基于紫外成像技术的电晕放电检测方法探讨

高 健，苗 兴，孙小平，李 军

(甘肃电力科学研究院，甘肃兰州 730050)

0 引言

近年来，我国电网的分布范围越来越广，输电电压等级也不断提高。伴随经济的快速发展，各种污染物也不断增多，环境破坏造成的极端天气因素，使电力线路和设备的绝缘恶化日趋严重，造成的危害也与日俱增。据统计，绝缘事故已占到了整个电力系统事故的第二位，仅次于雷害事故［1－3］。绝缘事故发生前均有绝缘的破坏，绝缘一旦被破坏就会有不同程度的放电。因为电力设备的特殊性，绝缘事故发生的同时多半伴随着电晕放电［4－7］。在电力设备的电晕放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及新的生成物，并引起局部过热。因此，相应地出现了超声波检测法、电脉冲检测法、红外检测法、紫外检测法以及目视检查等多种检测方法。其中，紫外检测法因为其操作方便、响应速度快、可实现大面积快速扫描以及离线检测设备的在线状态等优点而得到了较多的应用［8－13］。

但是，由于众多原因至今仍然没有一个具有参考意义的权威的紫外检测标准。所有紫外检测工作仅仅是依靠检测人员的一些不太成熟的经验来进行的;另外，对放电强度的定量以及检测工作的开展方面还有一系列问题急需解决。笔者根据多年的实际检测经验，首次提出了一套可行的紫外检测流程。

1 紫外成像检测技术及紫外成像仪

紫外线成像检测技术在20世纪80年代由前苏联西伯利亚电力科学研究院最早开发应用于电力系统，到目前检测仪器及方法经过数次重大改进。近年来在世界范围得到比较广泛的重视和应用。由于太阳光的紫外线非常强，很大程度上会影响紫外成像检测效果。因此，所有紫外成像检测仪都对太阳紫外线进行了最大限度的处理［2－3］。

目前，在用的紫外线成像仪主要有两种类型:一是以俄罗斯生产的Filin系列紫外线光电成像检测仪为代表的夜间使用的紫外线光电成像仪;二是可以在白天使用的紫外线成像仪，如南非CSIR公司生产的CoroCAM504型紫外线成像仪。

2 紫外成像检测方法分析

2.1 放电强度大小的参考

目前，常见的紫外成像仪的光子数显示模式有活动模式和集中模式两种。活动模式可实时观察设备的放电情况，并实时显示一个在一定区域内紫外线光子总量成比例的数值，便于定量和比较分析;集中模式可将一定时间区间内(该区间长短可调整)的紫外线光信号显示并保留在屏幕上，按照先进先出和动态平均的算法实时更新，便于更清楚地看到设备放电区域的位置和形状。根据笔者在实际检测的情况来看，在活动模式下所显示的光子数变化范围较大，有事甚至从几十到几百(这也进一步印证了电晕放电的不稳定性);而在集中模式下所显示的光子数基本趋于稳定，便于记录以及对检测结果进行对比分析。因此，对于基于紫外技术的电晕放电检测以一定时间内的“光子数和值”作为放电强度的参照，将此“和值”作为检测数据而记录应该是比较科学的。

经过数年的研究和资料搜集，美国和以色列的专家共同编写了一个简单的判定分级。它们以紫外成像仪所观察到的电晕放电时每分钟所产生的光子总数作为放电强度参照。这个强度一共分为3个等级:高度集中(Highly Intense)、中度集中(Medium Intense)、轻度集中(Low Intense)［2］。3 个等级的判定和采取的措施见表1。

表1 放电强度的判定及措施［4］

当采用“光子数和值”进行数据记录时，选定“和值”所对应的时间是至关重要的。这个时间根据需要及实际条件选取，但是不应少于40s，这样就可以把由于电晕放电的不稳定造成的误差降至最低。通过对一定时间内光子数和值的范围划分来定义不同的放电强度等级，并根据放电等级的高低采取不同的应对措施。

2.2 检测时机的选择

新建、扩建变电站及线路上设备在试运行期间应及时安排一次紫外成像检测，建立所有相关设备运行时的紫外检测图像信息档案，设备管理人员就可以对管辖的设备运行状态实施跟踪管理，根据设备的状态及演变情况进行有目的的维修。另外，可以对设备的维修质量和工程施工质量做出评价。

对于投用一定时间的设备的检测应安排在维护前、后或检修前、后各进行一次。这样可以将发现的问题在设备停电时及时处理，并且检测人员可以对检测所发现的无法准确定性的放电点进行线下校核，增加检测结果的准确性;另外，通过后面的检测可以对本次检修的部分缺陷处理情况进行确认，避免缺陷处理不彻底。

2.3 背景紫外噪点归零化

目前，从在用的紫外线成像仪来看，不论是哪种紫外成像仪，不论采取了何种措施，在进行紫外检测时仍然有极少部分紫外光不是来自电晕放电，通常情况下这部分紫外光是不会被紫外成像仪所收集。但是在有些特定条件下(例如下雨时)就会对检测产生影响，它们会以紫外噪点的形式很均匀的分布在视场内。这时，我们就需要对背景紫外噪点进行归零化处理。我们可以调节仪器参数直到无放电点时视场内紫外光子数为“0”，具体操作为:对天空或者无放电区域时通过调整阈值使紫外光子数刚好降至“0”。通过对背景噪点的归零化处理，在检测时得到的才是由电晕放电引起的真实的数据。

