目前, 進行高壓設(shè)備放電檢測常用的儀器有超聲波檢測儀和紅外熱像儀等。超聲波檢測原理是接收放電時發(fā)出的超聲波, 將其轉(zhuǎn)換為人們可聽見的聲音, 再根據(jù)其信號的強弱判斷放電的位置和強度,這種方法很難直觀地準確定位遠距離的放電點, 定量分析也十分困難。用紅外熱像儀可檢測放電積累或漏電流引起的溫升, 但這是一種間接檢測放電的方法。利用紫外成像技術(shù)可以直接觀察放電情況,使得現(xiàn)場人員能迅速準確定位放電點, 并可通過記錄的動態(tài)錄像來分析放電的危害程度。彼岸科儀有限公司自2002 年8 月以來在國內(nèi)幾個大城市電力企業(yè)的高壓試驗室進行了紫外成像儀的應(yīng)用試驗,并在高壓現(xiàn)場進行了檢測。

檢測原理與方法

在高壓設(shè)備電離放電時, 根據(jù)電場強度(或高壓差)的不同, 會產(chǎn)生電暈、閃絡(luò)或電弧。電離過程中,空氣中的電子不斷獲得和釋放能量。當(dāng)電子釋放能量(即放電)時, 會輻射出光波和聲波, 還有臭氧、紫外線、微量的硝酸等。紫外成像技術(shù)就是利用特殊的儀器接收放電產(chǎn)生的紫外線信號, 經(jīng)處理后成像并與可見光圖像疊加, 達到確定電暈的位置和強度的目的, 從而為進一步評價設(shè)備的運行情況提供依據(jù)。紫外線的波長范圍是40 nm ～ 400 nm , 太陽光中也含紫外線, 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)。

空氣中的氮氣電離時產(chǎn)生紫外線的光譜大部分波長在280 nm ～ 400 nm 的區(qū)域內(nèi), 只有一小部分波長小于280 nm , 即處于太陽盲區(qū)內(nèi), 若能探測到,只可能是來自地球上的輻射。試驗采用新一代紫外成像儀Co roCAM Ⅳ +, 原理就是利用這一段太陽盲區(qū), 通過安裝特殊的濾鏡, 使儀器工作在紫外波長240 nm ～ 280 nm 之間, 從而, 在白天也能觀測電暈。

圖1 絕緣子表面因污染產(chǎn)生電暈(攝于長沙某220kV 變電站)
Fig.1 Corona on surface of polluted insulators

由于電暈一般在正弦波的波峰或波谷產(chǎn)生, 且高壓設(shè)備的電暈在放電初期是不連續(xù)且瞬間即逝的, 紫外成像儀根據(jù)電暈的這個特性, 在觀測電暈時, 有以下2 種模式可供選擇:
a.活動模式。實時觀察設(shè)備的放電情況, 并實時顯示一個與一定區(qū)域內(nèi)紫外線光子總量成比例的數(shù)值, 便于定量分析和比較分析。

圖2 合成絕緣子閃絡(luò)擊穿時的電暈(攝于某廠, 試驗品達不到耐壓值)
Fig.2 Corona of flashover and breakdown of composite insulators

b.集成模式。將一定時間區(qū)域內(nèi)(該區(qū)域長短可調(diào))的紫外線光子顯示并保留在屏幕上, 按照先進先出(FIFO)和動態(tài)平均的算法實時更新。該模式下若正確調(diào)節(jié)儀器, 可清楚地看到設(shè)備放電區(qū)域的形狀和大小。
2 應(yīng)用

