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紫 外 成 像 檢 測(cè) 技 術(shù)

• 原理

在高壓設(shè)備電離放電時(shí)，根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度（或高壓差）的不同，會(huì)產(chǎn)生電暈、閃絡(luò)或電弧。電離過(guò)程中，空氣中的電子不斷獲得和釋放能量。當(dāng)電子釋放能量即放電時(shí)，會(huì)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(shù)，就是利用特殊的儀器接收放電產(chǎn)生的紫外線信號(hào)，經(jīng)處理后成像并與可見光圖像疊加，達(dá)到確定電暈的位置和強(qiáng)度的目的，從而為進(jìn)一步評(píng)價(jià)設(shè)備的運(yùn)行情況提供依據(jù)。紫外線的波長(zhǎng)范圍是40~400nm，太陽(yáng)光中也含紫外線，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(yáng)紫外線波長(zhǎng)大都在300nm以上，低于300nm的波長(zhǎng)區(qū)間被稱為太陽(yáng)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(gè)部分。它用盲光濾光器過(guò)濾掉太陽(yáng)光，并將一部分的影像傳送到一個(gè)影像放大器上，因?yàn)殡姇灧烹姇?huì)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(gè)比較窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生的影像信號(hào)也比較微弱（因?yàn)殡姇炐盘?hào)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(hào)變成可視的影像。因沒(méi)有太陽(yáng)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(gè)裝有CCD裝置的照相機(jī)中，而同時(shí)被探測(cè)目標(biāo)的影響被發(fā)送到第二臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的視頻照相機(jī)內(nèi)，特殊的影像處理工藝 將兩個(gè)影像疊加起來(lái)，后生成顯示絕緣子，導(dǎo)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(shè)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(gè)特性，在觀測(cè)電暈時(shí)，有兩種模式供選擇。一種是活動(dòng)模式，實(shí)時(shí)觀察設(shè)備的放電情況，并實(shí)時(shí)顯示一個(gè)與一定區(qū)域內(nèi)紫外線光子總量成比例關(guān)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(shí)間區(qū)域內(nèi)（該區(qū)域長(zhǎng)短可調(diào)）的紫外線光子顯示并保留在屏幕上，按照先進(jìn)先出（FIFO）和動(dòng)態(tài)平均的算法實(shí)時(shí)更新。該模式下若正確調(diào)節(jié)儀器，可清楚地看到設(shè)備放電區(qū)域的形狀和大小。

• 紫外檢測(cè)技術(shù)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(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(méi)有避開太陽(yáng)盲區(qū)波段（Solar Blind），所以儀器不能在陽(yáng)光下進(jìn)行操作，主要用于在夜間、陰天或者室內(nèi)檢測(cè)高壓設(shè)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(shù)，通過(guò)紫外濾波，使儀器只工作在240-280nm的太陽(yáng)盲區(qū)波段。由于該波段避開了陽(yáng)光的干擾，儀器可以直接在強(qiáng)太陽(yáng)光下正常操作，實(shí)現(xiàn)了白天戶外檢測(cè)，更加適合于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(cè)分為“活動(dòng)”與“集成”兩種模式，在集成模式下，通過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)積分參數(shù)，可有效避開來(lái)自地面的紫外線干擾，顯現(xiàn)設(shè)備放電點(diǎn)；

1. 同時(shí)保留了太陽(yáng)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(jìn)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(shè)計(jì)上，CoroCAM 504具有以下特點(diǎn)：

1．可以在白天、日光下（包括在強(qiáng)烈的陽(yáng)光下）進(jìn)行操作

2．主機(jī)包含電池的重量只有2.3公斤，攜帶方便

1. 手持式外型設(shè)計(jì)，單手可完成操作
2. 電暈光子活動(dòng)的數(shù)量可顯示
3. 手動(dòng)或全自動(dòng)紫外圖像以及可見光圖像聚焦功能
4. PC卡存儲(chǔ)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(cè)
6. 可通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)技術(shù)應(yīng)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(shù)在高壓帶電檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。從目前的情況看，大致有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：

