20世紀 90年代末, 美* 、南非和以色列等*家的科學技術人員將紫外光的光學特性與光學透鏡、數字信號芯片相結合, 研制開發出用于日間檢測電暈等微弱放電現象的紫外電暈檢測儀, 為jue緣子實時檢測提供了新的思路
[ 1] 。 目前, *內外已有多家電力公司配備了該類儀器 ,并正在積極開展紫外檢測工作。
1 紫外電暈檢測儀的工作原理
電暈、電弧等放電現象的光譜分析表明這些放電現象都會產生不同波長的紫外光 ,波長范圍
230 ～ 405 nm ,其中 240 ～ 280 nm 的光譜段稱為太
陽盲區 ,在此波長范圍內由太陽傳輸來的紫外光份量極低。
紫外電暈檢測儀shou先利用分光鏡將輸入的光線分離成兩部分。 其中一部分形成可見光影像,而另一部分經過紫外光濾鏡后 , 只保留其中的紫外部分 ,經放大器處理后在 CCD 板上可得到高清晰度的紫外圖像。 **后, 通過特殊的影像處理工藝將紫外影像和可見光影像疊加起來 ,生成顯示設備及其表面電暈的合成圖像。
2 紫外監測的影響因素
紫外計數為紫外電暈檢測儀 1 m in內測得的紫外光子數 ,可作為電暈活動強度的表示。 而紫外計數與距離、儀器增益、氣壓、溫度、濕度等因素密切相關。 因此 , 必須明確這些因素對紫外檢測結果的影響。
(1)距離的影響
理想條件下 ,均勻介質中的點光源所發射光波的強度與距離的平方成反比
[ 2] 。 然而, 超出一定距離就無法進行電暈檢測等許多情況表明, 紫外計數和距離平方成反比關系的推斷并不適合實際工作 ,這主要因為前提的理想條件不能滿足 ,且鏡頭所處球面的球心與電暈源并不重合。
為了解距離對計數的影響情況, 模擬了一個點電暈源,記錄不同距離下的紫外計數和平均值,結果如表 1所示。
由表 1可知, 盡管電暈的發生有一定的分散性 ,但多次計數的分散性不大, 單次計數和平均值相差很小,判別均小于 3%。這表明進行檢測時可采用計數穩定后的一次數值作為電暈強度的表示。
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傅晨釗, 等 紫外電暈檢測儀檢測線路jue緣子的模擬試驗 |
51(總 408) |
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表 1 |
紫外計數與距離的關系 |
個 /m in |
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距離 /m |
8次計數范圍 |
平均值 |
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4. |
9 |
3 622 |
～ 3 836 |
3 747 |
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6. |
3 |
3 379 |
～ 3 540 |
3 408 |
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7. |
7 |
2 955 |
～ 3 129 |
3 054 |
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9. |
1 |
2 915 |
～ 3 129 |
3 008 |
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10. |
5 |
2 554 |
～ 2 714 |
2 617 |
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11. |
9 |
2 440 |
～ 2 521 |
2 495 |
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13. |
3 |
1 898 |
～ 2 015 |
1 995 |
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14. |
7 |
1 744 |
～ 1 817 |
1 795 |
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16. |
1 |
1 201 |
～ 1 249 |
1 229 |
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17. |
5 |
934 |
～ 967 |
950 |
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18. |
9 |
645 |
～ 668 |
669 |
通過比較不同擬和曲線, 以距離平方為參量的一次線性式, 可以很好地反映距離與紫外計數間的變化關系, 同時符合一定距離外無法檢測出電暈的實際情況 ,如圖 1所示。 擬和曲線建立后,比較不同距離條件下的電暈強度時可進行一定的強度修正。
