《基于紫外线检测技术的绝缘子放电检测设备》
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[摘 要]利用紫外光传感技术在检测高压输电线路设备电晕放电情况属于目前研究的重点,也是趋势,而紫外线检测技术在高压输电线路设备电晕放电中的监测质量的有效性为保证供电安全及有效提供了前提及保证.本文对采用紫外线监测技术在高压设备绝缘子电晕放电监测相关理论进行了分析与设计与分析,可为后期实现高压设备实施供电安全提供参考.
[关键字]紫外线检测技术；放电检测；紫外成像
中图分类号：TM216 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0079-02
基于当前形势,电力线路和设备绝缘恶化程度越来越重,电网事故逐渐升级,据不完全统计,绝缘事故已经占到整个电力系统事故的第二位,仅次于雷害事故.对于高压供电而言,高电压下容易产生强电场,在强磁场作用下,电气设备绝缘薄弱部分容易发生局部放电,而当输电线路局部电场强度大于气体电离强度时,即可产生电晕放电,会产生强大的脉冲电磁波,进而对无线电和高频通信产生干扰,导致输电线路表面发生腐蚀而降低寿命.基于此,加强电晕的监测治理和预警研究对于电力系统安全稳定运行有着重大的实现意义,也是今后发展的重点方向.紫外光谱电晕放电检测技术,主要通过紫外成像可直观、快速达到确定电晕位置和强度,并可实现长期监测,为设备的安全运行提供可靠的依据,同时也为供电部门低成本地实现高压输电线路故障隐患在线监测和预警机制提供一种行之有效的解决方案.
1关于紫外线检测技术相关理论及分析
通常而言,紫外线的光波长范围在10-400nm之间,如阳光中也含有一定量的紫外线,一般小于280nm的紫外线常被大气中臭氧层吸收.结合高压电设备通过大气层对外放电所产生的紫外线波长一般在280nm-400nm之间,该区段属于日盲区,可利用波长范围小于280nm的紫外传感器在日照条件下对电气设备具备放电进行检测.而该原理即为紫外光检测法原理.对于该方法的应用,目前常见的紫外线电晕检测仪则属于代表,常利用检测仪内置的紫外成像仪对紫外光谱进行检测,在高压设备绝缘故障监测中,通常能够精准对相关设备电晕及表面放电所产生的紫外线进行检测,从而发现电晕放电问题.具体来讲,紫外成像仪属于一种光谱转化技术,如利用微光像增强器,ALGaN广电探测器,将背景光进行照射,并有信号源传输至成像镜头的有信号源自身辐射紫外光,并经过日盲性滤光片,侦测电晕现象并成像,以便实现对高压设备电晕现象的监测.
2紫外线检测技术的绝缘子放电检测设备技术难点及讨论
2.1关于高压输电线路设施运行环境特殊性及讨论
高压输电是国内外远距离输电的主要形式,输电过程的监测属于安全供电的主要依据与保证.而同时,相对于低压供电,高压输电具有其特殊性,如输电线路运行环境较为特殊,现场传感器和装置安装方式、取电方式和远程通信方式都有局限.对于数据精确度和数据时效性要求很高,因此传感器精度和灵敏性、系统运行稳定性、取电方式和通信方式灵活性、电源和通信的稳定性等等都是保证系统可靠稳定运行的重要因素.故,如何保证在各项功能正常发挥的前提下,保证系统的各项性能指标符合现场要求,是高压输电线路故障监测的难点,也是必需考虑的问题.而结合现有高压输电绝缘放电监测技术,红外监测与超声监测均存在一定局限性,如精度差及应用环境苛刻等,不利于大范围使用及满足现有远距离输电要求.紫外线成像技术具有使用性广及精度高等优点,可解决现有技术无法解决的重要问题,对于降低成本及保证监测质量具有重要价值及意义.
2.2紫外线检测技术用于绝缘子放电检测设备的技术难点及分析
综合以上讨论,利用紫外线检测技术用于绝缘子放电检测设备监测具有重要价值及意义.综合目前情况,对于该技术,主要技术难点如下：其一,其一,GaN 基紫外探测器定标测试属于关键；如采用氙灯作为紫外辐射光源,光谱连续,电功率可达250W以上,通过合理的光学设计与电路设计可以实现稳定的光功率输出,能够应用于GaN 基紫外探测器的定标测试.其二,根据现场实际情况对 GaN 基紫外探测器的安装点位和位置,以及监测装置和后台软件对传感器信号的处理方式和报警阀值等进行针对性的设计,在硬件选择上还是在系统软件的设计与编程方面都有着较大的难度和工作量.
3基于紫外线检测技术的高压线路电晕监测系统设计
3.1基于紫外线检测技术的高压线路电晕监测系统总计设计与说明
基于紫外线检测技术,主要是依靠接收高压设备电气放电时,空气中的电子不断吸收和释放能量时产生的紫外信号,经过处理后与可见光影响重叠,达到确定电晕位和强度的目的.对于此,关于该系统,应包括以下模块：
1）前端监测装置设计,监测装置由 GaN 基紫外探测器组件、光电转换模块、装置主控制器、供电单元、通信单元等组成.当GaN基紫外探测器接收到紫外光脉冲,转换为负向的电流脉冲信号,经前置反向比例放大电路,得到正向电压信号.再进行滤波处理,使之通过高通滤波器,滤除低频干扰,并进行正向放大调整与模数转换,最后将信号送至微处理器,通过程序设计,把超过一定电平值的信号记录为一次脉冲,在规定的时间内,若总脉冲数超过了预设的预警阀值,则判定为电晕放电达到了故障隐患的临界点,系统启动报警,同时由通信模块将数据和報警信号送达远程监控主站.
2）后台主站软件的设计；后台软件的主要功能是把监测装置发送过来数据整理成曲线图,并且写入数据库,通过模拟实验和对现场设备故障隐患潜伏期和临界点的大量调研和实时跟踪记录,精确地设置相对应的电晕放电报警门限值,并通过多种方式显示预警和报警信息,以便相关人员对故障做出精准判断及处置,具体设计控制原理如下图所示：
3.2高压线路电晕监测系统关键模块设计与分析
综合实际情况,对于该系统,为保证其功能的发挥及满足监测需求,应包含紫外探测单元、通信单元、取电方式、电源控制模块等设计,以下将对其进行分别说明与分析：
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