紫外成像理论及在电力带电检测中的应用

关于紫外成像理论及在电力带电检测中的应用第1页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三内容安排紫外成像的原理紫外技术的发展紫外成像仪的主要功能紫外成像仪的应用提问与交流第2页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第3页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第4页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第5页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第6页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三一、紫外成像的原理日常生活中可发出紫外线的物体或现象：太阳火焰电焊闪电放电……这些现象有什么共同点？发光？发热？燃烧？都有一个其他能量激烈地转换成光能的过程第7页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三太阳发出各种波长的紫外线臭氧层吸收波长为240-280纳米的紫外线这个波段被称为太阳盲区（SolarBlind）地面上的紫外源发出各种波长的紫外线CoroCAMIV+/504只接收240-280纳米的紫外线第8页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

在高压设备电离放电时，根据电场强度（或高压差）的不同，会产生电晕、闪络或电弧。电离过程中，空气中的电子不断获得和释放能量。当电子释放能量即放电时，会辐射出光波和声波，还有臭氧、紫外线、微量的硝酸等。紫外成像技术，就是利用特殊的仪器接收放电产生的紫外线信号，经处理后成像并与可见光图像叠加，达到确定电晕的位置和强度的目的，从而为进一步评价设备的运行情况提供依据。第9页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

最新的紫外成像仪利用紫外线束分离器将输入的影像分离成两个部分。它用盲光滤光器过滤掉太阳光，并将第一部分的影像传送到一个影像放大器上，因为电晕放电会发射出230-405nm范围内的紫外线，而紫外光滤波器的工作范围为240-280nm，这个比较窄的波长范围内产生的影像信号也比较微弱（因为电晕信号只包括很少的光子），因此影像放大器的工作是将微弱的影像信号变成可视的影像。因没有太阳光辐射的影响，可以得到高清晰的图像。影像放大器将紫外光影像发送到一个装有CCD装置的照相机中，而同时被探测目标的影响被发送到第二台标准的视频照相机内，特殊的影像处理工艺将两个影像叠加起来，最后生成显示绝缘子，导线或其它输电线路元件及其电晕的图像。第10页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三CoroCAM紫外成像仪观察放电的成像原理1、高压放电（电离）过程中会产生紫外线2、紫外通道：紫外线探测器接收紫外线并成像3、可见光通道与紫外通道叠加，两个通道视场角一致紫外线可见光光学上分成两路TVCameraUVDetector视频叠加最后得到紫外图像第11页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三二.紫外技术的发展

世界上的紫外成像仪初步可以分为三代产品：第一代紫外成像仪结构比较简单，仪器内部有宽带通滤波器，可接收较宽波段的紫外线，成像后与可见光叠加。由于工作波段没有避开太阳盲区波段（SolarBlind），所以仪器不能在阳光下进行操作，主要用于在夜间、阴天或者室内检测高压设备的电气放电。这代产品以南非CoroCAMI和俄罗斯的菲林-6为典型代表。第12页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三CoroCAMI紫外成像仪与紫外图像第13页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

第二代紫外成像仪采用了窄带通紫外滤波技术，通过紫外滤波，使仪器只工作在240-280nm的太阳盲区波段。由于该波段避开了阳光的干扰，仪器可以直接在强太阳光下正常操作，实现了白天户外检测，更加适合于现场应用，用户也更广泛。这一代产品主要是CoroCAMIV+和以色列的Daycor2，它具有初步的紫外图像数字处理功能，仪器观测分为“活动”与“集成”两种模式，在集成模式下，通过调节参数可滤除部分地面紫外源的干扰。第14页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三CoroCAMIV+紫外成像仪与紫外图像第15页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第三代紫外成像仪主要指CoroCAM504，它在第二代的基础上进行了较大改进，主要有：针对紫外图像通道增加了参数可调节的数字积分滤波器，操作者通过调节积分参数，可有效避开来自地面的紫外线干扰，显现设备放电点；同时保留了太阳盲区工作波段和全紫外工作波段，具有NightView菜单，可在两种波段范围之间进行切换，使得仪器具有第一代和第二代紫外成像仪的主要特征。第16页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三CoroCAM504紫外成像仪与紫外图像第17页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

由于电晕一般在正弦波的波峰或波谷产生，且高压设备的电晕在放电初期总是不连续、瞬间即逝的，紫外成像仪根据电晕的这个特性，在观测电晕时，有两种模式供选择。三、紫外成像仪的功能第18页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

