紫外成像技術(shù)在高壓設(shè)備帶電檢測(cè)中的應(yīng)用

顧 磊

國(guó)網(wǎng)吉林供電公司，吉林 吉林 132001

0 引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，高壓設(shè)備帶電檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)也取得了很大的發(fā)展和進(jìn)步。在此背景下，紫外成像技術(shù)具有安全、準(zhǔn)確、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在相關(guān)領(lǐng)域的檢測(cè)環(huán)節(jié)得到應(yīng)用和推廣[1-2]。為此，文章研究了紫外成像技術(shù)的檢測(cè)原理，并探討了相關(guān)技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 紫外成像技術(shù)的檢測(cè)原理和方法

高壓電源設(shè)備可能因絕緣損壞、局部老化、潮濕等原因而產(chǎn)生電離放電現(xiàn)象，根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度可分為電暈放電、連續(xù)電弧放電和間歇放電，其中存在多個(gè)級(jí)別的電弧放電[3]。電離放電的基本原理是能量釋放，在此過(guò)程中，所產(chǎn)生的紫外線的波長(zhǎng)為40～400 nm。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用主要借助于專(zhuān)用設(shè)備，通過(guò)后續(xù)分析接收并確定紫外線電信號(hào)光暈的位置和強(qiáng)度。實(shí)際上，由于高壓設(shè)備電暈開(kāi)始放電會(huì)出現(xiàn)一種瞬態(tài)情況，這有利于紫外線成像儀器捕捉相關(guān)特征以觀察電暈。

基于此，采用紫外成像儀可以探測(cè)到當(dāng)設(shè)備充電時(shí)，陽(yáng)光通過(guò)分束器后分為兩個(gè)檢測(cè)通道，即紫外線和可見(jiàn)光，前者主要起電暈成像的作用，后者負(fù)責(zé)被測(cè)設(shè)備和環(huán)境的成像，然后利用圖像合成技術(shù)將兩幅圖像疊加，得到電暈放電排放位置應(yīng)準(zhǔn)確定位。

（1）活動(dòng)模式。在這種模式下，需要相關(guān)人員對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行研究，及時(shí)觀察和控制流量，并在監(jiān)控環(huán)節(jié)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中紫外線光子的數(shù)量比。實(shí)踐證明，上述措施可以為員工的工作提供定量分析的工作依據(jù)，提供了很多的便利。

（2）整合模式。整合模式是指該區(qū)域內(nèi)一段時(shí)間的紫外線輻射光子能量的顯示內(nèi)容，并保存在平面上獲取先進(jìn)先出法，及時(shí)更新相關(guān)值。為了更好地促進(jìn)該模型的發(fā)展，需要對(duì)該工具進(jìn)行修正精確調(diào)整，便于觀察相關(guān)電源設(shè)備的放電區(qū)域的形狀和范圍。

2 紫外成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

紫外成像技術(shù)主要具有如下優(yōu)勢(shì)。

（1）靈活、高效、無(wú)污染。即使在高壓設(shè)備充電時(shí)，紫外成像技術(shù)也能發(fā)揮正常的檢測(cè)作用，屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。在實(shí)際使用中操作高效、靈活、安全，不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行和內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行帶來(lái)任何負(fù)面影響，具有安全、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。

（2）可預(yù)測(cè)性和敏感性。將紫外成像技術(shù)應(yīng)用于高壓設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可以檢測(cè)高壓設(shè)備在早期運(yùn)行中的潛在故障和內(nèi)部問(wèn)題，在實(shí)際運(yùn)行中的敏感度較高。

（3）高強(qiáng)度精密定位優(yōu)勢(shì)。紫外成像技術(shù)可以定量地反映系統(tǒng)的放電強(qiáng)度，從而可以更加準(zhǔn)確鎖定具體放電位置，且可以清晰直觀地呈現(xiàn)放電圖像。

（4）可提高電源維護(hù)效率。由于紫外成像技術(shù)的多重檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，可以結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)評(píng)估維護(hù)和運(yùn)行管理的質(zhì)量，根據(jù)運(yùn)行方式，制定維護(hù)策略，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行，從而改善電廠的運(yùn)行狀態(tài)。

