目前, 進行高壓設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出的超聲波, 將其轉換為人們可聽見的聲音, 再根據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。利用紫外成像技術可以直接觀察放電情況,使得現場人員能迅速準確定位放電點, 并可通過記錄的動態錄像來分析放電的危害程度。彼岸科儀有限公司自2002 年8 月以來在國內幾個大城市電力企業的高壓試驗室進行了紫外成像儀的應用試驗,并在高壓現場進行了檢測。

檢測原理與方法

在高壓設備電離放電時, 根據電場強度(或高壓差)的不同, 會產生電暈、閃絡或電弧。電離過程中,空氣中的電子不斷獲得和釋放能量。當電子釋放能量(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。紫外成像技術就是利用特殊的儀器接收放電產生的紫外線信號, 經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備的運行情況提供依據。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 的波長區間稱為太陽盲區。

空氣中的氮氣電離時產生紫外線的光譜大部分波長在280 nm ～ 400 nm 的區域內, 只有一小部分波長小于280 nm , 即處于太陽盲區內, 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, 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生, 且高壓設備的電暈在放電初期是不連續且瞬間即逝的, 紫外成像儀根據電暈的這個特性, 在觀測電暈時, 有以下2 種模式可供選擇:
a.活動模式。實時觀察設備的放電情況, 并實時顯示一個與一定區域內紫外線光子總量成比例的數值, 便于定量分析和比較分析。

圖2 合成絕緣子閃絡擊穿時的電暈(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。將一定時間區域內(該區域長短可調)的紫外線光子顯示并保留在屏幕上, 按照先進先出(FIFO)和動態平均的算法實時更新。該模式下若正確調節儀器, 可清楚地看到設備放電區域的形狀和大小。
2 應用

凡是有外部放電的地方都能用紫外成像儀觀察到電暈, 這意味著該技術在高壓帶電檢測領域的應用范圍很廣。我們在一些絕緣子廠、變電站、中試所進行了現場試驗, 根據試驗情況, 大致有以下幾方面
的應用。
a.導線外傷探測
導線架線時拖傷、運行過程中外部損傷(如人為砸傷)、斷股、散股等均可檢測。導線表面或內部變形都可能導致其附近電場強度變強, 在滿足條件時會產生電暈。這種電暈用人工方式難以判斷, 但用紫外成像技術可輕松檢測到。這對于日常巡查和檢驗工程質量很有意義。
b.高壓設備污染檢查
污染物通常表面粗糙, 在一定電壓條件下會產生放電。導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, 可為制定科學的檢修計劃和防止污閃及爬電的發生提供依據。
c.絕緣子放電檢測
劣化積污導致鹽密過大, 在一定條件下會放電,單純的絕緣子劣化也會產生電暈。利用紫外成像技術在一定靈敏度和一定距離內可觀察到放電, 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, 若在試驗時發生閃絡, 則試品肯定不合格;若觀察到電暈, 則應根據電力產品的材料、結構形狀、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, 紫外成像的檢測結果可為電力產品的絕緣診斷與壽命預測提供大量信息, 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, 加上近年工業化進程加快,環保力度不夠, 一般大城市高壓變電站內放電點隨處可見。傳統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。當絕緣設備放電到夜間見光的時候, 已經是十分嚴重了, 很多事故正是在絕緣設備未見可見光放
電的情況下突然閃絡擊穿引起的。應用紫外成像技術, 可以在地面或直升機上全面掃描變電站和線路
上的設備, 并根據經驗判斷哪些電暈是正常的, 哪些是不正常的, 這種動態監督異常現象的方法, 為采取合理的維護措施提供了依據。
f.尋找無線電干擾源
高壓設備的放電會產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, 使用紫外成像技術可迅速找到無線電干擾源。
3 結語
實踐證明, 紫外成像技術能有效和直觀地觀測到高壓設備放電的情況, 為帶電檢測提供了新的診斷手段, 且發展到了可在白天進行檢測的水平。相信, 將來應用領域會更廣。紫外成像技術與紅外成像技術是互補關系, 紫外檢測放電異常, 紅外檢測發熱異常, 這兩項技術的結合應用, 將會大大提高高壓
設備故障點的全面檢測能力, 也為高壓產品的可靠性研究提供了手段。