安全穩定運行。

［1]陳巍，何為，劉曉明，等.高壓輸電線路紫外在線檢測系統［J］.電力系統自動化，2005，29（7）：88-92.

［2]靳貴平，龐其昌.紫外成像檢測技術［J］.光子學報，2003，32（3）：121-124.

［3]王少華，梅冰笑，葉自強，等.紫外成像檢測技術及其在電氣設備電暈放電檢測中的應用［J］.高壓電器，2011，47（11）：92-96.

［4]嚴璋.電力絕緣在線監測技術［M］.北京：中國電力出版社，1995.

［5]傅晨釗，周建國，肖嶸等.紫外電暈檢測儀監測線路絕緣子的模擬試驗［J］.華東電力，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，工程師，從事變電檢修工作。