多光谱温度异常局放电故障综合测试装置的研制

王启林

海南电网有限责任公司定安供电局 海南 定安 571200

1 紫外成像仪原理

大气层中的臭氧层对200～280nm紫外辐射具有强烈的吸收作用，该波段紫外线不能

到达地球表面，称为日盲区[1]。

在高压设备电气放电时，其周围空气就会发生电离，在电离过程中，空气分子中的电子不断从电场中获得能量，当电子从激励态轨道返回原来的稳态电子能轨道时就会以电晕、闪络或火花放电等形式释放能量，并伴随有紫外辐射产生。紫外探测器接收到放电时产生的紫外线，经后端处理后成像并与可见光图像叠加，显示在紫外成像仪显示屏上，达到确定电晕的位置和强度的目的。

2 常见电晕放电部位及原因

2.1 变电设备

变电设备包括变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、耦合电容器及母线等。

主要故障原因：

（1）氧化腐蚀。由于电气设备金属长期裸露在大气中运行，长年受到日晒、雨淋、风尘结露及化学活性气体的侵蚀，造成金属表面严重锈蚀或氧化，从而造成异常放电，次中放电以电气设备均压环最为普遍[2]。

（2）安装质量差。接头紧固件未紧到位；电气设备连接部位长期遭受机械振动、抖动或在风力作用下摆动，使连接部位松动从而造成异常放电。

（3）支柱绝缘子在长期运行过程中由于瓷结构不致密、多晶体共存难免有席位的空隙布满瓷件内，在长期无规律的振动下，瓷件内微孔逐渐渗透而扩展成小裂纹，进而扩大以致开裂，造成放电。

（4）长期运行。电气设备表面氧化、吸附或者鸟粪等原因造成积污严重，局部形成尖端，易产生爬电。

（5）设计问题造成的电晕放电，最为常见的是进线部位接地端或者电气设备端部未安装均压环；均压环尺寸过小等造成放电。

（6）某些电气设备（以隔离开关为主）因自身结构特点，局部电场集中造成电晕放电。

2.2 架空输电线路

输电线路包括架空输电线路和电力电缆。架空输电线路主要由导线、避雷线、绝缘子、金具、杆塔、接地装置等组成；电力电缆主要包括电缆本体及接头[3]。

主要故障原因：

根据大量检测结果来看，高压线路的绝缘子、导线及金具缺陷较多，其中绝缘子缺陷造成的电晕放电尤为常见。造成线路类设备电晕放电的主要原因为：

（1）氧化腐蚀。导线、金具及绝缘子接触表面严重锈蚀或氧化

（2）导线接头松动、断股。导体连接部位长期遭受机械振动、抖动或在风力作用下摆动，使导体压接螺丝松动或者断股。

（3）安装质量差。接头紧固件未紧到位；线夹结构不好，导线在线夹断口受伤断股；线夹大小与导线不配套等。

（4）瓷绝缘子或者玻璃绝缘子在长期运行过程中由于瓷结构不致密、多晶体共存难免有席位的空隙布满瓷件内，在长期的无规律的导线振动（或舞动）下，由导线传递给绝缘子，使瓷件内微孔逐渐渗透而扩展成小裂纹，进而扩大以致开裂，最终造成钢脚同钢帽短路，水泥部位腐蚀等易造成放电。

（5）现在电力系统大量采用复合绝缘，长期运行过程中出现水解、严重裂化，甚至出现由于紫外线造成的粉化，绝缘子内部腐蚀造成芯棒裸露，芯棒脆断等，都是造成复合绝缘子放电的原因。

（6）设计问题造成的电晕放电，如导线均压环尺寸过小、均压环结构不合理等。

3 多光谱温度异常局放电故障综合测试装置

3.1 项目摘要

研制多光谱温度异常局部放电故障综合检测装置1套，该项目结合现场配/供电设备因故障产生的老化热损、局部放电等多种现象，通过一种装置可以同时对设备的温度以及局放现象进行采集捕捉工作，辅助现场工作人员对设备缺陷类型进行综合判断工作，提高工作效率。预期目标：通过多光谱成像原理实现对温度异常、局部放电故障综合检测工作。预期成果：研制一套完整的设备，具有实际推广价值和意义[4]。

3.2 目前存在的问题情况

电力设备故障的判断是一个综合判断的过程，设备发热现象以及局部放电现象是设备故障的表现形式，对设备温度的检测以及对放电现场的判断是工作人员在日常巡检过程中很重要的工作之一，在实际巡检过程中，部分设备虽然存在放电现象但是温度还未体现异常，如果单纯检测温度判断设备缺陷会出现遗漏现象，反之部分设备虽然存在温度异常，但是未出现局部放电现象，如果单纯检测放电判断设备缺陷也会出现遗漏现场。如果能够在一次巡检过程中能够同时对同一设备进行设备温度以及放电现象进行检测，便可以大大提高工作效率和容错率。

3.3 项目采用的技术原理

多光谱成像原理，不同的波段光谱在检测功能上有不同的作用，红外光谱可以实现红外热成像测温功能，紫外成像可以实现对放电电弧所散发的紫外光进行捕捉，结合可见光成像和热成像可以实现对设备异常的精确定位。通过对红外、紫外、可见光的技术集成和整合，可以实现同时对设备进行设备温度检测、局部放电现象捕捉以及设备故障定位等。

3.4 能解决的主要问题（主要解决生产经营管理等问题）

通过多光谱综合检测装置可以在工作人员日常巡检过程中可以实现同时对设备进行设备温度检测、局部放电现象捕捉以及设备故障定位等，增加检测手段，提高工作效率。解决检测过程中漏检、漏测以及无法对电力设备故障判断等问题。

3.5 技术关键点及创新点

本项目通过对多光谱的技术集成实现综合检测工作，一机多用，复合型检测。

4 项目实施目标及效益预测

本装置可在配网专业大力推广，本装置未来可以配网专业全网配备，日常巡检工作中提高设备故障检出率。可以降低产品成本（多光谱检测装置的未来成本远低于红外热像仪、局放测试仪单独设备的制造成本以及采购成本）。提高生产效率。

5 结束语

本文设计多光谱温度异常局放电故障综合测试装置利用不同的波段光谱在检测功能上有不同的作用，红外光谱可以实现红外热成像测温功能，紫外成像可以实现对放电电弧所散发的紫外光进行捕捉，结合可见光成像和热成像可以实现对设备异常的精确定位，验证了该装置故障检测的可靠性。多光谱温度异常局放电故障综合测试装置借鉴了以往光谱辐射理论经验的基础上，设计了多通道快响应检测故障方案，为间隔棒放电、线夹放电、绝缘子末端放电、断路器接线位置等故障检测提供新的手段和技术。