一种是活动模式，实时观察设备的放电情况，并实时显示一个与一定区域内紫外线光子总量成比例关系的数值，便于定量分析和比较分析。另一种是集成模式，将一定时间区域内（该区域长短可调）的紫外线光子显示并保留在屏幕上，按照先进先出（FIFO）和动态平均的算法实时更新。该模式下若正确调节仪器，可清楚地看到设备放电区域的形状和大小。第19页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三CoroCAMIV+仪器有两种模式对紫外线进行成像:活动模式（live+count）：实时显示目标放电的情况，可进行增益调节。第20页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三集成模式（intergrate）：采用“先进先出”（FIFO）的算法，对一定时间段内的紫外图像进行处理。该算法可对紫外线干扰进行衰减。使用者可进行增益和集成时间长短的调节。集成模式需要用到三角架。若干帧图像的紫外信号新的图像老的图像第21页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三仪器的其他主要功能紫外通道的焦距可调紫外图像的颜色可调可将远处目标用可见光拉近

第22页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三四、紫外成像仪的应用

紫外成像仪虽然原理和功能都很简单，但应用却相当广泛，也比较复杂，有以下特点。1、任何高压设备，只要有一定强度的放电，就能用紫外成像仪看得到。2、高压设备产生放电，有的是正常的，有的虽然不正常，但是几乎不影响系统的正常运行。3、根据放电异常来判断设备故障，缺乏明确的经验、标准和理论依据，目前很多客户正在这方面努力。第23页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三根据仪器的应用情况来看，客户已经普遍接受红外热像仪，很容易用红外的标准来衡量紫外仪器的功能和用途。实际上，这两种仪器检测的角度完全不同，方法也需要有所不同。红外：电流通过电阻引起设备本身发热，不一定有放电紫外：设备耐受电压时局部电场强度过大，空气电离放电，不一定有发热。第24页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三所以，紫外应用过程中，应该发挥仪器的长处，重点放在以下几个方面：1、放电的位置2、各种同类设备放电情况的对比3、同一设备不同条件（时间、天气、电压等）的对比4、关注整个放电的过程第25页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三几类典型的应用介绍1、导线散股、断股、损伤、污染、毛刺均压环损伤、污染、毛刺第26页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第27页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第28页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

导线架线时拖伤、运行过程中外部损伤（例如人为用石头砸伤）、断股、散股检测。导线表面或内部变形都可能导致其附近电场强度变强，在满足条件时会产生电晕。这种电晕用人工方式难以判断，但用紫外成像技术可轻松检测到。这对于日常巡查和检验工程质量很有意义。

第29页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三2、绝缘子裂纹、劣化、污染第30页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第31页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第32页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第33页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

劣化绝缘子产生电晕有多种原因，劣化积污导致盐密过大，在一定条件下会产生放电，本身劣化也会放电，劣化、盐密与放电之间的具体关系有待于进一步研究。还有绝缘子在什么情况下会观察到放电，观察到放电究竟意味着什么，也有待国内有关专家深入探讨。但有一点可以肯定，利用紫外成像技术在一定灵敏度、一定距离内可观察到放电，使得对劣化的绝缘子进行定位、定量的测量并评估其危害性成为可能，这在以前是非常困难的。

第34页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三3、带电水冲洗（1）第35页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三3、带电水冲洗（2）第36页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三4、特高压应用第37页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第38页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第39页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三5、高原应用第40页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第41页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第42页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第43页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三6、高压产品的绝缘缺陷检测第44页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第45页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第46页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第47页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

在对试验品进行电气耐压试验时用紫外成像仪进行观察，若在试验时发生闪络，则试品肯定不合格。若观察到电晕，则应根据电力产品的材料、结构形状、使用情况以及其它同类产品的测试结果来综合评估是不是绝缘缺陷、缺陷的严重程度等。另外，紫外成像的检测结果可为电力产品的绝缘诊断与寿命预测提供大量信息，可建立综合档案资料，以便更好地诊断、分析、评估，甚至形成行业标准。第48页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三7、高压变电站及线路的整体维护第49页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第50页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第51页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第52页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三第53页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三五、紫外成像仪的使用技巧利用紫外成像仪进行设备检测包括：导线外伤探测高压设备污秽检查劣化绝缘子检查定位高压设备外绝缘缺陷检查变电站和线路的整体维护第54页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三

在设备检测时，我们利用紫外成像仪进行观测和记录。要针对不同的情况作不同的调整，才能达到更好的效果。○观测—观察设备的实时情况，建议采用活动模式，适当调节增益及阙值，使现象更明显、易于观察。通过观测，我们会发现设备发生放电一般会产生两种现象，即持续放电和间歇性放电。○保存图片—由于放电现象存在不连续性，记录图片时存在延时。为了获得更好的图片效果，建议采用集成模式，适当调整增益，阙值和滤波器。○记录录像—录像可以记录一段时间内的放电情况，建议采用活动模式，精确调整增益，阙值与紫外通道焦距，记录下设备放电的具体情况。第55页，讲稿共59页，2023年5月2日，星期三▽检测经验交流设备可能出现放电的原因：1.导线—导线散股、断股、损伤、污染、毛刺引起；导线连接处不紧密、线夹不紧。2.绝缘子—绝缘子脏污、劣化、受潮、损伤、工艺粗糙引