紫外电晕成像技术在绝缘子缺陷检测中的应用

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1、紫外电晕成像技术在绝缘子 周建国傅晨钊肖嵘 华东电网有限公司华东电力试验研究院 摘要：本文筒述了一种新型紫外电晕检测仪的工作原理， 并进行了多项绝缘子常见缺陷的模拟试验，结果表明利用 紫外成像检测技术可有效地发现一些运行绝缘子缺陷，值 得进一步应用和深入研究。 运行中的各类绝缘子长期经受强电场、机械 应力作用，可能会发生破损、开裂甚至掉线等事 故，对输电系统的安全运行造成巨大威胁。因此， 绝缘子运行状态的实时监测非常重要。目前，国 内外有多种绝缘子实时监测的方法，包括：火花 间隙法、绝缘电阻法、脉冲电流法、红外测温法、 超声法等，但由于诸多原因，尚未找到一个有效、 经济方便的方法。 上世纪90

2、 年代末，美国、南非和以色列等国 家的科学技术人员将紫外光的光学特性与光学透 镜、数字信号芯片相结合，研制开发出用于目间 检测电晕等微弱放电现象的紫外电晕检测仪，为 绝缘子实时监测提供了新的思路11 。目前，国内 外已有多家电力公司配备了该类仪器，并正在积 极开展紫外监测工作。 本文应用紫外成像检测仪，研究记录了绝缘 子常见缺陷，紫外监测试验结果表明该技术可以 在运行绝缘子监测中发挥积极作用。 1 紫外电晕检测仪的工作原理 电晕、电弧等放电现象的光谱分析表明放电 现象都会产生不同波长的紫外光，波长范围 2 3 0 4 0 5 n m ，其中24 0 2 8 0 n m 的光谱段称为太 阳盲区，

3、在此波长范围内由太阳传输来的紫外光 份量极低。紫外电晕检测仪的工作原理如下：该 仪器首先利用分光镜将输入的光线分离成两部 分。其中一部分光线形成可见光影像，而另一部 分光线经过紫外光滤镜后，只保留其中的紫外部 分，经放大器处理后在ccD 板上可得到高清晰度 的紫外图像。最后，通过特殊的影像处理工艺将 紫外影像和可见光影像叠加起来，生成显示设备 及其表面电晕的合成图像。 实验表明：紫外计数为紫外电晕检测仪每分 钟内测得的紫外光子数，可作为电晕活动强度的 表示；另外，紫外计数( 电晕活动强度检测) 与 距离、仪器增益、气压、温度、湿度等因素密切 相关。 2 绝缘子常见缺陷的模拟和检测实践 2 1复

4、合绝缘子均压环不良 均压环对于复合绝缘子的安全运行具有重要 意义。然而由于设计、安装、运行维护等方面的 不足，导致有的均压环不能完全满足要求，给设 备安全带来隐患2 1 。 选取一根110k v 复合绝缘子分别配合两个不 同的均压环( 均压环a 外径3 5c m ，管径2 5c m ，高 度10c m ，均压环b 外径25c I n ，管径1 5 cm ) ，进 行比较试验，外施电压65k v ，距离11m ，相对湿 度75 ，如图1 所示。 a 均压环a 效果良好b 均压环b 效果不佳 图1 中均压效果良好的紫外计数( 51 个分 簋左互蕴筮筮箧主筮簋丝壁趁硷塞篡 1 3 1 电力可持续发展

5、与信息化建设 钟) 远小于均压环不佳的紫外计数( 2812 个分 钟) 。图1b 中的电晕发生在钢帽部位，产生的腐 蚀作用将直接作用在端部密封上，有可能形成缝 隙，使得外部的潮气侵入，进一步腐蚀芯棒。均 压效果不佳的原因是设计结构不合理和尺寸偏 小。与之类似，紫外检测仪还可有效发现均压环 安装错误、漏装、破损等类似缺陷。 2 2 复合绝缘子芯棒护套破损 长时间户外运行，经受日晒雨淋、风沙、高 温和严寒等恶劣气候，芯棒护套可能出现表面破 损等缺陷。 选取一根35 k V 复合绝缘子，外施电压2 1k V ， 距离5I T I ，相对湿度分别为60 和大于100 ，试 验结果：前者条件下未能发现有

6、明显电晕，后者 条件下紫外计数为6611 个分钟，如图2 所示。 图2 芯棒护套破损的电晕图像 前者条件下无明显电晕，这表明破损处的场 强变化不足以引起较强的电晕放电，电场数值计 算的结果也验证了这一点。后者条件下出现较大 的紫外计数，表明护套表面出现了较明显的爬 电。这是因为破损处由于表面污秽、老化等原因， 增水性下降，更易产生表面爬电，进而降低绝缘 性能和机械性能。对比不同相对湿度条件下的紫 外监测结果，可知检测芯棒护套破损此类缺陷需 要选择在相对湿度大的天气下进行。 2 3 复合绝缘子增水性下降 实际运行中，硅橡胶表面由于长时间的电腐 蚀、老化后形成污秽层、高温等原因都有可能造 成增水性

