紫外成像儀在500 kV變電站的應用

王金煒，湯 衛

(國網浙江省電力公司紹興供電公司， 浙江 紹興 312000)

紫外成像儀在500 kV變電站的應用

王金煒，湯 衛

(國網浙江省電力公司紹興供電公司， 浙江 紹興 312000)

紫外成像儀對變電設備的電暈、閃絡和電弧有很好的檢測效果，通過檢測放電部位輻射的紫外線，能間接評估運行設備的絕緣狀況和及時發現絕緣設備的缺陷。介紹了用紫外成像儀在不同的氣象環境下對多座500 kV變電站進行現場檢測的情況，發現了部分設備的電暈放電現象及缺陷，證明了紫外成像檢測技術的實用性，并分析了紫外成像儀實際應用中尚需解決的問題。

紫外成像儀；變電站；電暈放電

0 引言

輸供電線路和變電站配電等設備在大氣環境下工作，在某些情況下隨著絕緣性能的降低，會出現結構缺陷或表面局部放電現象。電暈和表面局部放電過程中，電暈和放電部位將大量輻射紫外線，這樣便可以利用紫外線的產生和增強間接評估運行設備的絕緣狀況和及時發現設備的缺陷。目前，可用于診斷放電過程的各種方法中，光學方法的靈敏度、分辨率和抗干擾能力最好。即采用高靈敏度的紫外線輻射接受器，記錄電暈和表面放電過程中輻射的紫外線，再加以處理、分析達到評價設備狀況的目的。對預防、減少設備發生故障造成的損失，具有很好的經濟效益。

1 紫外成像儀的技術特點

紫外成像儀使用紫外光成像技術，可以直觀形象地觀察到放電的情況。通過觀察電暈產生的位置、形狀、強度等，使現場人員能迅速準確地定位放電點的位置，并可通過數碼技術來記錄動態和靜態圖像。對比相鄰運行的相關設備的圖像和該設備的歷史記錄圖像，可以準確地判斷運行設備的健康狀況。也可檢測出設備及絕緣的早期故障和性能降低情況，從而提高電力系統運行的可靠性。老化部件的早期檢測可節約維修費用，使非計劃的電力中斷減少到最少，增加供電可靠性。

紫外成像儀有紫外線和可見光2個通道。前者用于電暈成像；后者用于拍攝環境(絕緣體、導線等)圖片。紫外線圖像和可見光圖像可以同時生成，用于同時觀察電暈和周圍環境情況。

2 紫外成像儀與紅外熱像儀的技術比較

紅外熱像儀現在主要用來探測物體溫度和定位，紅外熱像儀能夠探測紅外輻射能量分布，并在紅外探測器的光敏元件上反映出紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的溫度場相對應。簡而言之，紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。用亮表示溫度高，暗表示溫度低，或用暖色和冷色表示溫度高低。

大部分常見有機物質和部分無機物質都具有紫外或可見光吸收基團，因而有較強的紫外或可見光吸收能力。為得到較高的靈敏度，常選擇被測物質能產生最大吸收的波長作檢測波長，但為了選擇性或其他目的也可適當犧牲靈敏度而選擇吸收稍弱的波長。紫外成像儀適用于對紫外或可見光有較強吸收能力物質的檢測。

紫外成像和紅外成像是2種互補而非沖突的技術。一個完整的電力設施檢測應該包括紫外成像、紅外成像和可見光檢測。電暈是一種發光的表面局部放電現象，是由于局部高強度電場使空氣產生電離的結果。該過程僅產生微小的熱量，紅外檢測通常不能發現。紅外成像通常是檢測在高電阻處產生的熱點。紫外成像儀可以檢測到的現象往往紅外熱像儀不能檢測到，而紅外熱像儀可以檢測到的現象往往紫外成像儀不能檢測到。紫外成像和紅外成像的比較如表1所示。

3 變電站的電暈放電

電暈是高壓帶電體表面向空氣游離放電的現象。當高壓帶電體(例如高壓架空線的導線或者其他電氣設備的帶電部分)的電壓達到電暈臨界電壓，或者其表面電場強度達到電暈電場強度時，在一定的氣壓和溫度、濕度下，帶電體周圍出現的放電現象就是電暈。影響電暈放電的原因有氣壓、濕度、溫度3個方面。

現行的外部絕緣預防性檢測制度規定了耐壓試驗、絕緣電阻測量、目力觀察以及多元件絕緣結構上的電壓分布測量。由于工作量大，存在危險性以及在許多情況下需要切斷設備電源，這些方法缺乏足夠的可行性。而對于架空線的若干絕緣(支柱絕緣、合成材料絕緣)和若干種缺陷(發現閃絡位置和導線與附件等的損傷)，除目力觀察外，尚未規定其他有效的檢測方法，因此，發展遠距離無接觸檢測技術具有現實意義。

