紫外成像技術(shù)在特高壓工程中的應(yīng)用

李艷鵬，連建華，李小婧

（山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

紫外成像技術(shù)在特高壓工程中的應(yīng)用

李艷鵬，連建華，李小婧

（山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

通過介紹紫外成像技術(shù)在國內(nèi)首個(gè)1 000 kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程交接試驗(yàn)和技術(shù)監(jiān)督中的應(yīng)用情況，分析和總結(jié)了紫外成像測(cè)試過程中的影響因素。

紫外成像；特高壓；交接試驗(yàn)

0 引言

紫外成像技術(shù)是利用紫外成像儀檢測(cè)空氣放電電離產(chǎn)生的紫外線，進(jìn)而確定電暈放電的位置和強(qiáng)度的一種非電量電暈測(cè)試技術(shù)。電暈和電弧放電可能發(fā)生在輸變電系統(tǒng)的各個(gè)點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致噪聲和無線電干擾，同時(shí)表明設(shè)備存在可能引發(fā)事故的缺陷[1]。目前，隨著紫外成像儀的不斷發(fā)展，紫外成像技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備缺陷檢測(cè)、無線電干擾測(cè)試等多個(gè)方面。本文介紹了紫外成像技術(shù)在國內(nèi)首個(gè)1 000 kV特高壓交流輸電示范工程交接試驗(yàn)和運(yùn)行檢測(cè)中的應(yīng)用情況，并分析了測(cè)試過程中的影響因素。

1 紫外成像技術(shù)的原理及應(yīng)用

1.1 紫外成像技術(shù)的原理

紫外線的波長(zhǎng)范圍是40～400 nm，太陽光中也含有紫外線，但由于地球的臭氧層吸收了部分波長(zhǎng)的紫外線，實(shí)際上輻射到地面上的太陽紫外線波長(zhǎng)大都在300 nm以上，低于300 nm的波長(zhǎng)區(qū)間稱為太陽盲區(qū)。研究表明，空氣中的氮?dú)怆婋x時(shí)產(chǎn)生紫外線的光譜大部分波長(zhǎng)在280～400 nm的區(qū)域內(nèi)，只有一小部分波長(zhǎng)小于280 nm，即處于太陽盲區(qū)內(nèi)，若能探測(cè)到，就可以排除來自太陽的干擾[2]。特高壓1 000 kV長(zhǎng)治站使用以色列OFIL公司研究開發(fā)的全日用紫外儀，原理就是使儀器工作在這一段太陽盲區(qū)，從而，實(shí)現(xiàn)在白天也能觀測(cè)電暈放電。以色列OFIL生產(chǎn)的DaycoⅡ型的紫外成像儀設(shè)置可見光和紫外光兩個(gè)通道，分別生成紫外光點(diǎn)圖像和可見光背景圖像，兩者結(jié)合得到電暈放電的定位圖像。

1.2 紫外成像技術(shù)在特高壓變壓器ACLD試驗(yàn)中的應(yīng)用

特高壓1 000 kV長(zhǎng)治變電站主變壓器是目前我國電壓等級(jí)最高、容量最大的電力變壓器。山西電力科學(xué)研究院承擔(dān)了1 000 kV變壓器的特殊試驗(yàn)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)。其中，變壓器的長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)電壓帶局部放電測(cè)量試驗(yàn)（ACLD）是所有試驗(yàn)中難度最大，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求最高的試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要存在以下難點(diǎn)。

a）試驗(yàn)電壓髙，測(cè)試要求局放量小。標(biāo)準(zhǔn)要求變壓器高壓側(cè)在825.6 kV超高電壓下連續(xù)視在放電量不大于100 pC，這就要求整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)具有很高的背景控制水平。

b）整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)龐大復(fù)雜，外部干擾點(diǎn)多。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組、勵(lì)磁變壓器、補(bǔ)償電抗器等大型設(shè)備、被試品、接地線等都容易引起或耦合入干擾。

c）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件差，易影響測(cè)試。長(zhǎng)治站地處山西省東南部，氣候濕度大，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜，各個(gè)單位交叉施工，局部放電試驗(yàn)一般在晚上進(jìn)行，外部條件很難控制。