7、的部分丧失。在污湿环境下，泄漏电流 增大，可能形成“老化一泄漏电流增大一加速老 化”的恶性循环。 采用固体层法31 模拟增水性下降的情况，处 理后憎水性接近6 级，而未作处理的同种试品憎 水性为1 2 级。选取一根35kV 复合绝缘子，外 施电压21k V ，距离5m ，相对湿度大于100 ，试 验结果：憎水性良好的绝缘子未能发现有明显电 晕，憎水性丧失的绝缘子有三处明显电晕，紫外 计数均为5000 6000 个分钟，如图5 所示。 图3 增水性优劣的对比 试验结果表明在雨后、大雾等气象条件下， 紫外检测可为绝缘子的憎水性状态提供一定的参 考。然而由于污秽条件下的电晕( 爬电) 具有不 确定性

8、，目前只能给出定性的判断，定量的工作 还需要继续积累数据。 2 4 绝缘子污秽 瓷或玻璃绝缘子运行中表面不可避免的受到 污染。在潮湿的天气情况下，污秽绝缘子表面受 潮湿润，泄漏电流增大，易发生表面爬电，情况 严重的可能造成污闪事故。 采用固体层法模拟绝缘子不同下表面盐密条 件下污秽情况，上表面盐密为0 01m g Cm 2 ，下 表面盐密分别为0 0 5 、0 1 、0 15 和0 2m g C m 2 ， 选取c A825 钟罩型绝缘子，一串8 片，外施电压 70 85k V ，距离10m ，相对湿度大于100 。试 验结果如图4 和表1 所示。外施电压达到70k V 后， 绝缘子串上均能发

9、现有位于不同位置的明显爬 电，且随着外施电压的增高，紫外计数也增大，有 时出现发生位置的变化。试验过程中爬电发生的 位置多为绝缘子的上表面，这主要是因为下表面 污秽溶解于水后滴落于上表面，在泄漏电流的作 用下绝缘子上表面形成局部干区。 生左互蕴塑毯星复笸基丝筮丝金立墓 1 3 2 图4 污秽绝缘子的电晕图像 l 兰查堡茎叁盈盈圈盈圈盈幽翻团蟹幽冒豳 表1 ：不同电压( kV ) 、污秽条件下的紫外计 数值 表1 ：不同电压( k V ) 、污秽条件下的紫外计数值 电压 下盐密 7 07 58 08 5 ( m g e m 2 入 O 0 5 9 8 51 2 3 41 5 6 61 6 0 8

10、 0 1 1 3 0 71 6 0 82 0 0 72 1 1 3 O 1 5 1 2 0 91 4 6 91 7 8 72 3 0 4 O 2 1 4 1 31 5 3 42 2 4 62 6 4 3 由表1 可见，爬电强度一般随外施电压的增 加而增加，同等电压下盐密大的绝缘子的强度 般大于盐密小的绝缘子，但由于污秽润湿的不确 定性，有时也会出现不同的情况，这主要是因为 润湿的程度不同和涂层不完全均匀所致。与憎水 性缺陷的监测相似，目前根据绝缘子的爬电状况 只能给出污秽程度简单的定性判断，还不能直接 根据电晕( 爬电) 强度的数值判断污秽的具体情 况。若由此深入研究污秽、润湿和紫外计数之间

11、的关系，有可能从一个新的角度为绝缘子的状态 清扫提供参考。 2 5 瓷绝缘子零值 由于瓷、水泥、钢等散热膨胀系数各不相同， 当绝缘子受冷热变化时，瓷件受到较大的应力， 绝缘子易开裂或被击穿而形成低值或零值。 试验室模拟了瓷绝缘子零值的情况，绝缘子 为xw P10 型双伞绝缘子，上表面盐密0 05r ng C m 2 ，下表面盐密0 im g C m 2 ，绝缘子串含7 片 正常绝缘子和1 片零值绝缘子，零值位于从高压 侧数第三片。外施电压90kV ，距离10m ，相对湿 度80 ，温度24q C ，试验结果：第一、二、四片 表面均出现明显电晕，而零值的第三片没有明显 电晕，如图5 所示。 图5

12、 含零值绝缘子的绝缘子串电晕图像 根据绝缘子串电压分布规律，第三片绝缘子 所承受的电压应与邻近绝缘子相仿，在相似的条 件下，图5 中的第三片绝缘子表面也应出现明显 的电晕。如若不然，只能是承受的电压发生了变 化，这往往表明绝缘子串中含有低值或零值的绝 缘子。相关试验表明利用紫外成像技术检测零值 绝缘子需要相对湿度和表面污秽的条件进行配 合。 3 结论 紫外成像作为一种新的技术手段，可以在绝 缘子多种缺陷和故障的监测中发挥积极作用。虽 然目前该项技术还不够成熟，但因其具有简单高 效、直观形象、且不影响设备运行、安全方便的 诸多优点，值得进一步应用和深入研究。 参考文献 1 张钦芝，新型日间电晕探测照相机国际电力，2 0 0 1 2 2 杨杰等，均压装置对复合绝缘子电气性能的影响，高 电压技术，2 0 0 4 2 3 河村达雄，绝缘子，机械工业出版社，19 9 0 作者简介： 周建国，男，19 5 5 年9 月生，高级工程师，19 8 2 年毕业于 上海交通大学高电压技术专业。曾任职于华东电力试验研 究院，主要从事电力高电压输变电设备的试验、检测和技 术研究。现在国网华东电网有限公司生产部主管华东电网 5O0kV 输变电设备的运行和可靠性管理，以及技术( 和绝 缘) 监督专业管理工作。 虫左互蕴筮笠握复筮基丝垡趁趁立墓 1 3 3