1、導(dǎo)線架線時(shí)拖傷、運(yùn)行過(guò)程中外部損傷（例如人為用石頭砸傷）、斷股、散股檢測(cè)。導(dǎo)線表面或內(nèi)部變形都可能導(dǎo)致其附近電場(chǎng)強(qiáng)度變強(qiáng)，在滿足條件時(shí)會(huì)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(shù)可輕松檢測(cè)到。這對(duì)于日常巡查和檢驗(yàn)工程質(zhì)量很有意義。

2、檢查高壓設(shè)備的污染程度。污染物通常表面粗糙，在一定電壓條件下會(huì)產(chǎn)生放電。導(dǎo)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(shù)有效地進(jìn)行分析。若配合使用高倍望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，可為制定科學(xué)的檢修計(jì)劃、防止污閃和爬電的發(fā)生提供有力的參考依據(jù)。

3、 運(yùn)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(dǎo)致鹽密過(guò)大，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生放電，本身劣化也會(huì)放電，劣化、鹽密與放電之間的具體關(guān)系有待于進(jìn)一步研究。還有絕緣子在什么情況下會(huì)觀察到放電，觀察到放電究竟意味著什么，也有待國(guó)內(nèi)有關(guān)專家深入探討。但有一點(diǎn)可以肯定，利用紫外成像技術(shù)在一定靈敏度、一定距離內(nèi)可觀察到放電，使得對(duì)劣化的絕緣子進(jìn)行定位、定量的測(cè)量并評(píng)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(cè)。在對(duì)試驗(yàn)品進(jìn)行電氣耐壓試驗(yàn)時(shí)用紫外成像儀進(jìn)行觀察，若在試驗(yàn)時(shí)發(fā)生閃絡(luò)，則試品肯定不合格。若觀察到電暈，則應(yīng)根據(jù)電力產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)形狀、使用情況以及其它同類產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果來(lái)綜合評(píng)估是不是絕緣缺陷、缺陷的嚴(yán)重程度等。另外，紫外成像的檢測(cè)結(jié)果可為電力產(chǎn)品的絕緣診斷與壽命預(yù)測(cè)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(píng)估，甚至形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

5、 高壓變電站及線路的整體維護(hù)。由于我國(guó)氣候濕潤(rùn)，加上近年工業(yè)化進(jìn)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(diǎn)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(shè)備的放電并不影響其正常運(yùn)行，所以聽聲音的方法無(wú)法排除干擾因素和主觀因素，且受偵測(cè)距離的限制，通常不能作為判斷的充分依據(jù)。當(dāng)絕緣設(shè)備放電到了夜間可看到可見光的時(shí)候，已經(jīng)是十分嚴(yán)重了，很多事故正是在絕緣設(shè)備未見可見光放電的情況下突然閃絡(luò)擊穿引起的。應(yīng)用紫外成像儀，可以在地面或直升機(jī)上全面掃描變電站和線路上的設(shè)備，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷哪些電暈是正常的，哪些是不正常的，動(dòng)態(tài)監(jiān)督異?，F(xiàn)象的發(fā)展速度，為采取合理的維護(hù)措施提供可靠的依據(jù)。

6、 尋找無(wú)線電干擾源。高壓設(shè)備的放電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的無(wú)線電干擾，影響到附近的通訊、電視信號(hào)的接收等，使用紫外成像儀可迅速找到無(wú)線電干擾源。

• 國(guó)外紫外應(yīng)用介紹

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

1. 直升飛機(jī)巡線

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

1. 直升飛機(jī)帶電水沖洗

直升飛機(jī)帶電水沖洗時(shí)國(guó)外線路維護(hù)的常規(guī)項(xiàng)目，它可以及時(shí)對(duì)污穢絕緣子進(jìn)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(jī)進(jìn)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(shí)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(wú)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(zhǎng)水槍。短水槍主要依靠水柱的絕緣，長(zhǎng)水槍可以穿越邊相對(duì)中相進(jìn)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(dāng)于（71-102）kg/cm²。

1. 直升飛機(jī)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(cè)作用。

• 國(guó)內(nèi)紫外應(yīng)用實(shí)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(guò)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(dǎo)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(fù)合開關(guān)