紫 外 成 像 檢 測 技 術

• 原理

在高壓設備電離放電時，根據(jù)電場強度（或高壓差）的不同，會產(chǎn)生電暈、閃絡或電弧。電離過程中，空氣中的電子不斷獲得和釋放能量。當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，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，達到確定電暈的位置和強度的目的，從而為進一步評價設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)。

紫外成像儀利用紫外線束分離器將輸入的影像分離成兩個部分。它用盲光濾光器過濾掉太陽光，并將一部分的影像傳送到一個影像放大器上，因為電暈放電會發(fā)射出230-405nm范圍內(nèi)的紫外線，而紫外光濾波器的工作范圍為240-280nm，這個比較窄的波長范圍內(nèi)產(chǎn)生的影像信號也比較微弱（因為電暈信號只包括很少的光子），因此影像放大器的工作是將微弱的影像信號變成可視的影像。因沒有太陽光輻射的影響，可以得到高清晰的圖像。影像放大器將紫外光影像發(fā)送到一個裝有CCD裝置的照相機中，而同時被探測目標的影響被發(fā)送到第二臺標準的視頻照相機內(nèi)，特殊的影像處理工藝 將兩個影像疊加起來，后生成顯示絕緣子，導線或其它輸電線路元件及其電暈的圖像。

由于電暈一般在正弦波的波峰或波谷產(chǎn)生，且高壓設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，實時觀察設備的放電情況，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，可清楚地看到設備放電區(qū)域的形狀和大小。

• 紫外檢測技術發(fā)展

世界上的紫外成像儀初步可以分為三代產(chǎn)品：

一代紫外成像儀結構比較簡單，儀器內(nèi)部有寬帶通濾波器，可接收較寬波段的紫外線，成像后與可見光疊加。由于工作波段沒有避開太陽盲區(qū)波段（Solar Blind），所以儀器不能在陽光下進行操作，主要用于在夜間、陰天或者室內(nèi)檢測高壓設備的電氣放電。這代產(chǎn)品以南非CoroCAM I和俄羅斯的菲林-6為典型代表。

       第二代紫外成像儀采用了窄帶通紫外濾波技術，通過紫外濾波，使儀器只工作在240-280nm的太陽盲區(qū)波段。由于該波段避開了陽光的干擾，儀器可以直接在強太陽光下正常操作，實現(xiàn)了白天戶外檢測，更加適合于現(xiàn)場應用，用戶也更廣泛。這一代產(chǎn)品主要是CoroCAM IV+和以色列的Daycor 2，它具有初步的紫外圖像數(shù)字處理功能，儀器觀測分為“活動”與“集成”兩種模式，在集成模式下，通過調(diào)節(jié)參數(shù)可濾除部分地面紫外源的干擾。

，操作者通過調(diào)節(jié)積分參數(shù)，可有效避開來自地面的紫外線干擾，顯現(xiàn)設備放電點；

1. 同時保留了太陽盲區(qū)工作波段和全紫外工作波段，具有NightView菜單，可在兩種波段范圍之間進行切換，使得儀器具有一代和二代紫外成像儀的主要特征。

在功能以及設計上，CoroCAM 504具有以下特點：

1．可以在白天、日光下（包括在強烈的陽光下）進行操作

2．主機包含電池的重量只有2.3公斤，攜帶方便

1. 手持式外型設計，單手可完成操作
2. 電暈光子活動的數(shù)量可顯示
3. 手動或全自動紫外圖像以及可見光圖像聚焦功能
4. PC卡存儲圖像，具有視頻輸出接口
5. 低照度的CCD傳感器，在光線不好的環(huán)境中也能完成檢測
6. 可通過控制器實現(xiàn)對儀器所有功能的線控（可選）
7. GPS定位系統(tǒng)疊加在圖像上顯示（可選

CoroCAM504的主要參數(shù)如下：

• 紫外檢測技術應用范圍

凡是有外部放電的地方都能用儀器觀察得到電暈，這意味著該技術在高壓帶電檢測領域的應用前景十分廣闊。從目前的情況看，大致有以下幾個方面的應用：

1、導線架線時拖傷、運行過程中外部損傷（例如人為用石頭砸傷）、斷股、散股檢測。導線表面或內(nèi)部變形都可能導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，但用紫外成像技術可輕松檢測到。這對于日常巡查和檢驗工程質(zhì)量很有意義。

2、檢查高壓設備的污染程度。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，都可利用該技術有效地進行分析。若配合使用高倍望遠鏡進行觀察，可為制定科學的檢修計劃、防止污閃和爬電的發(fā)生提供有力的參考依據(jù)。

3、 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系有待于進一步研究。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)有關專家深入探討。但有一點可以肯定，利用紫外成像技術在一定靈敏度、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.

