紫外成像检测技术

紫外成像带电检测技术紫外检测技术原理1紫外检测技术的应用2影响紫外检测的主要因素3现场检测4紫外成像仪现场测试实例及分析6数据分析5结论与展望7紫外放电检测技术可以检测电力设备电晕放电和表面局部放电特征,以及外绝缘状态和污秽程度,与现时普遍使用的红外成像检测技术形成有效的互补。高压导体粗糙的表面、终端锐角区域、绝缘层表面污秽区、高压套管及导体终端绝缘处理不良处,以及断股高压导线、压接不良导线、残缺的绝缘体、破损的瓷瓶和绝缘子等有绝缘缺陷的电气设备,在高电压运行时,会因为电场集中而发生电晕放电,出现可听噪声、无线电干扰和电能损失等故障,对环境和设备运行产生一定的影响。因此,适度控制电晕效应,对发展特高压输电非常重要。概述1当电气设备周围的电场强度达到某一临界值时,就可能发生电晕,该临界值称为起晕电场强度。电气设备发生电晕时,其周围空气将发生电离,在电离的过程中,空气分子中的电子不断从电场中获得能量,当电子从激励态轨道返回原来的稳态电子能轨道时,就以电晕、火花放电等形式释放能量,此时,会辐射出含有紫外线成份的光波。1.1电晕放电以紫外成像技术进行电量放电检测,是利用特殊的仪器接收电晕放电产生的信号,经处理后成像并与可见光图像叠加,达到确定电晕的位置和强度的目的,为电气设备的状态检测提供依据。紫外线的波长范围是10nm～400nm。太阳光中也含有紫外线,但由于地球的臭氧层吸收了部分波长的分量,实际上辐射到地面上的太阳紫外光谱都在300nm以上,低于300nm的波长区域称为太阳盲区。高压设备放电产生的紫外线大部分在280nm～400nm内，也有少部分波长在230nm～280nm内，探测这部分波长的紫外线，可作为判断设备故障的依据。1.2检测原理紫外通道检测电晕可见光通道显示周围环境合成图像可让你找到电晕位置1.3紫外成像的原理图可见光相机紫外相机可见光镜头紫外镜头最后影像紫外太阳盲滤镜影像混合紫外光束分离器光CCD相机双通道合成影像合成影像可见光通道紫外通道250kV2凡是有外部放电的地方都能用紫外成像仪观察电晕,其检测应用范围大致有导线外伤探测、高压设备污染检查、绝缘缺陷检测、绝缘子放电检测、寻找无线电干扰源等几方面。导线运输和施工过程中的损伤,运行过程中外部损伤、老化、断股、散股等均可利用紫外成像仪进行检测。缺陷位置及其附近的电场强度变强,在满足一定条件时会产生电晕,用紫外成像技术可轻松地检测到。2.1导线外伤探测污染物通常引起高压设备表面粗糙,在一定的电压条件下会产生放电。导线的污秽程度及绝缘子上污染物的分布情况等,都可以利用紫外检测技术进行分析。2.2高压设备污染的检查在对试品进行电气耐压试验时,用紫外成像仪进行绝缘缺陷观祭。若在试验时发生闪络,则说明试品肯定不合格;若观祭到电晕,则可以根据试品的材料、结构形状、使用情况来综合评估是否有绝缘缺陷或缺陷的严重程度。2.3绝缘缺陷检测2.4绝缘子放电检测劣化积污导致盐密（衡量绝缘子表面污秽导电能力大小的主要参数）过大,在一定条件下会放电,单纯的绝缘子劣化也会产生电晕。利用紫外成像技术在一定灵敏度和一定距离下可以观测到放电现象,便于对劣化绝缘子进行定位、定性并评估其危害性。高压设备的放电会产生无线电干扰,严重时会影响到附近的通信和电视信号的接收等,使用紫外成像技术可迅速找到干扰源.。2.5寻找无线电干扰源3统计紫外检测仪在检测中得到的紫外光子数可以作为被检测对象发生电晕的强度指标。紫外光子计数值受到许多因素的影响,检测距离、大气的湿度、温度、气压、海拔、仪器的增益等,都直接影响到光子计数器的读数。检测距离对检测结果有明显的影响。当检测距离增加时,其视场角将减小,相应地灵敏度也随之降低。3.1距离的影响湿度增大,起晕电场强度会降低。由于湿度增加使绝缘子表面导电能力增强,放电脉冲数上升,绝缘子串的放电现象也会增多。（大气湿度增大时会吸收更多的紫外光,使紫外检测效果降低。由此可知,湿度的影响因素比较复杂。