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紫外成像儀的工作原理及應(yīng)用

      紫外成像技術(shù)提供了一種全新的預(yù)知性檢修方法,近年來在國外電力行業(yè)中應(yīng)用日益廣泛,但在我國還剛剛起步。
  目前我國利用儀器檢查高壓設(shè)備放電情況的技術(shù),比較先進(jìn)有利用超聲波檢查、利用紅外熱像儀檢查等。超聲波檢查的原理是接收放電時發(fā)出的超聲波,將其轉(zhuǎn)換為人類可聽見的聲音,再根據(jù)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(zhǔn)確定位距離較遠(yuǎn)的放電點,定量分析也十分困難;另外,還可用紅外熱像儀檢查放電積累或者漏電流引起的溫升,國內(nèi)有很多專家深入探討了溫升與設(shè)備損壞程度之間的關(guān)系,但這畢竟是一種間接檢查放電的方法。相比之下,利用紫外成像技術(shù)可以直接觀察放電情況,使得現(xiàn)場人員能迅速準(zhǔn)確定位放電點,并可通過所記錄的動態(tài)錄像來分析放電的危害程度。
  在高壓設(shè)備電離放電時,根據(jù)電場強度(或高壓差)的不同,會產(chǎn)生電暈、閃絡(luò)或電弧。電離過程中,空氣中的電子不斷獲得和釋放能量。當(dāng)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(shù),就是利用特殊的儀器接收放電產(chǎn)生的紫外線信號,經(jīng)處理后成像并與可見光圖像疊加,達(dá)到確定電暈的位置和強度的目的,從而為進(jìn)一步評價設(shè)備的運行情況提供依據(jù)。紫外線的波長范圍是 40~400nm (,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 300nm 以上,低于 300nm 的波長區(qū)間被稱為太陽盲區(qū)。 
  空氣的主要成分是氮氣,而氮氣電離時產(chǎn)生紫外線的光譜大部分處于波長 280~400nm 的區(qū)域內(nèi),只有一小部分波長小于 280nm 。小于 280nm 的紫外線處于太陽盲區(qū)內(nèi),若能探測到,只可能是來自地球上的輻射。*新一代紫外成像儀 TD90 ,其原理就是利用這一段太陽盲區(qū),通過安裝特殊的濾鏡,使儀器工作在紫外波長 240~280nm 之間,從而在白天也能觀測電暈。 
  由于電暈一般在正弦波的波峰或波谷產(chǎn)生,且高壓設(shè)備的電暈在放電初期總是不連續(xù)、瞬間即逝的,紫外成像儀根據(jù)電暈的這個特性,在觀測電暈時,有兩種模式供選擇。一種是活動模式(圖五),實時觀察設(shè)備的放電情況,并實時顯示一個與一定區(qū)域內(nèi)紫外線光子總量成比例關(guān)系的數(shù)值,便于定量分析和比較分析。另一種是集成模式,將一定時間區(qū)域內(nèi)(該區(qū)域長短可調(diào))的紫外線光子顯示并保留在屏幕上,按照先進(jìn)先出( FIFO )和動態(tài)平均的算法實時更新。該模式下若正確調(diào)節(jié)儀器,可清楚地看到設(shè)備放電區(qū)域的形狀和大小3 應(yīng)用 
  凡是有外部放電的地方都能用儀器觀察得到電暈,這意味著該技術(shù)在高壓帶電檢查領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。我們在一些絕緣子廠、變電站、中試所進(jìn)行了現(xiàn)場試驗,根據(jù)我們的試驗情況,大致歸納了以下幾個方面的應(yīng)用: 
   3 . 1 導(dǎo)線架線時拖傷、運行過程中外部損傷(例如人為用石頭砸傷)、斷股、散股檢查導(dǎo)線表面或內(nèi)部變形都可能導(dǎo)致其附近電場強度變強,在滿足條件時會產(chǎn)生電暈。這種電暈用人工方式難以判斷,但用紫外成像技術(shù)可輕松檢查到。這對于日常巡查和檢驗工程質(zhì)量很有意義。 
