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紫外成像仪的工作原理及应用

紫外成像技术提供了一种全新的预知性检修方法，近年来在国外电力行业中应用日益广泛，但在我国还刚刚起步。
　　目前我国利用仪器检查高压设备放电情况的技术，比较先进有利用超声波检查、利用红外热像仪检查等。超声波检查的原理是接收放电时发出的超声波，将其转换为人类可听见的声音，再根据其信号的强弱判断放电的位置和强度。这种方法很难直观地准确定位距离较远的放电点，定量分析也十分困难；另外，还可用红外热像仪检查放电积累或者漏电流引起的温升，国内有很多专家深入探讨了温升与设备损坏程度之间的关系，但这毕竟是一种间接检查放电的方法。相比之下，利用紫外成像技术可以直接观察放电情况，使得现场人员能迅速准确定位放电点，并可通过所记录的动态录像来分析放电的危害程度。
　　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。紫外线的波长范围是 40~400nm （，太阳光中也含紫外线，但由于地球的臭氧层吸收了部分波长的紫外线，实际上辐射到地面上的太阳紫外线波长大都在 300nm 以上，低于 300nm 的波长区间被称为太阳盲区。
　　空气的主要成分是氮气，而氮气电离时产生紫外线的光谱大部分处于波长 280~400nm 的区域内，只有一小部分波长小于 280nm 。小于 280nm 的紫外线处于太阳盲区内，若能探测到，只可能是来自地球上的辐射。*新一代紫外成像仪 TD90 ，其原理就是利用这一段太阳盲区，通过安装特殊的滤镜，使仪器工作在紫外波长 240~280nm 之间，从而在白天也能观测电晕。
　　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。一种是活动模式（图五），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3 应用
　　凡是有外部放电的地方都能用仪器观察得到电晕，这意味着该技术在高压带电检查领域的应用前景十分广阔。我们在一些绝缘子厂、变电站、中试所进行了现场试验，根据我们的试验情况，大致归纳了以下几个方面的应用：
　　 3 ． 1 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、散股检查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查到。这对于日常巡查和检验工程质量很有意义。
　　 3 ． 2 检查高压设备的污染程度。污染物通常表面粗糙，在一定电压条件下会产生放电。导线的污染程度、绝缘子上污染物的分布情况等，都可利用该技术有效地进行分析。若配合使用高倍望远镜进行观察，可为制定科学的检修计划、防止污闪和爬电的发生提供有力的参考依据。
　　 3 ． 3 运行中绝缘子的劣化。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。
　　 3 ． 4 高压产品的绝缘缺陷检查。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，紫外成像的检查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。
　　 3 ． 5 高压变电站及线路的整体维护。由于我国气候湿润，加上近年工业化进程加快，环保力度不够，一般大城市高压变电站内放电点随处可见。传统的放电异常判别方法有听声音和夜间观察放电等。由于很多设备的放电并不影响其正常运行，所以听声音的方法无法排除干扰因素和主观因素，且受侦测距离的限制，通常不能作为判断的充分依据。当绝缘设备放电到了夜间可看到可见光的时候，已经是十分严重了，很多事故正是在绝缘设备未见可见光放电的情况下突然闪络击穿引起的。应用紫外成像技术，可以在地面或直升机上**扫描变电站和线路上的设备，并根据经验判断哪些电晕是正常的，哪些是不正常的，动态监督异常现象的发展速度，为采取合理的维护措施提供可靠的依据。
　　 3 ． 6 寻找无线电干扰源。高压设备的放电会产生强大的无线电干扰，影响到附近的通讯、电视信号的接收等，使用紫外成像技术可迅速找到无线电干扰源。
　　实践证明，紫外成像技术能有效、直观地观测到高压设备放电的情况，为带电检查提供了新的强大的诊断手段，且发展到了可在白天进行检查的水平。紫外成像技术与红外成像技术是互补关系，紫外检查放电异常，红外检查发热异常，原理完全不同，各自具有不可互替的优点，检查目的、应用方法也各具特性。可以预见，这两项技术的结合应用，将会大大增强高压设备故障点的**检查能力，也为高压产品的可靠性研究提供了综合手段。紫外成像技术在高压设备带电检查中的应用远远不止本文提到的六个方面，还有更多的应用空间有待拓展。

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