    4、 高壓產(chǎn)品的絕緣缺陷檢測。在對試驗品進行電氣耐壓試驗時用紫外成像儀進行觀察，若在試驗時發(fā)生閃絡，則試品肯定不合格。若觀察到電暈，則應根據(jù)電力產(chǎn)品的材料、結構形狀、使用情況以及其它同類產(chǎn)品的測試結果來綜合評估是不是絕緣缺陷、缺陷的嚴重程度等。另外，紫外成像的檢測結果可為電力產(chǎn)品的絕緣診斷與壽命預測提供大量信息，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)標準。

5、 高壓變電站及線路的整體維護。由于我國氣候濕潤，加上近年工業(yè)化進程加快，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)。當絕緣設備放電到了夜間可看到可見光的時候，已經(jīng)是十分嚴重了，很多事故正是在絕緣設備未見可見光放電的情況下突然閃絡擊穿引起的。應用紫外成像儀，可以在地面或直升機上全面掃描變電站和線路上的設備，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，為采取合理的維護措施提供可靠的依據(jù)。

6、 尋找無線電干擾源。高壓設備的放電會產(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，使用紫外成像儀可迅速找到無線電干擾源。

• 國外紫外應用介紹

目前國內(nèi)的紫外巡檢方式主要仍然是便攜式，車載與機載比較少。而在國外，由于紫外技術起步比較早，在巡檢方式上以車載與機載為主。并且還誕生了一些專門作機載檢測的公司。紫外成像儀在其中要么作為主要的檢測手段，要么作為配合使用的檢測手段，都起到了非常大的作用。下面為幾個主要的應用：

1. 直升飛機巡線

目前，直升飛機巡線可以進行下列一些內(nèi)容：在機上通過可見光，紅外熱像儀，紫外成像儀，可以及時發(fā)現(xiàn)鐵塔、金具（線夾、均壓環(huán)、間隔棒等）、導地線、劣化絕緣子、污穢絕緣子等缺陷或故障。

1. 直升飛機帶電水沖洗

直升飛機帶電水沖洗時國外線路維護的常規(guī)項目，它可以及時對污穢絕緣子進行沖洗，提高了線路的絕緣水平，防止線路工頻污閃。

在高壓輸電線路上，特別適合利用直升飛機進行帶電水沖洗。這是一種很理想的作業(yè)方式：效果好、效率高、安全性好，能及時有效地防止可能發(fā)生的污閃事故，這是一般傳統(tǒng)方法所無法勝任的工作。

帶電水沖洗使用的水，一般采用水阻為10000Ω·cm的去離子水。所用的水槍有兩種：短水槍和長水槍。短水槍主要依靠水柱的絕緣，長水槍可以穿越邊相對中相進行沖洗。水沖洗的水流量約為30L/min，噴頭水壓約為（70-100）Bar，大約相當于（71-102）kg/cm²。

1. 直升飛機帶電作業(yè)

在帶電作業(yè)工程中，紫外成像儀起到很好的監(jiān)督檢測作用。

• 國內(nèi)紫外應用實例

1. 絕緣子均壓環(huán)異常放電

例1：絕緣子缺少均壓環(huán)

例2：均壓環(huán)過小

例3：均壓環(huán)表面粗糙

1. 絕緣子異常放電

例4：表面污穢

例5：內(nèi)部缺陷

例6：帶電水沖洗

例7：受潮異常放電

1. 導線異常電暈

例8：架空線路異常放電

例9：線路終端

例10：線路金具

例11：表面粗糙

1. 其余典型電暈

例12：穿墻套管

例13：濾波器

例14：復合開關