凡是有外部放電的地方都能用紫外成像儀觀察到電暈, 這意味著該技術(shù)在高壓帶電檢測領(lǐng)域的應(yīng)用范圍很廣。我們在一些絕緣子廠、變電站、中試所進行了現(xiàn)場試驗, 根據(jù)試驗情況, 大致有以下幾方面
的應(yīng)用。
a.導(dǎo)線外傷探測
導(dǎo)線架線時拖傷、運行過程中外部損傷(如人為砸傷)、斷股、散股等均可檢測。導(dǎo)線表面或內(nèi)部變形都可能導(dǎo)致其附近電場強度變強, 在滿足條件時會產(chǎn)生電暈。這種電暈用人工方式難以判斷, 但用紫外成像技術(shù)可輕松檢測到。這對于日常巡查和檢驗工程質(zhì)量很有意義。
b.高壓設(shè)備污染檢查
污染物通常表面粗糙, 在一定電壓條件下會產(chǎn)生放電。導(dǎo)線的污染程度及絕緣子上污染物的分布情況等, 都可利用該技術(shù)有效地進行分析。若配合使用高倍望遠鏡進行觀察, 可為制定科學(xué)的檢修計劃和防止污閃及爬電的發(fā)生提供依據(jù)。
c.絕緣子放電檢測
劣化積污導(dǎo)致鹽密過大, 在一定條件下會放電,單純的絕緣子劣化也會產(chǎn)生電暈。利用紫外成像技術(shù)在一定靈敏度和一定距離內(nèi)可觀察到放電, 便能對劣化的絕緣子進行定位、定量的測量并評估其危害性(這在以前很困難)。
d.絕緣缺陷檢測
在對試驗品進行電氣耐壓試驗時用紫外成像儀進行觀察, 若在試驗時發(fā)生閃絡(luò), 則試品肯定不合格;若觀察到電暈, 則應(yīng)根據(jù)電力產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)形狀、使用情況來綜合評估是不是絕緣缺陷及缺陷的嚴重程度。另外, 紫外成像的檢測結(jié)果可為電力產(chǎn)品的絕緣診斷與壽命預(yù)測提供大量信息, 可建立
綜合檔案資料, 以便更好地診斷、分析和評估, 甚至可形成行業(yè)標準。
e.高壓變電站及線路的整體維護
由于我國氣候潮濕, 加上近年工業(yè)化進程加快,環(huán)保力度不夠, 一般大城市高壓變電站內(nèi)放電點隨處可見。傳統(tǒng)的放電異常判別方法有聽聲音和夜間觀察放電等手段。由于很多設(shè)備的放電并不影響其正常運行, 所以, 聽聲音的方法無法排除干擾和主觀因素, 且受偵測距離的限制, 通常不能作為判斷的依
據(jù)。當(dāng)絕緣設(shè)備放電到夜間見光的時候, 已經(jīng)是十分嚴重了, 很多事故正是在絕緣設(shè)備未見可見光放
電的情況下突然閃絡(luò)擊穿引起的。應(yīng)用紫外成像技術(shù), 可以在地面或直升機上全面掃描變電站和線路
上的設(shè)備, 并根據(jù)經(jīng)驗判斷哪些電暈是正常的, 哪些是不正常的, 這種動態(tài)監(jiān)督異常現(xiàn)象的方法, 為采取合理的維護措施提供了依據(jù)。
f.尋找無線電干擾源
高壓設(shè)備的放電會產(chǎn)生強大的無線電干擾, 影響到附近的通信和電視信號的接收等, 使用紫外成像技術(shù)可迅速找到無線電干擾源。
3 結(jié)語
實踐證明, 紫外成像技術(shù)能有效和直觀地觀測到高壓設(shè)備放電的情況, 為帶電檢測提供了新的診斷手段, 且發(fā)展到了可在白天進行檢測的水平。相信, 將來應(yīng)用領(lǐng)域會更廣。紫外成像技術(shù)與紅外成像技術(shù)是互補關(guān)系, 紫外檢測放電異常, 紅外檢測發(fā)熱異常, 這兩項技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用, 將會大大提高高壓
設(shè)備故障點的全面檢測能力, 也為高壓產(chǎn)品的可靠性研究提供了手段。