紫外电晕检测仪检测线路绝缘子的模拟试验

第33卷　第6期2005年6月华东电力East China Electric PowerVol.33　No.6Jun　2005紫外电晕检测仪检测线路绝缘子的模拟试验傅晨钊1,周建国2,肖　嵘1,李　颖1(1.华东电力试验研究院,上海　200437;2.华东电网有限公司,上海　200002)摘　要:阐述了一种新型紫外电晕检测仪的工作原理,分析了距离、仪器增益、气压、温度、湿度等因素对紫外检测的影响,最后进行了多项绝缘子常见缺陷的模拟试验,结果表明利用紫外检测可有效的发现一些绝缘子缺陷,值得推广使用和深入研究。

关键词:输电线路;绝缘子;检测中图分类号:T M216 文献标识码:B 文章编号:100129529(2005)0620050204S i m ul a ti on exper i m en ts of UV corona detectors for m on itor i n g of li n e i n sul a torsFU Chen2zhao1,ZHOU J ian2guo2,X I AO Rong1,L I Ying1(1,East China Electric Power Test&Research I nstitute,Shanghai200437,China;2.East China Power Grid Co.,L td.,Shanghai200002,China)Abstract:The working p rinci p le of a novel UV cor ona detect or is described,and the influences of distance,instru2 ment gain,p ressure,te mperature and hu m idity on the UV monit oring are analyzed.The si m ulati on experi m ents on the frequently occurred faults of insulat ors were carried out,showing that the UV monit oring can be used for effective2 ly finding out s ome defects of insulat ors,and p r oving that the UV monit oring is worthy popularizing and further study. Key words:trans m issi on line;insulat or;detecti on 20世纪90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,研制开发出用于日间检测电晕等微弱放电现象的紫外电晕检测仪,为绝缘子实时检测提供了新的思路[1]。

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检测工作。

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这些放电现象都会产生不同波长的紫外光,波长范围230～405n m,其中240～280n m的光谱段称为太阳盲区,在此波长范围内由太阳传输来的紫外光份量极低。

紫外电晕检测仪首先利用分光镜将输入的光线分离成两部分。

其中一部分形成可见光影像,而另一部分经过紫外光滤镜后,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。

2　紫外监测的影响因素紫外计数为紫外电晕检测仪1m in内测得的紫外光子数,可作为电晕活动强度的表示。

而紫外计数与距离、仪器增益、气压、温度、湿度等因素密切相关。

因此,必须明确这些因素对紫外检测结果的影响。

(1)距离的影响理想条件下,均匀介质中的点光源所发射光波的强度与距离的平方成反比[2]。

然而,超出一定距离就无法进行电晕检测等许多情况表明,紫外计数和距离平方成反比关系的推断并不适合实际工作,这主要因为前提的理想条件不能满足,且镜头所处球面的球心与电晕源并不重合。

为了解距离对计数的影响情况,模拟了一个点电晕源,记录不同距离下的紫外计数和平均值,结果如表1所示。

由表1可知,尽管电晕的发生有一定的分散性,但多次计数的分散性不大,单次计数和平均值相差很小,判别均小于3%。

这表明进行检测时可采用计数稳定后的一次数值作为电晕强度的表示。

傅晨钊,等　紫外电晕检测仪检测线路绝缘子的模拟试验51(总408)表1　紫外计数与距离的关系个/m in 距离/m8次计数范围平均值4.93622～383637476.33379～354034087.72955～312930549.12915～3129300810.52554～2714261711.92440～2521249513.31898～2015199514.71744～1817179516.11201～1249122917.5934～96795018.9645～668669 通过比较不同拟和曲线,以距离平方为参量的一次线性式,可以很好地反映距离与紫外计数间的变化关系,同时符合一定距离外无法检测出电晕的实际情况,如图1所示。

拟和曲线建立后,比较不同距离条件下的电晕强度时可进行一定的强度修正。

图1　紫外计数和距离平方的关系 (2)增益的影响紫外光谱在电晕所发出的光谱中所占比例较小,且经过光学系统传输损耗,最终到达CCD 板的紫外光子数大为减少,仅约为镜头接受到总数量的3%。