這些就要求一種能有效檢測(cè)外部干擾放電的手段，為試驗(yàn)創(chuàng)造良好的條件。在試驗(yàn)中選擇紫外儀與局放儀配合使用，紫外儀能夠動(dòng)態(tài)觀測(cè)和定位外部放電點(diǎn)，很好地控制測(cè)試背景。特高壓站使用紫外成像儀對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)行全程檢測(cè)，以有效控制外部干擾。以下是紫外成像儀在變壓器ACLD試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)的問題。

a）試驗(yàn)設(shè)備整套調(diào)試期間，局放儀一直顯示有懸浮電位引起的干擾信號(hào)，用紫外儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償電抗器均壓環(huán)處有放電點(diǎn)，檢查發(fā)現(xiàn)為均壓環(huán)虛接引起的電位懸浮放電。重新接線后，干擾信號(hào)消失。

b）在進(jìn)行A相主體變壓器ACLD試驗(yàn)過程中，在測(cè)量電壓下，紫外儀檢測(cè)到高壓套管有間歇性的火花狀放電，影響局放測(cè)試。隨后對(duì)其跟蹤檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)絕緣套管濕潤到一定程度時(shí)，隨著其表面電導(dǎo)率增加，電壓分布變得相對(duì)均勻，電暈強(qiáng)度降低。濕度繼續(xù)增加后，電暈變得十分劇烈，嚴(yán)重干擾測(cè)量，見圖1。套管在18：00—22：00時(shí)間段內(nèi)不存在放電，外部干擾最小，為試驗(yàn)選擇合適的時(shí)間窗口提供了依據(jù)。

圖1 1 000 kV變壓器高壓套管電暈放電圖

c） 在B相主體變壓器ACLD試驗(yàn)過程中，在測(cè)量電壓下，局放儀檢測(cè)到有干擾放電，使局放無法測(cè)量。使用全日用電暈檢測(cè)儀（DayCorⅡ）對(duì)整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行外部電暈放電檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)變壓器中壓側(cè)均壓罩頂部有持續(xù)性火花狀放電，見圖2。停電檢查發(fā)現(xiàn)均壓帽頂部吊裝孔有毛刺，對(duì)其進(jìn)行處理后，局放儀顯示無干擾放電信號(hào)，保障了試驗(yàn)順利完成。

圖2 1 000 kV變壓器均壓帽電暈放電圖

實(shí)踐表明，紫外成像技術(shù)可以很好地對(duì)電暈放電進(jìn)行定性定位，有效控制測(cè)試背景。

1.3 紫外成像技術(shù)在特高壓投運(yùn)后的應(yīng)用

長(zhǎng)治站投運(yùn)后，山西電力科學(xué)研究院使用紫外成像儀對(duì)特高壓站內(nèi)500 kV帶電區(qū)域進(jìn)行了檢測(cè)。500 kV側(cè)有6回進(jìn)出線，其中主變間隔與長(zhǎng)晉Ⅰ回、長(zhǎng)晉Ⅱ回使用同類型的HGIS，長(zhǎng)久Ⅰ回、長(zhǎng)久Ⅱ回、長(zhǎng)久Ⅲ回使用同類型的HGIS。1號(hào)母線和2號(hào)母線均帶電，長(zhǎng)晉Ⅰ回、長(zhǎng)久Ⅱ回、長(zhǎng)久Ⅲ回帶電。本次檢測(cè)分早、中、晚三次進(jìn)行，以檢測(cè)不同外界環(huán)境下站內(nèi)一次設(shè)備的電暈情況。

此后，在1 000 kV長(zhǎng)南Ⅰ線投運(yùn)后，山西電科院作為技術(shù)監(jiān)督單位，又定期對(duì)長(zhǎng)治站1 000 kV區(qū)域進(jìn)行電暈檢測(cè)，為設(shè)備維護(hù)提供依據(jù)。

通過對(duì)觀測(cè)結(jié)果的比較和分析，發(fā)現(xiàn)1 000 kV長(zhǎng)治站內(nèi)電暈放電情況如下。

a）持續(xù)性電暈一般出現(xiàn)在導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與金具聯(lián)結(jié)處（如母線引下線、鋼芯鋁絞線與定位鋼線接觸處、母聯(lián)等），見圖3、高場(chǎng)強(qiáng)尖端處（如母線端頭、接地刀閘均壓環(huán)上的連接端部等），見圖4。

