高压电气设备故障诊断中紫外成像检测技术应用

高压电气设备故障诊断中紫外成像检测技术应用

邢宝云

黄河上游水电开发有限责任公司电力技术公司

摘要：绝缘劣化是引起电气设备故障损坏的主要原因之一。设备绝缘劣化一般会伴随着产生电晕放电和表面局部放电现象。因此，进行电晕放电检测，能够及时掌握绝缘可能出现的劣化迹象，在严重事故发生之前就可以确定绝缘劣化的严重程度，从而避免事故的发生。

关键词：高压电气设备；故障诊断；紫外成像检测技术

1、紫外成像检测技术

1.1检测原理

高压设备由于绝缘劣化、受潮等原因会发生电离放电，根据电场强度的不同，可分为电晕放电、间歇性电弧放电和持续性电弧放电3个等级。电离放电的本质是电子释放能量的过程，同时会辐射出紫外线（UV）、可见光和声波等。紫外线的波长范围是40～400nm，太阳光中部分波长的紫外线被地球上的臭氧层吸收，实际辐射到地面上的太阳紫外波长大都在300nm以上，低于300nm的波长区间称为太阳盲区，因此，紫外成像仪在白天也可以进行检测。

电晕放电辐射出的紫外光波长范围为230～405nm，紫外光滤波器的工作范围为240～280nm，将该波段比较微弱的紫外光信号经过影像放大器变成可视的影像。光源经过光束分离器，分别送给紫外光和可见光检测通道。紫外光通道用于电晕成像，可见光通道用于被测设备及环境成像。采用图像融合技术将两个影像叠加在一起，就可以确定电晕的放电量，并能够精确地定位放电区域。

1.2诊断方法

紫外成像检测技术检测的直接参数是光子数，由于该参数受到检测距离、环境（如湿度、温度等）以及设备参数（如增益）等很多因素的影响，如何量化这些指标与光子数之间的关系，仍处于研究阶段，目前国内外尚未形成统一的标准。我国DL/T345—2010《带电设备紫外诊断技术应用导则》中规定的检测及诊断方法有图像观察法和同类比较法。

图像观察法主要根据带电设备电晕状态，对异常电晕的属性、发生部位和严重程度进行判断和缺陷定级。同类比较法是通过同类型带电设备对应部位电晕放电的紫外图像或紫外计数进行横向比较，对带电设备电晕放电状态进行评估。除了上述两种诊断方法，建议在日常检测中，对同一设备在不同时期的紫外图谱进行分析，根据电晕的强度，判断设备是否正常。由于紫外成像的结果容易受到多种因素的影响，因此尽量选择在相同的条件下进行检测。

2、紫外成像的技术特点

与目前采用的电气检测方法相比，紫外成像技术具有如下特点：

第一，可在设备带电状态时开展，是一种无损检测技术，不会对系统运行和设备本身造成任何影响；

第二，可以发现设备早期的缺陷，灵敏度比较高；

第三，可以定量显示放电强度，精确定位放电部位，并且以图像形式显示出来，比较直观；

第四，有利于提升电厂的状态检修与运行管理水平。根据检测结果，评估设备的状态，执行相应等级的维修策略，进一步提高了设备的运行可靠性。

3、影响检测结果的因素

3.1检测距离的影响

随着观测距离的增加，检测到的光子数呈现减小的趋势。针对该情况，开展了很多研究，并形成了标准。在实际检测中，最好先把光子数的检测结果折算到相同距离条件，再进行分析比较。

3.2环境的影响

环境中的温度、湿度、气压和风力都会影响检测结果。在高温度、低气压的环境中比在低温度、高气压环境中更容易发生放电。风力对检测结果的影响一般可忽略，但是仍然建议在无风或微风条件下进行检测。湿度对检测结果的影响比较复杂，湿度有时会使电晕强度降低，有时又会使电晕强度增大。

比如，当绝缘子比较干净时，表面湿润会使电压分布比较均匀，放电强度降低；当绝缘子表面污秽比较严重时，污秽容易溶解到水中，导致泄漏电流增大，容易形成局部干区和局部沿面放电，放电光子数是干燥情况下的数倍，使电晕强度增加。因此，需要根据现场情况进行具体分析。

3.3参数设置的影响

由于放电光谱在传输过程中会发生损耗，最终到达检测传感器的光子数比较少，为了提高检测的准确性，需要对进入光学系统的紫外光子进行放大。检测设备不同，增益设置也不相同。建议进行检测时，先将增益设置为最大，再根据实际情况进行调节，以获得比较稳定的光谱。

4、应用领域

紫外成像检测技术作为一种无损在线检测技术，在高压电气设备放电与故障诊断领域得到了越来越广泛的应用，主要有以下几个方面的应用。

4.1运行中绝缘子的劣化检测

绝缘子的劣化会导致表面局部结构缺陷，成为低值或零值绝缘子，在一定的条件下会产生放电。当绝缘子表面形成导电的碳化通道或者侵蚀裂纹时，可能会在短期内发展成绝缘子击穿事故。笔者采用南非CSIR公司生产的CoroCAM504对积石峡水电站出线的绝缘子串进行检测，发现某绝缘子串与高压导线相连的绝缘子底部的光子数比较大，但放电不稳定，光子数有时大于10000，属于不间断电弧放电，如图所示，后期需加密监测。

4.2高压设备污染程度的检测

污染物积聚会导致高压设备表面凹凸不平，电场分布不均匀，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。如果结合高倍望远镜的观察结果，可为制定科学的检修计划，防止污闪和爬电的发生提供有力的参考依据。

4.3变电站电气设备的运行维护

传统的异常放电判别方法有听声音和夜间观察放电等。由于很多设备的放电并不影响其正常运行，所以听声音的方法难以排除干扰，完全依赖检修人员的主观判断。如果夜间能够观察到绝缘设备发出可见光，说明放电已经十分严重了。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。而利用紫外成像检测技术可以及时发现设备的早期缺陷，及时制订相应的维修策略，提升了变电站的运行维护水平。

4.4发电机（电动机）定子绕组的耐压检测

发电机定子绕组端部绝缘出现老化和劣化时，在耐压试验中一般会产生放电现象，电晕放电又会对绝缘造成进一步的损伤。传统的试验方法为了避免外界环境条件的影响，只能采取暗室目测法，难以准确标识放电的部位和判断放电的强度，给缺陷部位的处理带来不便。而紫外成像检测技术不受外界环境的影响，可以全天候开展试验，还可以定量评估缺陷的严重程度。

4.5导体损伤检测

导线表面或内部损伤、跨线支撑线棒出现松动以及连接不牢固等都可能导致其附近电场强度变强，在一定条件下会产生电晕。这种电晕用人工方式难以判断，但用紫外成像技术可轻松检测到，这对于日常巡查和检验工程质量具有重要的意义。

5、结束语

综上所述，随着我国电网规模和装机容量的不断扩大，电力系统对高压电气设备可靠性的要求越来越高，这就要求设备管理单位要不断提高预防性维护水平。近年来，随着电气设备运行状态的在线检测和故障诊断技术快速发展，对提高设备运行的可靠性、经济性和降低维修成本都具有重要意义。

参考文献

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