湿度增加是否有利于紫外检测,尚需要具体分析和判断。)正常绝缘子存在污秽时,其放电次数受表面湿度影响相当大。在相对湿度大于95%的潮湿情况下,放电次数多于绝缘子串的低值绝缘子的放电次数;但在干燥的状态(相对湿度小于75%)下,情况则相反。因此,污秽因素是通过湿度因素而发挥作用的。3.2湿度与污秽的影响当气压降低或温度升高,会使空气密度降低,空气分子间的平均距离增大,在电场作用下,由于自由行程增长,在电场中获得的能量增多,使空气容易发生电离,因而起晕电场强度降低;反之,若气压升高或温度降低,则会使起晕电场强度增高。3.3气压与温度的影响在电晕光谱中,紫外光所占的百分比是比较低的,并且经过光学系统传输而产生一定的损耗,最终到达感光元器件(CCD)板上的紫外光子数大为减少,大约为镜头接收总数的3%。为了提高检测仪的灵敏度,对进入光学系统的紫外光子进行增益处理,使仪器可以观察到很微弱的电晕。使用时,调节仪器的增益到合理数值,以便使仪器既可以灵敏地发现电晕,又可以尽量降低背景干扰的影响。3.4检测仪器增益的影响4√序号内容标准备注1测试前做好前期准备工作，工作前1天部门负责人向本次工作负责人下发主管领导审核的现场标准化作业指导书清楚工作内容，现场标准化作业指导书内容全面。2根据本次试验工作内容，确定试验工作项目，并组织试验人员学习本指导书，使全体试验人员熟悉试验内容、试验标准、安全注意事项。要求所有试验人员都明确本次试验工作的试验内容、试验标准、安全注意事项。3前一天准备好测试所需的仪器仪表、工器具、历史测试数据及试验记录本。仪器仪表、安全工器具试验合格，有校验要求的仪表应在校验周期内；符合现场实际情况。4在网络进行办理工作票，及时和当日运行负责人沟通。现场安全措施符合实际，保证安全；办理及时。4.1准备工作安排导电体表面电晕放电有以下情况：a、由于设计、制造、安装或检修等原因，形成的锐角或尖端；b、由于制造、安装或检修等原因，造成表面粗糙；c、运行中导线断股或散股；d、均压，屏蔽措施不当；e、在高电压下，导电体截面偏小；f、悬浮金属物体产生的放电；g、导电体对地或导电体间间隙偏小；h、设备接地不良。4.2带电设备紫外检测的内容绝缘体表面电晕放电有以下情况：a、在潮湿情况下，绝缘子表面破损或裂纹；b、在潮湿情况下，绝缘子表面污秽；c、绝缘子表面不均压覆冰；e、发电机线棒表面防晕措施不良、绝缘老化、绝缘机械损伤等。运行带电检测周期应根据带电设备的重要性、电压等级、环境因素等确定。一般情况下，宜对500kV（330kV）以上的变电设备检测每年不少于一次，重要的500kV（330kV）以上以及环境劣化或设备老化严重的变电站可适当缩短检测周期。500kV（330kV）以上输电线路视重要程度，在有条件的情况下，宜1到3年1次。4.3带电设备检测紫外周期重要的新建、大修、改扩建的带电设备，宜在投运1月内进行检测。特殊情况下，如带电设备出现电晕放电声异常，冰雪天气（特别是冻雨），在污秽严重且大气湿度大于90%，宜及时检测。紫外成像仪开机，增益设置为最大，在图像稳定后即可开机检测。一般先对所用被测设备进行全面扫描，发现电晕放电部位，然后对异常放电部位进行准确检测。紫外成像仪观测电晕放电部位应在同一方向或同一视场内，并选择检测的最佳位置以避免其他设备放电的干扰。在安全距离允许的范围内，在图像内容完整的情况下，紫外成像仪宜靠近被测设备，使被检设备电晕放电部位在视场范围内最大化，记录紫外成像仪与电晕放电部位距离。4.4准确检测4.3一般检测在一定时间内，紫外成像仪检测电晕放电强度以多个相差不大的极大值的平均值为准。并同时记录电晕放电形态、具有代表性的动态视频过程以及绝缘体表面电晕放电长度范围。4.6仪器设置增益设置为最大，根据光子数的饱和情况，逐渐调整增益。调节焦距，直至图像清晰度最佳。