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(shù)字信號芯片相結(jié)合, 研制開發(fā)出用于日間檢測電暈等微弱放電現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)象的光譜分析表明這些放電現(xiàn)象都會產(chǎn)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(qū) ,在此波長范圍內(nèi)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(jīng)過紫外光濾鏡后 , 只保留其中的紫外部分 ,經(jīng)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(jiān)測的影響因素
紫外計數(shù)為紫外電暈檢測儀 1 m in內(nèi)測得的紫外光子數(shù) ,可作為電暈活動強度的表示。 而紫外計數(shù)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(jié)果的影響。
(1)距離的影響
理想條件下 ,均勻介質(zhì)中的點光源所發(fā)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(shù)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(shù)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(shù)和平均值,結(jié)果如表 1所示。
由表 1可知, 盡管電暈的發(fā)生有一定的分散性 ,但多次計數(shù)的分散性不大, 單次計數(shù)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(shù)穩(wěn)定后的一次數(shù)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(shù)與距離的關系 |
個 /m in |
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距離 /m |
8次計數(shù)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(shù)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(shù)和距離平方的關系
(2)增益的影響
紫外光譜在電暈所發(fā)出的光譜中所占比例較小 ,且經(jīng)過光學系統(tǒng)傳輸損耗 ,**終到達 CCD 板的紫外光子數(shù)大為減少, 僅約為鏡頭接受到總數(shù)量的 3%。為提高儀器的靈敏性 , 儀器內(nèi)部對進入光學系統(tǒng)的紫外光子進行增益處理 ,這直接改變了紫外計數(shù)的具體數(shù)值, 也就影響到對電暈強度的評價。
試驗室內(nèi)模擬了一個點電暈源, 記錄不同增益下的儀器紫外計數(shù) ,結(jié)果如圖 2所示。
圖 2 紫外計數(shù)與增益的關系
紫外計數(shù)與增益間關系的了解有助于儀器的
實際應用,在紫外計數(shù)小于 200的情況下, 一般可選擇高的增益 (大于 150),以便發(fā)現(xiàn)較弱的電暈源 ;紫外計數(shù)大于 200小于 5 000時, 一般可在 90 ～ 150區(qū)間選取增益 ,方便進行比較;紫外計數(shù)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(shù)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(shù)要比低氣壓、高溫度條件下的紫外計數(shù)低。
根據(jù)*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(tài)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(tài)下空氣的壓力 101. 3 kPa 和溫度 20 ℃;
m、n———小于 1的修正系數(shù)。
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(tǒng)傳輸效率、CCD靈敏性等部件的差異 ,不同儀器之間的計數(shù)存在
±20%的誤差 , 同一儀器的計數(shù)存在 ±3%的誤差 ,且現(xiàn)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(xiàn)場測試時可不考慮氣壓和溫度的影響 ,對紫外計數(shù)不進行修正。
(4)濕度的影響
濕度對紫外計數(shù)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(shù)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(zhì)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(qū)和發(fā)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(xiàn)階段應著重紫外檢測的建檔工作, 一定數(shù)量實例的積累有助于充分認識濕度對紫外計數(shù)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(huán)不良
均壓環(huán)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(huán)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(huán) (均壓環(huán) a 外徑 35 cm , 管徑 2. 5 cm ,高度 10 cm , 均壓環(huán) 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(huán) a紫外計數(shù) (51 個 m/ in)遠小于均壓環(huán)不佳的均壓環(huán) b紫外計數(shù) (2 812個 /m in)。 均壓環(huán) b 的電暈發(fā)生在鋼帽部位, 產(chǎn)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(jié)構(gòu)不合理和尺寸偏小。與之類似,
紫外檢測儀還可有效發(fā)現(xiàn)均壓環(huán)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(xiàn)階段應著重紫外檢測的建檔工作, 一定數(shù)量實例的積累有助于充分認識濕度對紫外計數(shù)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(huán)不良
均壓環(huán)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(huán)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(huán) (均壓環(huán) a 外徑 35 cm , 管徑 2. 5 cm ,高度 10 cm , 均壓環(huán) 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(huán) a紫外計數(shù) (51 個 m/ in)遠小于均壓環(huán)不佳的均壓環(huán) b紫外計數(shù) (2 812個 /m in)。 均壓環(huán) b 的電暈發(fā)生在鋼帽部位, 產(chǎn)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(jié)構(gòu)不合理和尺寸偏小。與之類似,
紫外檢測儀還可有效發(fā)現(xiàn)均壓環(huán)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(huán)不同效果的對比
圖 3 均壓環(huán)不同效果的對比
圖 5 憎水性優(yōu)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(fā)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(jié)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(fā)現(xiàn)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(shù)也增大 , 有時出現(xiàn)發(fā)生位置的變化。 試驗過程中爬電發(fā)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(qū)。
表 2 不同電壓及鹽密條件下的紫外計數(shù)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 |
|
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(xiàn)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(jù)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(jù)電暈 (爬電 )強度的數(shù)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(shù)之間的關系 ,有可能從一個新的角度為jue緣子的狀態(tài)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(shù)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(cè)數(shù)第 3 片。外施電壓 90 kV,距離 10 m,相對濕度 80%,溫度 24 ℃,試驗結(jié)果:第 1、2、4片表面均出現(xiàn)明顯電暈 ,而零值的第 3片沒有明顯電暈,如圖 7所示。
根據(jù)jue緣子串電壓分布規(guī)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(xiàn)明顯的電暈。如若不然, 只能是承受的電壓發(fā)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(jié)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(fā)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(yōu)點 ,值得推廣應用和深入研究。