變電站電暈放電的不良影響有：

(1) 產生離子沖擊效應，加速破壞電力設備的構成材料。

(2) 產生O3，NOX及HNO3等。這類化學物質加速絕緣老化，并使銅金屬表面氧化影響接觸面的導電效果。

(3) 會產生無線電干擾、電視干擾和射頻干擾，影響收信或收視的效果。

(4) 消耗電能，降低電力傳輸效率。

(5) 電暈放電往往是嚴重閃絡現象的先期征兆。

4 紫外成像儀在500 kV變電站的應用

紫外成像檢測技術作為一項最近引入電網的技術，近幾年，國內的有關研究機構、電力公司開始了紫外成像檢測的研究及應用推廣工作。某供電公司在近期集中開展了500 kV變電站的紫外放電檢測并發現了多起電暈放電現象。放電的部位主要集中在搭頭與均壓環、球形均壓環、導線斷裂處、間隔棒與導線連接處。

(1) 500 kV蒼巖變鳳蒼5831線線路壓變B相搭頭與均壓環之間有電暈放電現象(計數率：1 680)，如圖1所示。圖中左圖為紫外線圖像，右圖為可見光圖像。

(2) 500 kV蒼巖變鳳巖線5011開關間隔上方500 kVⅠ母B相球型均壓環有電暈放電現象(計數率：8 640)，如圖2所示。

（3）500 kV蘭亭變50132閘刀與500 kVⅡ母之間連線間隔棒A相有電暈放電現象(計數率：20 580），如圖3所示。

(4) 500 kV舜江變2號主變與2號主變50112閘刀之間管母C相兩側搭頭有電暈放電現象(計數率：11 830/14 250)，如圖4所示。

表1 紫外檢測和紅外成像的比較

(5) 500 kV鳳儀變鳳蒼5831線間隔上方500 kVⅡ母A相均壓環有電暈放電現象(計數率：21 090)，如圖5所示。

圖1 線路壓變搭頭電暈放電紫外成像儀成像

圖2 球形均壓環電暈放電紫外成像儀成像

圖3 導線間隔棒電暈放電紫外成像儀成像

圖4 管母搭頭電暈放電紫外成像儀成像

圖5 均壓環破損放電

5 紫外成像儀實際應用需要解決的問題

紫外成像檢測技術在國內電力系統中應用的時間較短，目前仍處于技術引進的初級階段。影響測量結果的主要因素有所選增益、檢測距離、氣壓、溫度、濕度和風力等。在實際應用中尚存在一些問題有待改進。

(1) 紫外光子標定問題。紫外成像檢測的標定方法是以計量紫外光子數來衡量放電程度。但現場準確檢測電氣設備紫外光子數比較困難。

(2) 電暈放電強度的量化問題。目前，利用紫外成像儀在現場進行電暈放電檢測時， 通常是根據儀器所顯示的單位時間(1 min)內的紫外光子數，對電暈放電強度進行量化。然而，這種方法并不能有效判斷電氣設備電暈放電處在什么階段，是否存在即將發生閃絡的危險，也不能有效判斷電暈損失是否在正常的范圍之內。

(3) 對電暈放電后果的評估問題。不同設備或同一設備不同部位的電暈放電所導致的后果不一定相同。同時，在檢測過程中，環境因素的作用反映在電暈檢測中表現為：不同環境下，通過紫外成像儀觀察到的電暈放電有一定變化。因此，如何正確評估電暈放電后果，是紫外成像檢測技術在電力系統應用中亟需解決的問題。

6 結論

(1) 使用紫外成像儀檢測時，當光子分布較零散，無法確定放電位置時，建議采用夜景模式。在使用紫外成像儀時一定要選擇適當的增益，以免出現溢出。

(2) 紫外檢測的標定方法為計量紫外光子數來衡量放電程度，但現場準確檢測電氣設備紫外放電光子數比較困難，受環境影響較大，因此還需要對紫外檢測標定技術進行大量的研究。

(3) 紫外成像是一項新的技術手段，具有簡單、高效、直觀、形象，并且能實現在線觀測等優點，有利于積極推進狀態檢修，因此有必要將該項技術在電力系統推廣應用并對其作深入研究。

1 王少華，梅冰笑，葉自強，羅 盛.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)：94.

2016-03-22；

2016-06-28。

王金煒(1985-)，男，工程師，主要從事變電檢修高壓試驗工作，email：wangjinwei1985@126.com。

湯 衛(1969-)，男，高級工程師，主要從事變電檢修工作。