3 紫外成像技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在高壓設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行中，由于受到許多內(nèi)外因素的干擾，經(jīng)常會(huì)發(fā)生局部放電或電暈現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其絕緣性能，導(dǎo)致設(shè)備故障無(wú)法有效運(yùn)作并發(fā)揮其應(yīng)有的作用。紫外成像技術(shù)作為一種先進(jìn)的技術(shù)，在高壓設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。

（1）運(yùn)行期間絕緣子劣化檢測(cè)。絕緣子劣化是指絕緣子的表面結(jié)構(gòu)受損，并逐漸退化為低值絕緣體，導(dǎo)致放電。當(dāng)在絕緣體表面上形成導(dǎo)電碳化時(shí)，如果出現(xiàn)通道和腐蝕性裂紋，容易在短時(shí)間內(nèi)演變?yōu)閾舸┕收稀４藭r(shí)，利用紫外成像技術(shù)對(duì)站內(nèi)絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣子的首次識(shí)別標(biāo)志，如哪個(gè)絕緣子串與連接到高壓導(dǎo)體的第一個(gè)絕緣子底部的光子相連光子數(shù)超出正常范圍，同時(shí)放電平穩(wěn)，光子數(shù)相繼超過(guò)10 000個(gè)，可以確定已發(fā)生連續(xù)電弧放電。運(yùn)用該技術(shù)，再進(jìn)行放電檢測(cè)，通過(guò)相似比較規(guī)則綜合判斷放電芯片的邊緣是否存在劣化問(wèn)題。

（2）高壓設(shè)備中污染物的檢測(cè)。高壓設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行后，其表面可能覆蓋一些未知污染物，或存在連續(xù)的表面凹坑，這使得電場(chǎng)難以均勻分布和特定電壓條，零件下方可能發(fā)生放電。借助紫外成像技術(shù)，可以精確測(cè)量絕對(duì)值，借助大功率望遠(yuǎn)鏡可觀測(cè)邊緣亞污染物的分布和導(dǎo)體的污染程度，從而形成科學(xué)的維修計(jì)劃，為控制污閃、爬電等故障創(chuàng)造條件有價(jià)值的數(shù)據(jù)和信息。

（3）變電站電氣設(shè)備的操作和維護(hù)。以往的異常放電可通過(guò)聲音辨別、夜間觀察等進(jìn)行判斷，然而部分設(shè)備在放電過(guò)程中仍能維持正常工作，這使得傳統(tǒng)的聽(tīng)聲辨別方式難以發(fā)揮作用。此時(shí)，需要完全依靠主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，夜間發(fā)現(xiàn)絕緣設(shè)備中有可見(jiàn)光時(shí)，表示出現(xiàn)了亮光，然而，在大多數(shù)情況下，絕緣裝置不會(huì)發(fā)生重大放電問(wèn)題，一般是由可見(jiàn)光放電模式下的突然閃絡(luò)和擊穿引起的。借助紫外成像檢測(cè)技術(shù)可確保設(shè)備的早期問(wèn)題能在第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)，從而可以制訂科學(xué)的維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，確保變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）發(fā)電機(jī)定子繞組耐壓試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)定子繞組端部出現(xiàn)絕緣損壞、老化、劣化等問(wèn)題時(shí)，耐壓試驗(yàn)運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)放電問(wèn)題，電暈放電會(huì)損壞絕緣，使其存在一定的局限性。一般情況下，只能通過(guò)人工目視檢查控制外部因素的干擾，因此難以識(shí)別放電的具體位置和放電。紫外成像技術(shù)則可以克服這一問(wèn)題，不易受外部環(huán)境的干擾，可以全天測(cè)試，還可以定量評(píng)估缺陷的程度。

（5）導(dǎo)線損傷檢測(cè)。如果導(dǎo)線表面和內(nèi)部出現(xiàn)損壞或其他故障，應(yīng)更換跨接支撐桿，否則可能出現(xiàn)局部松動(dòng)，也可能出現(xiàn)連接不穩(wěn)定，隨著周?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度的逐漸升級(jí)和增強(qiáng)，在特定條件的影響下會(huì)出現(xiàn)電流。傳統(tǒng)的人工方法無(wú)法識(shí)別電暈現(xiàn)象，而通過(guò)紫外成像技術(shù)能夠及時(shí)檢測(cè)電暈，從而減少手動(dòng)檢查，提高維護(hù)效率。一般來(lái)說(shuō)，檢測(cè)結(jié)果并不一致隨著探測(cè)距離的增加，精度降低。同時(shí)，需對(duì)儀器的增益和背景進(jìn)行分析，才會(huì)影響光子數(shù)，進(jìn)而影響對(duì)電暈放電強(qiáng)度的判斷。

