研究内容

由于大部分电力设备暴露于外部环境中，受外界因素影响，其设备质量、运行稳定性、可靠性也随时发生变化，造成瓷瓶裂纹、导线断股、放电、变压器过热等问题，威胁电力系统安全稳定运行。目前普遍应用的检测仪器有利用超声波原理、红外热成像原理和紫外线探测原理。三种检测方法各有优缺点，单一使用均存在一定局限性。本文在分别介绍三种检测技术原理和优缺点的基础上，重点提出将三种检测技术结合在一起的综合检测技术，并分析了可行性。

研究对象

紫外线电离放电检测技术

紫外线的波长范围为40~400nm，太阳光中也含紫外线，但由于地球的臭氧层臭氧对波长在200~280nm之间的紫外光有强烈的吸收作用，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。其中，太阳光在近地紫外光谱分布如图1所示。

图1太阳光在近地紫外光谱分布图

在当高压电力设备发生电离放电时，由于电场强度较大，将产生电晕、闪络或电弧。在电离过程中，空气中的电子不断获得和释放能量。当电子释放能量（放电）时，会辐射出光波和声波，还有臭氧、紫外线以及微量的硝酸等。

设备放电所产生的紫外线波长主要集中在280nm~400nm这一区域。但通过光谱分析发现，其中也含有微量太阳盲区紫外光，即波长小于280nm。紫外线传感器正是利用这一小部分盲区紫外光，使传感器工作在紫外波长185nm～260 nm 之间，而对其他频谱不敏感，达到去除可见光源的干扰目的。紫外线传感器工作灵敏区如图2阴影区域所示。

图2 紫外线传感器工作灵敏区

由图2可以看出紫外光检测系统的信号光路选择在太阳盲区紫外波段对电晕放电进行探测，传感器工作波段很窄且仅对盲区放电波段敏感，因此可得到理想的探测效果。

紫外线检测原理的优点在于无需接触电力设备、不受高频干扰影响、灵敏度更高，而且不受交通条件和人为因素限制，更适用于电力设备的各种检测，应用前景广阔。但紫外线传感器不能准确定位紫外光发生源，当探测到放电紫外线时需借助其他设备进一步确定准确的放电位置，这也是紫外线检测的缺点之一。

 红外线热像检测技术

电力设备在运行过程中由于电流和电压的作用会产生热效应，发热的主要来源有以下三个：

1）电阻损耗发热。电力设备中有大量的导线电阻、绕组电阻、接触电阻等等，当电流流过这些电阻时，会产生功率损耗，造成发热现象，所引起的损耗称为焦耳损耗。用公式表达为：

        （1）

其中，I为流过电阻电流有效值；R为导体有效电阻值；t为通电时间。

2）电介质损耗。电气绝缘介质由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变，这个过程中消耗电能并引起发热，严重时会因电介质升温而造成热击穿。

3）铁磁损耗。铁磁材料的磁性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强度，它的磁通密度B与磁场强度 H之间呈现磁滞回线关系，称为磁滞，铁磁体磁滞回线如图3所示。铁磁体等在反复磁化过程中会因磁滞现象而消耗的能量，造成铁磁体发热现象，这部分损耗为磁滞损耗。

图3 铁磁体磁滞回线

除磁滞损耗外，铁磁损耗还包括涡流损耗，即导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，导体内的感生的电流导致的能量损耗，电力变压器由于硅钢片的重叠放置通常会产生涡流损耗。

红外辐射是自然界中存在的一种最为广泛的电磁波辐射，由于分子和原子的热运动，一切温度高于绝对零度的物体，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波。因此通过对物体自身

辐射能量的测量，就可准确测定它的表面温度。当电力设备产生发热现象和故障时，局部温度升高，辐射能量增大，红外线热像检测技术正是利用这一特性对电力设备进行测温，从而及时发现设备发热现象。

红外线热像检测具有远距离、不接触、不取样、不解体、准确快速直观等优点，缺点在于对于设备内部故障暂无法做出准确判断。

 综合检测技术

电气设备局部放电、电晕、发热等是常见的故障，发生几率较高。通过前三节的介绍可以发现，超声波和紫外线检测主要用来检测设备放电故障，红外线检测主要用来检测设备发热故障。三种检测方法在故障检测过程中均有独特的优点和适用范围，但也存在相应的不足。

在目前的电力故障查找检修过程中，一次巡线仅检测一种故障类型无疑大大降低了工作效率，而同时检查多种故障通常又需要使用两种甚至多种检测设备，使故障排查降低。因此，如果能将两种或多种故障检测仪器集中于一台检测仪器上，将大大提高效率。

同时，目前故障检测的通常流程如图4所示，流程繁琐，人工耗费较大，且如有较为严重的故障发生，将无法得到及时发现并检修排除。

图4 综合检测流程与现有流程对比

综合检测技术是首先依托于综合检测设备，即将两种甚至多种设备集合于一台检测仪器，达到同时检测多种故障类型的目的。其次，现代通信技术的飞速发展可以实现检测结果的实时传输，通过搭建综合监控分析预警平台，可以实现对检测数据的及时分析，得出检测结论。最后，如果检测结论显示有需要检修的故障，预警系统实时通知检修人员，并发送故障类型和故障具体位置，从而实现故障的及时发现和排除。

由图4可以看出，采用综合检测技术，不仅大大提高了电力检修效率，更重要的是使得故障从发生到排除所需耗时大大缩短，为电力系统安全稳定运行提高了极大保障。

研究结论

1）超声波、紫外线以及红外线检测技术对于相应的故障均有较好的检测效果，能很好的发现电力设备的故障隐患。但也都存在相应的缺点，单独使用时具有一定的局限性。

2）综合检测技术依托于多种检测设备融合与一体的综合检测设备，这样将大大提高巡检效率，节省人力物力成本。

3）综合监控分析预警平台不仅使电力故障从发现到排除的流程变短，提高效率，更重要的是可以保障电力设施的安全正常运行。

4）关于综合检测技术及监控分析预警平台的研究较少，多功能检测设备的研制耗时较长，针对复杂电网的平台建设也将较为复杂和漫长。因此，综合检测技术的应用仍有很长的路要走。