圖 1 紫外計數和距離平方的關系
(2)增益的影響
紫外光譜在電暈所發出的光譜中所占比例較小 ,且經過光學系統傳輸損耗 ,**終到達 CCD 板的紫外光子數大為減少, 僅約為鏡頭接受到總數量的 3%。為提高儀器的靈敏性 , 儀器內部對進入光學系統的紫外光子進行增益處理 ,這直接改變了紫外計數的具體數值, 也就影響到對電暈強度的評價。
試驗室內模擬了一個點電暈源, 記錄不同增益下的儀器紫外計數 ,結果如圖 2所示。
圖 2 紫外計數與增益的關系
紫外計數與增益間關系的了解有助于儀器的
實際應用,在紫外計數小于 200的情況下, 一般可選擇高的增益 (大于 150),以便發現較弱的電暈源 ;紫外計數大于 200小于 5 000時, 一般可在 90 ～ 150區間選取增益 ,方便進行比較;紫外計數大于 5 000時, 選取小的增益 (小于 80), 以便避免紫外圖像相互疊加 ,以便準確定位電暈源。
(3)氣壓和溫度的影響
氣壓和溫度的變化可以改變空氣密度, 影響電離過程,進而影響到紫外計數的大小。一般而言 ,在其它條件相同的情況下, 高氣壓、溫度低條件下的紫外計數要比低氣壓、高溫度條件下的紫外計數低。
根據*標 GB311-83《高壓輸變電設備的jue緣配合》和 GB775-79《jue緣子試驗方法》,大氣狀態不同時 ,外jue緣的放電電壓 (空氣間隙的擊穿或空氣中沿固體jue緣表面的閃絡 )進行校正 , 其中空氣密度校正因子 Kd 為 :
    |
p m |
273 +t0 |
n |
|
Kd = |
|
|
273 +t |
(1) |
|
p0 |
式中 p———試驗條件下的空氣壓力, kP a; t———試驗條件下的空氣溫度, ℃;
p
0、 t
0 ———標準狀態下空氣的壓力 101. 3 kPa 和溫度 20 ℃;
m、n———小于 1的修正系數。
假定 t0 為 0 ℃和 40 ℃、p0 為 90 kPa和 110 kPa分別進行計算, K d 均位于 (0. 9, 1. 1)之間。而檢測儀由于紫外濾鏡、光學系統傳輸效率、CCD靈敏性等部件的差異 ,不同儀器之間的計數存在
±20%的誤差 , 同一儀器的計數存在 ±3%的誤差 ,且現場檢測時觀測角度等因素的不同也會帶來一定偏差。因此 ,溫度和氣壓的差異可能淹沒在儀器本身的誤差和測量的偏差中 ,可以認為現場測試時可不考慮氣壓和溫度的影響 ,對紫外計數不進行修正。
(4)濕度的影響
濕度對紫外計數的影響比較復雜。有些情況
下 ,濕度的增加可降低電暈強度, 如:jue緣子串濕潤后表面電導增加 ,電壓分布相對來說變得均勻一些, jue緣子電暈強度有可能降低。而多數情況
,濕度的增加往往引起電暈強度的增長, 如:jue緣子表面的污穢物中的可溶物質會更多的溶于水
中 ,泄漏電流更大 ,更容易在jue緣子表面形成局部干區和發生沿面的爬電。值得注意的是, 由于污穢物成份和濕潤情況的不確定性 ,目前還沒有辦法對它進行修正,給紫外檢測的工作帶來了一定的困難。因此 ,現階段應著重紫外檢測的建檔工作, 一定數量實例的積累有助于充分認識濕度對紫外計數的影響。
3 實例
了解紫外檢測的影響因素后 ,進行了jue緣子常見缺陷的模擬試驗。
(1)復合jue緣子均壓環不良
均壓環對于復合jue緣子的安全運行具有重要意義。 然而由于設計、安裝、運行維護等方面的不
足 ,導致有的均壓環不能完全滿足要求,帶來了設備安全隱患
[ 3] 。
選取 1根 110 kV 復合jue緣子分別配合兩個不同的均壓環 (均壓環 a 外徑 35 cm , 管徑 2. 5 cm ,高度 10 cm , 均壓環 b 外徑 25 cm, 管徑 1. 5 cm ),進行比較試驗 ,外施電壓 65 kV,距離 11 m , 相對濕度 75%,如圖 3所示。 均壓效果良好的均壓環 a紫外計數 (51 個 m/ in)遠小于均壓環不佳的均壓環 b紫外計數 (2 812個 /m in)。 均壓環 b 的電暈發生在鋼帽部位, 產生的腐蝕作用將直接作用在端部密封上,有可能形成縫隙 ,使得外部的潮氣侵入,進一步腐蝕芯棒。 均壓效果不佳的原因是設計結構不合理和尺寸偏小。與之類似,
紫外檢測儀還可有效發現均壓環安裝錯誤、漏裝、破損等類似缺陷。
(2)復合jue緣子芯棒護套破損
值得注意的是, 由于污穢物成份和濕潤情況的不確定性 ,目前還沒有辦法對它進行修正,給紫外檢測的工作帶來了一定的困難。因此 ,現階段應著重紫外檢測的建檔工作, 一定數量實例的積累有助于充分認識濕度對紫外計數的影響。
3 實例
了解紫外檢測的影響因素后 ,進行了jue緣子常見缺陷的模擬試驗。
(1)復合jue緣子均壓環不良
均壓環對于復合jue緣子的安全運行具有重要意義。 然而由于設計、安裝、運行維護等方面的不
足 ,導致有的均壓環不能完全滿足要求,帶來了設備安全隱患
[ 3] 。
