紫外成像技术分析应用

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1、紫外成像技术分析应用摘要：本文阐述了紫外成像检测技术的工作原理及技术特点，并与传统的预 防性试验、红外检测技术作了详细比较。结合具体实例，对紫外成像检测技术在 输变电设备上的实际应用作了详细分析，并分析了影响紫外成像检测结果准确度 的因素。在此基础上，指出了紫外成像检测技术在实际应用中尚需解决的问题， 并明确了该技术今后的发展方向。关键词：紫外成像；电力设备；放电检测随着电力系统的电网规模的不断扩大、电力负荷要求的不断提高，电力系统 中使用的各种类型的高压设备的损坏、故障也不断增加，相应对预防性维护的要 求也不断提高。输供电线路和变电站配电等设备在大气环境下工作，在某些情况 下随着绝缘性能的降

2、低、出现结构缺陷，或表面局部放电现象，电晕和表面局部 放电过程中，电晕和放电部位将大量辐射紫外线，这样便可以利用电晕和表面局 部放电的产生和增强间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷。 目前，可用于诊断目的的放电过程的各种方法中，光学方法的灵敏度、分辨率和 抗干扰能力最好。即采用高灵敏度的紫外线辐射接受器，记录电晕和表面放电过 程中辐射的紫外线，再加以处理、分析达到评价设备状况的目的。预防，减少设 备发生故障造成的重大损失，具有很大的经济效益。一、原理在高压设备电离放电时，根据电场强度（或高压差）的不同，会产生电晕、 闪络或电弧。电离过程中，空气中的电子不断获得和释放能量。当电子释

3、放能量 即放电时，会辐射出光波和声波，还有臭氧、紫外线、微量的硝酸等。紫外成像 技术，就是利用特殊的仪器接收放电产生的紫外线信号，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，从而为进一步评价设备的运行 情况提供依据。紫外线的波长范围是40400nm,太阳光中也含紫外线，但由于 地球的臭氧层吸收了部分波长的紫外线，实际上辐射到地面上的太阳紫外线波长 大都在300nm以上，低于300nm的波长区间被称为太阳盲区。图 1 电磁光谱波长最新的紫外成像仪利用紫外线束分离器将输入的影像分离成两个部分。它用 盲光滤光器过滤掉太阳光，并将第一部分的影像传送到一个影像放大器上，因为 电晕放

4、电会发射出 230-405nm 范围内的紫外线，而紫外光滤波器的工作范围为 240-280nm，这个比较窄的波长范围内产生的影像信号也比较微弱（因为电晕信 号只包括很少的光子），因此影像放大器的工作是将微弱的影像信号变成可视的 影像。因没有太阳光辐射的影响，可以得到高清晰的图像。影像放大器将紫外光 影像发送到一个装有 CCD 装置的照相机中，而同时被探测目标的影响被发送到 第二台标准的视频照相机内，特殊的影像处理工艺 将两个影像叠加起来，最后 生成显示绝缘子，导线或其它输电线路元件及其电晕的图像。图 2 紫外成像电晕检测仪原理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

5、是不连续、瞬间即逝的，紫外成像仪根据电晕的这个特性，在观测电晕时，有两 种模式供选择。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。二、紫外成像在电力系统中的应用输变电设备长期工作在高场强和较恶劣的环境中，不可避免的会出现设备绝 缘劣化、老化甚至损坏的问题，在一定的条件下，设备的表面会出现放电现象， 但这种放电一般表

6、现为弱放 电，其辐 射的光波波 长主要 分布于紫外 波段 （200-400nm）,人眼难以直接观察到。常规的检测方法，如声波检测法和超高 频法虽也能检测到，但在现场复杂的干扰背景下，难以准确对其进行定位；红外 成像仪也只能在设备发热的时候才能检测到放电，且受外部环境的影响比较大。 紫外成像技术采用双通道图像融合技术，其紫外探测通道由于采用了特殊的滤 镜，只能探测 240-280nm 波段的紫外光，避开了太阳光等其他光波的干扰，因 此在白天也可以清晰地看到放电现象，紫外传感器具有不接触、不受高频干扰影 响、灵敏度更高的优点，而且不受交通条件和人为因素的限制，更适用于输变电 设备的各种检测，应用前