（6）隔離開(kāi)關(guān)和均壓環(huán)的放電檢查。隔離開(kāi)關(guān)主切口是常見(jiàn)的放電點(diǎn)之一，放電情況較為嚴(yán)重。主要原因包括配件刀口表面不光滑，曲率過(guò)大，導(dǎo)致場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高，從而導(dǎo)致電暈放電。此外，均壓環(huán)是一個(gè)容易放電的零件，這主要是由均壓環(huán)上的小突起造成的。由于均壓環(huán)直接連接到高壓側(cè)，其表面條件和強(qiáng)度最大，導(dǎo)致容易產(chǎn)生放電和局部電暈。但該放電現(xiàn)象屬于正常放電，對(duì)設(shè)備安全的影響較小。

（7）架空導(dǎo)線。放電的主要原因是導(dǎo)線表面有小毛刺或間隔棒，導(dǎo)致接觸面曲率過(guò)大，局部過(guò)高，導(dǎo)致電暈發(fā)電。在一些大城市的高壓變電站里，到處都可以看到電氣點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用紫外成像技術(shù)對(duì)變電所和線路上的設(shè)備進(jìn)行掃描檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果判斷電暈的正常情況，為合理維護(hù)提供相應(yīng)的依據(jù)。此外，紫外成像技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)斷股和松股電線，如高壓變電站中存在腐蝕，紫外線儀器鏡頭檢查，明顯松動(dòng)，拉伸能力下降。主要原因包括強(qiáng)電暈放電，導(dǎo)致相關(guān)零件出現(xiàn)缺陷和凹坑，電場(chǎng)進(jìn)一步失效，兩者之間形成惡性循環(huán)。

4 技術(shù)展望

（1）通過(guò)紫外成像技術(shù)對(duì)高壓設(shè)備進(jìn)行帶電檢查，可以有效地發(fā)現(xiàn)絕緣子的外觀裂紋和污染，并可以檢查零值絕緣子、導(dǎo)線、配件等創(chuàng)傷性缺陷，從而為設(shè)備的維護(hù)和維修提供相應(yīng)的依據(jù)。紫外成像技術(shù)是一種新型的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷電暈設(shè)備運(yùn)行的影響因素。因此，如何利用紫外成像技術(shù)對(duì)電暈放電進(jìn)行量化，并針對(duì)存在的問(wèn)題找到相應(yīng)的解決方案是一項(xiàng)亟待解決的工作。

（2）未來(lái)發(fā)展的紫外成像技術(shù)。作為一種新的檢測(cè)技術(shù)，紫外活檢測(cè)技術(shù)還有很大的研究空間。目前，在超高壓輸電設(shè)備檢測(cè)領(lǐng)域，《帶電設(shè)備紫外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》缺陷類(lèi)型的確定沒(méi)有光子定量數(shù)據(jù)，無(wú)法根據(jù)光子數(shù)有效判斷缺陷類(lèi)型。為此，需要根據(jù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步的探索和研究；同時(shí)，由于紫外荷電檢測(cè)的特殊性和局限性，在研究過(guò)程中還需要結(jié)合紅外荷電檢測(cè)等多種手段，研究其內(nèi)在聯(lián)系，尋找荷電檢測(cè)中最準(zhǔn)確、最方便的檢測(cè)方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

紫外檢測(cè)技術(shù)具有安全性高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，而且具有一定的靈活性和準(zhǔn)確性，可以在輔助高壓設(shè)備帶電檢測(cè)中發(fā)揮作用。但是因?yàn)樽贤獬上窦夹g(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，在實(shí)際使用中存在一定的問(wèn)題，如電暈光子的數(shù)量只能起到定性作用分析功能，儀器本身容易受到自身增益和外部溫度和濕度的影響，因此該技術(shù)仍需進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。