   3 . 2 檢查高壓設(shè)備的污染程度。污染物通常表面粗糙,在一定電壓條件下會產(chǎn)生放電。導(dǎo)線的污染程度、絕緣子上污染物的分布情況等,都可利用該技術(shù)有效地進(jìn)行分析。若配合使用高倍望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察,可為制定科學(xué)的檢修計劃、防止污閃和爬電的發(fā)生提供有力的參考依據(jù)。 
   3 . 3 運行中絕緣子的劣化。劣化絕緣子產(chǎn)生電暈有多種原因,劣化積污導(dǎo)致鹽密過大,在一定條件下會產(chǎn)生放電,本身劣化也會放電,劣化、鹽密與放電之間的具體關(guān)系有待于進(jìn)一步研究。還有絕緣子在什么情況下會觀察到放電,觀察到放電究竟意味著什么,也有待國內(nèi)有關(guān)專家深入探討。但有一點可以肯定,利用紫外成像技術(shù)在一定靈敏度、一定距離內(nèi)可觀察到放電,使得對劣化的絕緣子進(jìn)行定位、定量的測量并評估其危害性成為可能,這在以前是非常困難的。 
   3 . 4 高壓產(chǎn)品的絕緣缺陷檢查。在對試驗品進(jìn)行電氣耐壓試驗時用紫外成像儀進(jìn)行觀察,若在試驗時發(fā)生閃絡(luò),則應(yīng)根據(jù)電力產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)形狀、使用情況以及其它同類產(chǎn)品的測試結(jié)果來綜合評估是不是絕緣缺陷、缺陷的嚴(yán)重程度等。另外,紫外成像的檢查結(jié)果可為電力產(chǎn)品的絕緣診斷與壽命預(yù)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、評估,甚至形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 
   3 . 5 高壓變電站及線路的整體維護(hù)。由于我國氣候濕潤,加上近年工業(yè)化進(jìn)程加快,環(huán)保力度不夠,一般大城市高壓變電站內(nèi)放電點隨處可見。傳統(tǒng)的放電異常判別方法有聽聲音和夜間觀察放電等。由于很多設(shè)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因素和主觀因素,且受偵測距離的限制,通常不能作為判斷的充分依據(jù)。當(dāng)絕緣設(shè)備放電到了夜間可看到可見光的時候,已經(jīng)是十分嚴(yán)重了,很多事故正是在絕緣設(shè)備未見可見光放電的情況下突然閃絡(luò)擊穿引起的。應(yīng)用紫外成像技術(shù),可以在地面或直升機上**掃描變電站和線路上的設(shè)備,并根據(jù)經(jīng)驗判斷哪些電暈是正常的,哪些是不正常的,動態(tài)監(jiān)督異?,F(xiàn)象的發(fā)展速度,為采取合理的維護(hù)措施提供可靠的依據(jù)。 
   3 . 6 尋找無線電干擾源。高壓設(shè)備的放電會產(chǎn)生強大的無線電干擾,影響到附近的通訊、電視信號的接收等,使用紫外成像技術(shù)可迅速找到無線電干擾源。 
  實踐證明,紫外成像技術(shù)能有效、直觀地觀測到高壓設(shè)備放電的情況,為帶電檢查提供了新的強大的診斷手段,且發(fā)展到了可在白天進(jìn)行檢查的水平。紫外成像技術(shù)與紅外成像技術(shù)是互補關(guān)系,紫外檢查放電異常,紅外檢查發(fā)熱異常,原理完全不同,各自具有不可互替的優(yōu)點,檢查目的、應(yīng)用方法也各具特性??梢灶A(yù)見,這兩項技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,將會大大增強高壓設(shè)備故障點的**檢查能力,也為高壓產(chǎn)品的可靠性研究提供了綜合手段。紫外成像技術(shù)在高壓設(shè)備帶電檢查中的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止本文提到的六個方面,還有更多的應(yīng)用空間有待拓展。

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