7、景广阔。目前，我局在紫外线成像技术方面做了一定的 实践工作。发现了包括刀闸及玻璃绝缘子上的一些放电点。大致可归纳为以下几 个方面的应用：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，在满足条件时 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很有意义。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。若配合使用高倍望远镜进行观察，可为制定科学的检修计划、防

8、止污闪和爬电的发生提供有力的参考依据。三、UV和IR技术比较UV （紫外成像仪检测）和IR （红外热像仪检测）技术的比较。UV检测和 红外成像是一种互补性而非冲突性技术。电力设施一个完整的检测应该包括紫外 成像、红外成像和可见光检测。电晕是一种发光的表面局部放电，由于空气局部 高强度电场而产生电离。该过程引起微小的热量，通常红外检测不能发现。红外 检测通常是在高电阻处产生热点。紫外成像仪可以看到的现象往往红外成像仪不能看到，而红外成像仪可以看到的现象往往紫外成像仪不能看到。四、红外成像法绝大多数由电场引起的绝缘材料损坏与温度有关，红外成像法就是利用在线 检测局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介

9、电损耗或电阻损耗引起的绝缘子局 部温升来发现某些缺陷的。红外热像测温普查发现：凡有明显局部过热点的绝缘 子，其过热点至绝缘子高压端硅橡胶表面均显著发黑，粉化，变脆变硬，憎水性 基本丧失，有的有许多细小裂纹甚至出现严重破损；由发热点至高压端的一段不 能承受工频耐压试验或陡波冲击试验可知发热点为内绝缘界面局部放电进展的 位置。红外成像技术是在不接触电气设备、不停电的情况下进行电气设备绝缘故 障检测和诊断的现代化手段，但这也是一种间接检测放电的方法。该法的缺点是 温度测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起高压设备表面温度急剧 变化因素的影响。五、紫外成像检测技术应用中尚需解决的问题紫外成像检

10、测技术在中国电力系统中应用的时间较短，目前仍处于技术引进 的初级阶段，在实际应用中尚存在一些问题有待改进。1）紫外光子标定问题。紫外成像检测采用的标定方法为紫外光子计数来衡 量放电程度。但现场准确检测电气设备紫外光子数比较困难，如前所述，检测结 果受环境条件影响较大。根据电晕发生机理，温度、湿度、海拔高度等环境因素， 对电晕的起晕电压、电晕能量有很大的影响。测试时所选增益对检测结果也有影 响。因此，要准确反映放电强度，必须对仪器显示的光子数进行有效标定。2）电晕放电强度的量化问题。目前，利用紫外成像仪在现场进行电晕放电 检测时，通常是根据仪器所显示的单位时间（1 min）内紫外光子数对电晕放电

11、 强度进行量化。然而，这种方法并不能有效判断电气设备电晕放电处在什么阶段， 是否存在即将发生闪络的危险， 也不能有效判断电晕损失是否在正常的范围之 内。3）对电晕放电后果的评估问题。不同设备或同一设备不同部位的电晕放电 所导致的后果不同。如设备均压环上的电晕放电， 在一定时间段内不会影响设 备的安全稳定运行， 而绝缘套管表面的电晕放电，则有可能导致系统事故。同 时，在检测过程中，环境因素的作用反映在电晕检测中表现为，不同环境下，通 过紫外成像仪观察到的电晕放电有一定变化。因此，如何正确评估电晕放电后果，是紫外成像检测技术在系统中应用亟需 解决的问题。六、结论笔者对紫外成像检测技术特点及其在电气

12、设备电晕放电检测的应用情况进 行了全面分析， 得出以下主要结论：1）紫外成像检测具有简单高效、安全方便且不影响设备运行等诸多优点，可 准确确定电晕放电部位，有助于对设备及时消缺，保障电网安全运行。可应用于 导线外伤检测、高压设备的污染程度检测、绝缘缺陷检测等方面。2）紫外成像检测的光子数量受仪器操作本身和环境影响，主要的影响因素 有检测距离、增益、气压、温度、湿度等。在实际使用中，应将增益设在40% 80%之间，使得放电区域尽可能为辐射星状，紫外光子数相对比较稳定。室外检 测时，应在无风或风力很小的条件下进行。3）紫外成像检测技术在实际应用中尚存在紫外光子标定等问题， 现阶段尚 无正式的紫外检测标准规程可供参考。因此，尚需进行大量现场经验积累，进一 步研究紫外定量分析方法。