4.7检测要求1、正确安装仪器各配件，开机后进行内部校准，待图像稳定、画面清晰后即可开始工作；2、先远距离对所有被测设备进行全面扫面，发现异常后，再有针对性地近距离对异常部位和重点被测设备进行准确检测；3、在安全距离允许的条件下，尽量靠近被测设备，以提高仪器对被测设备表面细节的分辨能力及准确度；4、为了准确测试和方便跟踪，应确定最佳位置，并可作上标记，以供今后的复测用；5、记录被测设备的实际负荷电流、额定电流、运行电压，被测物体温度及环境参照体的温度值；6、依次对各电压等级设备本体、导线连接处、支柱绝缘子、构架进行测试；7、应重点观察、记录支柱绝缘子等不应出现电晕现象却出现电晕的部位，若发现应立即上报。5.1直接法此法是指在同一回路的同类型设备或同一设备在相同运行工况下的同一部件之间对检测结果作比较。具体做法就是利用紫外检测仪获得同类设备的对应部位电晕活动产生的光电子数量进行纵向和横向比较,可以比较容易地判断出电晕放电是否正常。同类比较法适用范围比较广,在电力生产现场中各类型设备均有使用,运用也比较简单。55.2同类比较法此法直接利用紫外检测仪结果对设备的电晕状况进行评价,一般仅用于严重故障的判断。此法将测量结果与设备电晕活动档案记录的数据相比较后进行分析。其基础工作就是要建立设备电晕放电技术档案。在诊断设备电晕有无异常时,可分析该设备在不同时期的电晕检测结果,包括温度、湿度等分布变化,以掌握设备电晕活动的变化趋势,然后进行判断。测试等级分类由于国内没有可完全可供参考的电气设备电晕放电防晕成像检测应用导则，为了对检测数据进行比较系统的区分，我们参考OFIL厂家和美国电力实验研究院（简称EPRI）所公开的文献资料，国外比较完善的防晕检测导则主要为EPRI的《变电站电晕和电弧检测导则》和《架空输电线路电晕和电弧检测导则》。5.3档案分析法根据资料，我们把电气设备中故障出现过程结合防晕光子计数进行了阶段划分,AB阶段：没有放电光子产生;BC阶段：开始产生电晕光子，光子数在1000以下（Ⅰ级）；CD阶段（Ⅱ级）：产生了中等程度的电晕光子计数，光子数在1000至5000之间。DE阶段（Ⅲ级）：产生了较为严重的电晕光子计数，光子数在5000以上。一般是根据电气设备放电点的放电强弱进行分类，也就是说根据被测物体中放电处的光子计数来进行程度分类，列表如下：通过现场的大量测试发现,现场中的放电主要集中于悬式绝缘子,支柱绝缘子和金具及导线上。下面根据不同设备,对放电现象的进行了分类,并对引起放电的主要原因、关键部位及其危害进行了分析。6在现场,正常运行的绝缘子表面几乎观察不到放电现象。一般来说若观察到放电,则是由于绝缘子表面污秽过大,或者存在低值、零值绝缘子,绝缘子的铁脚腐蚀引起的。6.1悬式绝缘子在现场,一般来说支柱绝缘子包括瓷套管不容易发生放电,尤其是表面喷有RTV涂料的更是如此。当表面污秽较大或者湿度较大时能会发生放电现象,放电主要集中与高压侧法兰附近,因为这里的场强最高。6.2支柱绝缘子经分析引起导线放电的主要原因是导线表面有些微小的毛刺或者间隔棒和导线的接触处存在曲率过大的问题,从而导致局部场强过高引发电晕放电。如图所示为导线本体表面出现毛刺或磨损引起的放电,对这种现象一般不需处理。但若放电现象异常严重,可能为导线散股或断股引起,严重时会影响导线导流性能,降低导抗拉强度,真接威胁输电线路安全运行,应在必要的时候安排更换处理。6.3架空导线放电6.4隔离开关隔离开关的刀口是现场非常常见的放电点,并且放电往往比较严重,如图所示的是隔离开关刀口的尖端放电现象,通常是因为设备结构问题造成电场不均匀而产生放电,其放电部位还常出现在隔离开关机构、搭接面螺帽螺栓等,这类放电现象对设备安全运行影响不大,一般都不需要进行处理。现场测试发现均压环是一个很容易发生放电的部位,主要是由于均压环上存在一些划痕和小的突起所引起。由于均压环一般是直接与高压侧相连,其表面的毛刺和小的划痕处场强度最大,因此容易引起放电。如图所示就是均压环表面不光洁,产生的局部异常电晕现象。这种放电一般属于正常放电现象,不会危及设备的安全。6.5均压环现场使用情况表明,紫外成像技术可