選取 1根 110 kV 復合jue緣子分別配合兩個不同的均壓環 (均壓環 a 外徑 35 cm , 管徑 2. 5 cm ,高度 10 cm , 均壓環 b 外徑 25 cm, 管徑 1. 5 cm ),進行比較試驗 ,外施電壓 65 kV,距離 11 m , 相對濕度 75%,如圖 3所示。 均壓效果良好的均壓環 a紫外計數 (51 個 m/ in)遠小于均壓環不佳的均壓環 b紫外計數 (2 812個 /m in)。 均壓環 b 的電暈發生在鋼帽部位, 產生的腐蝕作用將直接作用在端部密封上,有可能形成縫隙 ,使得外部的潮氣侵入,進一步腐蝕芯棒。 均壓效果不佳的原因是設計結構不合理和尺寸偏小。與之類似,
紫外檢測儀還可有效發現均壓環安裝錯誤、漏裝、破損等類似缺陷。
(2)復合jue緣子芯棒護套破損
圖 3 均壓環不同效果的對比
圖 3 均壓環不同效果的對比
圖 5 憎水性優劣的對比
(4)jue緣子污穢
瓷或玻璃jue緣子運行中表面不可避免的受到污染。 在潮濕的天氣情況下, 污穢jue緣子表面受潮濕潤, 泄漏電流增大, 易發生表面爬電 ,情況嚴重的可能造成污閃事故。
采用固體層法模擬jue緣子不同下表面鹽密條件下污穢情況 , 上表面鹽密為 0. 01 m g /cm
2 ,
下表面鹽密分別為 0. 05、 0. 1、 0. 15 和 0. 2 m g /cm
2 ,選取 CA825鐘罩型jue緣子, 一串 8片 ,
外施電壓 70 ～ 85 kV, 距離 10 m , 相對濕度大于
100%。 試驗結果如圖 6和表 2所示 。外施電壓達到 70 kV 后 , jue緣子串上均能發現有位于不同位置的明顯爬電 , 且隨著外施電壓的增高 ,紫外計數也增大 , 有時出現發生位置的變化。 試驗過程中爬電發生的位置多為jue緣子的上表面 , 這主要是因為下表面污穢溶解于水后滴落于上表面 ,在泄漏電流的作用下jue緣子上表面形成局部干區。
表 2 不同電壓及鹽密條件下的紫外計數值
個 /m in
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鹽密 |
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電壓 /kV |
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cm - 2 |
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m/ g |
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70 |
75 |
80 |
85 |
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0. |
05 |
985 |
1 234 |
1 566 |
1 608 |
|
0. |
1 |
1 307 |
1 608 |
2 007 |
2 113 |
|
0. |
15 |
1 209 |
1 469 |
1 787 |
2 304 |
|
0. |
2 |
1 413 |
1 534 |
2 246 |
2 643 |
由表 2可見 ,爬電強度一般隨外施電壓的增加而增加,同等電壓下鹽密大的jue緣子的強度一般大于鹽密小的jue緣子, 但由于污穢潤濕的不確定性, 有時也會出現不同的情況 ,這主要是因為潤濕的程度不同和涂層不完全均勻所致。與憎水性缺陷的檢測相似 ,目前根據jue緣子的爬電狀況只能給出污穢程度簡單的定性判斷 , 還不能直接根據電暈 (爬電 )強度的數值判斷污穢的具體情況。若由此深入研究污穢、潤濕和紫外計數之間的關系 ,有可能從一個新的角度為jue緣子的狀態清掃
提供參考。
(5)瓷jue緣子零值
由于瓷、水泥、鋼等散熱膨脹系數各不相同,當jue緣子受冷熱變化時,瓷件受到較大的應力 ,jue緣子易開裂或被擊穿而形成低值或零值。
試驗室模擬了瓷jue緣子零值的情況,jue緣子為
XW P10型雙傘jue緣子 ,上表面鹽密 0. 05 m g /cm
2 ,
下表面鹽密 0. 1 m g /cm
2 ,jue緣子串含 7片正常jue緣子和 1片零值jue緣子, 零值位于從高壓側數第 3 片。外施電壓 90 kV,距離 10 m,相對濕度 80%,溫度 24 ℃,試驗結果:第 1、2、4片表面均出現明顯電暈 ,而零值的第 3片沒有明顯電暈,如圖 7所示。
根據jue緣子串電壓分布規律,第 3片jue緣子所承受的電壓應與鄰近jue緣子相仿, 在相似的條件下 ,圖 7中的第 3片jue緣子表面也應出現明顯的電暈。如若不然, 只能是承受的電壓發生了變化,這往往表明jue緣子串中含有低值或零值的jue緣子。相關試驗表明利用紫外成像技術檢測零值jue緣子需要相對濕度和表面污穢的條件進行配合。
4 結語
紫外成像作為一種新的技術手段, 可以在jue緣子多種缺陷和故障的檢測中發揮積極作用。 雖然目前該項技術還不夠成熟, 但因其具有簡單高效、直觀形象、且不影響設備運行、安全方便的諸多優點 ,值得推廣應用和深入研究。
