紫外成像仪

紫外成像仪在电力行业的应用

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  目前我国利用仪器检测高压设备放电情况的技术,有利用超声波检测等。超声波检测的原理是接收放电时发出的超声波,再根据其信号的强弱将其转换为人类可听见的声音,从而判断放电的位置和强度。这种方法很难直观地准确定位放电点,定量分析也十分困难。相比之下,利用紫外成像技术可以直接观察放电情况,使得现场人员能迅速准确定位放电点,并可通过所记录的动态录像来分析放电的危害。

  1、原理与检测方法

  当空气中电场强度达到Ed(Ed=3kv/mm,实际情况受空气气压、温度、湿度、污染程度影响有所不同)以上时,就会产生电离放电现象。电离过程中,空气中的电子不断获得和释放能量。当电子释放能量时,会辐射出光波和声波,在高压设备放电处就会有电晕(corona)产生。伴随放电产生的,有臭氧、紫外线、微量的硝酸和声波等。高压设备的电晕消耗了电能,并在某些情况下可反映设备的损坏程度。

  紫外成像技术,就是利用特殊的仪器接收紫外线信号,经处理后成像并与可见光图像重合,达到确定电晕的位置和强度的目的,从而为进一步评价设备的运行情况提供依据。早期的紫外成像仪受太阳光中紫外线干扰的限制,只能在晚上使用。紫外成像仪,通过安装特殊的滤镜,使仪器工作在紫外波长240~280纳米之间的太阳盲区内(此波长区间的太阳光被地球的臭氧层所吸收),在白天也能观测电晕。

  由于电晕一般在正弦波的波峰或波谷产生,且高压设备的电晕在放电初期总是不连续、瞬间即逝的,因而在观测电晕时,采用两种模式。一种是活动模式,实时观察设备的放电情况,并实时显示一个与一定区域内紫外线光子总量成比例关系的数值,便于定量分析和比较分析。另一种是集成模式,将一定时间区域内(该区域长短可调)的紫外线光子显示并保留在屏幕上,按照先进先出(FIFO)和动态平均的算法实时更新。该模式下若正确调节仪器,可清楚地看到设备放电区域的形状和大小。

  2、应用

  凡是有外部放电的地方都能用仪器观察得到电晕,这意味着该技术在高压带电检测领域的应用前景十分广阔。到目前为止,大致可归纳为以下几个方面的应用:

  2.1导线架线时拖伤、运行过程中外部损伤(例如人为用石头砸伤)、断股、散股检测。导线表面或内部变形都可能导致其附近电场强度变强,从而产生电晕。这对于日常巡查和检验工程质量很有意义。

  2.2检查高压设备的污染程度。污染物通常表面粗糙,在一定电压条件下会产生放电。导线的污染程度、绝缘子上污染物的分布情况等,都可利用该技术有效地进行分析。

  2.3运行中绝缘子的劣化。绝缘子的裂纹可能会构成气隙,当气隙的电场强度达到Ed(Ed=3kv/mm)以上,就会产生放电现象。绝缘子的劣化,可能会导致表面变形,从而使电场强度变强,在一定的条件下产生放电。利用紫外成像技术可在一定灵敏度、一定距离内对劣化的绝缘子进行定位、定量的测量,并评估其危害性。

  2.4高压产品的绝缘缺陷检测。在对试验品进行电气耐压试验时用紫外成像仪进行观察,若在试验时发生闪络,则试品肯定不合格。若观察到电晕,则应根据电力产品的材料、结构形状、使用情况以及其它同类产品的测试结果来综合评估是不是绝缘缺陷、缺陷的严重程度等。另外,紫外成像的检测结果可为电力产品的绝缘诊断与寿命预测提供大量信息,可建立综合档案数据,以便更好地诊断分析。

  2.5高压变电站及线路的整体维护。由于我国气候湿润,一般高压变电站内放电点随处可见。传统的放电异常判别方法有听声音(包括超声波故障侦测)和夜间观察放电等。由于很多设备的放电并不影响其正常运行,所以听声音的方法无法排除干扰因素和主观因素,且受侦测距离的限制,通常不能作为判断的充分依据。当绝缘设备放电到了夜间可看到可见光的时候,已经是十分严重了,很多事故正是在绝缘设备未见可见光放电的情况下突然闪络击穿引起的。应用紫外成像技术,可以在地面或直升机上全面扫描变电站和线路上的设备,并根据经验判断哪些电晕是正常的,哪些是不正常的,动态监督异常现象的发展速度,为采取合理的维护措施提供可靠的依据。

  2.6寻找无线电干扰源。高压设备的放电会产生强大的无线电干扰,影响到附近的通讯、电视信号的接收等,使用紫外成像技术可迅速找到无线电干扰源。

  实践证明,紫外成像技术能有效、直观地观测到高压设备放电的情况,为带电检测提供了新的强大的诊断手段,且发展到了可在白天进行检测的水平。紫外成像技术与红外成像技术是互补关系,紫外检测放电异常,红外检测发热异常,原理完全不同,各自具有不可互替的优点,检测目的、应用方法也各具特性。可以预见,这两项技术的结合应用,将会大大增强高压设备故障点的全面检测能力,也为高压产品的可靠性研究提供了综合手段。紫外成像技术在高压设备无损检测中的应用远远不止本文提到的六个方面,还有更多的应用空间有待拓展。我国在紫外成像研究和应用方面投入较少,值得引起有关部门的重视,加快这项技术的研究和推广进程。

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