为提高仪器的灵敏性,仪器内部对进入光学系统的紫外光子进行增益处理,这直接改变了紫外计数的具体数值,也就影响到对电晕强度的评价。

试验室内模拟了一个点电晕源,记录不同增益下的仪器紫外计数,结果如图2所示。

图2　紫外计数与增益的关系 紫外计数与增益间关系的了解有助于仪器的实际应用,在紫外计数小于200的情况下,一般可选择高的增益(大于150),以便发现较弱的电晕源;紫外计数大于200小于5000时,一般可在90～150区间选取增益,方便进行比较;紫外计数大于5000时,选取小的增益(小于80),以便避免紫外图像相互叠加,以便准确定位电晕源。

(3)气压和温度的影响气压和温度的变化可以改变空气密度,影响电离过程,进而影响到紫外计数的大小。

一般而言,在其它条件相同的情况下,高气压、温度低条件下的紫外计数要比低气压、高温度条件下的紫外计数低。

根据国标G B311283《高压输变电设备的绝缘配合》和G B775279《绝缘子试验方法》,大气状态不同时,外绝缘的放电电压(空气间隙的击穿或空气中沿固体绝缘表面的闪络)进行校正,其中空气密度校正因子K d 为:K d =pp 0m273+t 0273+tn(1)式中　p ———试验条件下的空气压力,kPa;t ———试验条件下的空气温度,℃;p 0、t 0———标准状态下空气的压力101.3kPa 和温度20℃;m 、n ———小于1的修正系数。

假定t 0为0℃和40℃、p 0为90kPa 和110kPa 分别进行计算,K d 均位于(0.9,1.1)之间。

而检测仪由于紫外滤镜、光学系统传输效率、CCD 灵敏性等部件的差异,不同仪器之间的计数存在±20%的误差,同一仪器的计数存在±3%的误差,且现场检测时观测角度等因素的不同也会带来一定偏差。

因此,温度和气压的差异可能淹没在仪器本身的误差和测量的偏差中,可以认为现场测试时可不考虑气压和温度的影响,对紫外计数不进行修正。

(4)湿度的影响湿度对紫外计数的影响比较复杂。

有些情况下,湿度的增加可降低电晕强度,如:绝缘子串湿润后表面电导增加,电压分布相对来说变得均匀一些,绝缘子电晕强度有可能降低。

而多数情况下,湿度的增加往往引起电晕强度的增长,如:绝缘子表面的污秽物中的可溶物质会更多的溶于水中,泄漏电流更大,更容易在绝缘子表面形成局部干区和发生沿面的爬电。

52(总409)华东电力2005,33(6)值得注意的是,由于污秽物成份和湿润情况的不确定性,目前还没有办法对它进行修正,给紫外检测的工作带来了一定的困难。

因此,现阶段应着重紫外检测的建档工作,一定数量实例的积累有助于充分认识湿度对紫外计数的影响。

3　实例了解紫外检测的影响因素后,进行了绝缘子常见缺陷的模拟试验。

(1)复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,带来了设备安全隐患[3]。

选取1根110kV 复合绝缘子分别配合两个不同的均压环(均压环a 外径35c m ,管径2.5c m ,高度10c m ,均压环b 外径25c m ,管径1.5c m ),进行比较试验,外施电压65kV,距离11m,图3　均压环不同效果的对比相对湿度75%,如图3所示。

均压效果良好的均压环a 紫外计数(51个/m in )远小于均压环不佳的均压环b 紫外计数(2812个/m in )。

均压环b 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)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1根35k V 复合绝缘子,外施电压21k V,距离5m,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明显电晕,后者条件下紫外计数为6611个/m in,如图4所示。

图4　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度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,憎水性下降,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检测结果,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。

(3)复合绝缘子憎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憎水性的部分丧失。

在污湿环境下,泄漏电流增大,可能形成“老化—泄漏电流增大—加速老化”的恶性循环。

采用固体层法[4]模拟憎水性下降的情况,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1根35k V 复合绝缘子,外施电压21kV 。