圖3 500 kV分裂導(dǎo)線電暈放電圖

圖4 500 kV接地刀閘接頭電暈放電圖

b)A型500 kV套管均壓環(huán)有明顯電暈，見圖5。B型500 kV均壓環(huán)無明顯持續(xù)電暈，見圖6。A型500 kV套管均壓環(huán)設(shè)計(jì)較小表面電場(chǎng)強(qiáng)度高而產(chǎn)生了電暈。

圖5 500 kV A型斷路器均壓環(huán)電暈放電圖

圖6 500 kV B型斷路器均壓環(huán)圖像

c)1 000 kV區(qū)域變電設(shè)備電暈放電點(diǎn)相比500 kV區(qū)域少很多。500 kV設(shè)備電暈放電見圖7，1 000 kV設(shè)備電暈放電見圖8。可以看出，1 000 kV區(qū)域均壓裝置設(shè)計(jì)更加合理。

圖7 500 kV母線與設(shè)備電暈放電圖

圖8 1 000 kV母線與設(shè)備電暈放電圖

1.4 紫外測(cè)試中的影響因素

通過總結(jié)紫外成像儀在1 000 kV長(zhǎng)治站的使用情況，可看出紫外成像測(cè)試一般應(yīng)注意以下幾個(gè)方面因素的影響。

a）外界環(huán)境的影響。陽光或燈光中的紫外線會(huì)給測(cè)試帶來干擾；風(fēng)速較大時(shí)，紫外成像儀顯示會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的大面積的紫外光點(diǎn)干擾，影響測(cè)試。測(cè)試時(shí)間宜選擇在晴朗、無風(fēng)的傍晚進(jìn)行。

b）測(cè)試位置的影響。測(cè)試距離會(huì)影響紫外光點(diǎn)計(jì)數(shù)，固定的觀測(cè)角度會(huì)遺漏放電點(diǎn)，因此，紫外測(cè)試還需能從多個(gè)角度進(jìn)行測(cè)試，保證無遺漏測(cè)點(diǎn)。

c）濕度的影響。一般來說，濕度增加，電暈強(qiáng)度會(huì)變得強(qiáng)烈。測(cè)試環(huán)境濕度不應(yīng)過大。

d）紫外儀參數(shù)設(shè)置的影響。增益和長(zhǎng)時(shí)間積累設(shè)置的較高能提高檢測(cè)靈敏度，但同時(shí)會(huì)放大背景噪聲。測(cè)試時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)試環(huán)境和測(cè)試要求合理設(shè)置。

2 結(jié)束語

在特高壓工程中的應(yīng)用表明，紫外成像技術(shù)作為一種新的檢測(cè)手段，在大型電力變壓器的局部放電試驗(yàn)中，能有效排除外部電暈放電干擾，從而保證局部放電準(zhǔn)確測(cè)量。目前，國家電網(wǎng)公司正在推行電力設(shè)備狀態(tài)檢修和建設(shè)特高壓輸變電工程，將來隨著電力設(shè)備檢修方式的升級(jí)和更高電壓等級(jí)系統(tǒng)的逐漸形成，紫外成像技術(shù)會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。

［1］ A.Phillipsetc.Guide toCoronaand Arcing Inspection ofSubstations［R］.USA:EPRI，2002:1-96.

［2］ 戴利波.紫外成像技術(shù)在高壓設(shè)備帶電檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（20）：97-98.

App lication of Ultraviolet Imagery Technology in UHV Projects

LIYan-peng，LIAN Jian-hua，LIXiao-jing
（1.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

In this paper,it introduces the application of ultraviolet（UV）imagery technology in on-site acceptance test and technology supervision of 1 000 kV UHVAC pilot project in China.The influencing factors in ultraviolet imagery detectare analyzed.

ultraviolet（UV）imagery technology；UHV；acceptance test

TM931.12+6

B

1671-0320-（2011）03-0020-04

2011-01-15，

2011-04-11

李艷鵬（1982-），男，山西高平人，2007年畢業(yè)于西南交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)工作；

連建華（1970-）， 男，山西清徐人，1999年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)電器專業(yè)，高級(jí)工程師，從事特高壓技術(shù)研究工作；

李小婧（1983-），女，山西侯馬人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)工作。