2.4 检测距离及检测方位的选取

通过相关试验，发现电晕放电所产生的紫外线光子数在一定距离范围内遵循一定的规律，即强度与距离平方成反比，但是，这个距离范围外的光子数变化目前还未发现其规律。所以，在符合安全技术条件要求的前提下，应尽可能选用较小距离进行检测，这样的检测结果相对准确一些。

在输变电线路及铁塔上，电气设备的布置对于检测人员的视场都是比较密集的，尤其在变电站内进行检测时，各种设备、线路纵横交织、上下交错，考虑检测设备放电点可能被其它设备遮挡的可能性，最大限度的缩小检测盲区，应对同一设备在不同方位上(最少对称的两个方位)分别进行检测。

2.5 对检测灵敏度进行调节的设想

通过多次的模拟试验以及现场实际检测，发现电晕放电强度受检测距离、电压等级、污秽程度、湿度、雨雪天气等检测条件影响较大，同一放电点在不同的检测条件及环境条件下检测结果会有所不同，具体体现在光子数的变化范围上。在进行现场检测时，都是凭着检测人员的经验对“增益(Gain)”的适当增减来完成检测灵敏度的调节，具体调节多少没有任何依据，这样的情况下所得到的检测数据的参考价值很有限。如果有一个放电特征和高压电气设备电晕放电一样或相似的装置，进行检测前，先在现场的检测条件及环境条件下完成对仪器灵敏度的调节，检测时可以以此灵敏度或高于此灵敏度进行扫查，这样得到的检测结果将会是比较有说服力的。

高压电气设备的放电形式主要有辉光放电、电弧放电、火花放电、电晕放电和刷状放电，不论发生哪种形式的放电，均会发生空气的电离，只要有空气的电离，就会辐射出光波和声波，当然也包括紫外线。于是，笔者通过煤气灶点火枪所产生的火花放电，来完成现场检测前的灵敏度调节，达到了预期的目的。

3 紫外检测基本流程

笔者根据以往现场检测总结了一个利用紫外成像技术进行电晕放电检测的基本流程，如图1所示。该程序包含了前面所述的背景紫外噪点归零处理、检测灵敏度调节以及对放电危害程度的判断等。值得注意的是，目前对放电强度的定义还没有权威的依据，检测人员可以根据实际情况自行划定不同强度等级的界限。

图1 紫外检测基本流程

4 结语

(1)在进行现场检测时，把检测时机、检测距离和检测方位的选取也列入现场检测工作中，可以减少检测的重复性和盲目性，并增加其准确性。

(2)采用一定时间内的“光子数和值”进行数据记录，并在检测前辅以背景紫外噪点归零化处理和检测灵敏度的调节，可以使检测数据更具有对比意义，使检测结果更具有说服力。

(3)提出的紫外检测基本流程，包括了检测前的准备、检测时的判断以及检测后的处理方法，可以应用于实际检测中，并为今后的紫外检测工作、相关研究和紫外检测标准的制订提供参考。

［1］张继军.高压放电紫外检测技术与应用［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［2］张海峰，庞其昌，李洪，等.基于UV光谱技术的高压电晕放电检测［J］.光子学报，2006，35(8):1162 －1163.

［3］靳贵平，庞其昌.紫外成像检测技术［J］.光子学报，2003，32(3):294－297.

［4］黄国扬，陈聚文，谭 广.浅谈紫外成像系统海外应用情况［C］.输电线路紫外检测技术交流会文集.武汉:2007.

［5］陈雁，叶建斌，谢剑翔.紫外检测技术在电晕放电检测中的应用［J］.广东电力，2008，21(9):39 －40.

［6］傅晨钊，周建国，肖 嵘，等.紫外电晕检测仪检测线路绝缘子的模拟试验［J］.华东电力，2005，33(6):50 －53.

［7］程养春，李成榕，学小军，等.几种合成绝缘子带电检测方法的比较［J］.高电压技术，2004，30(6):35 －37.

［8］戴利波.紫外成像技术在高压设备带电检测中的应用［J］.电力系统自动化，2003，27(20):97 －98.

［9］张子伟，律方成，王胜辉，等.紫外成像法带电检测绝缘子的影响因素分析［J］.河北电力技术，2008，27(3):26 －28.

［10］雷红才，臧春艳，蒋正龙，等.紫外成像法检测支柱绝缘子的破损缺陷［J］.高压电器，2009，45(5):87 －91.

［11］叶会生，刘敏，雷红才，等.紫外成像仪在电力设备缺陷检测的应用研究［J］.华中电力，2009，22(5):32 －35.

［12］张占龙，王 科，唐 炬，等.变压器电晕放电紫外脉冲检 测法［J］.电力系统自动化，2010，34(2):85 －88.

［13］陈 涛，何 为，刘晓明，等.高压输电线路紫外在线检测系统［J］.电力系统自动化，2005，29(7):88－92.