高压外部电晕放电及其检测
江西电力第34卷2010年第1期
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文章编号：1006-348X（2010）01－0007－03
高压外部电晕放电及其检测
程正，崔金灵，万军彪，童军心，周宁
（江西省电力科学研究院，江西南昌330096）
摘要：从电晕放电现象出发，简单介绍了电晕放电的形成机制，分析了高压输变电系统中高压外部电晕放电的基
本特征及危害；介绍了传统电晕放电检测方法（红外成像和超声波测量）及其不足，详细阐述了紫外成像检测新技术的原理、技术特点、应用领域，展望了紫外成像检测技术在高压输变电系统中的应用前景。关键词：电晕放电；红外热成像；超声探测；紫外成像中图分类号：TM851
文献标识码：A
Abstract：Thecharacteristicsandconsequentharmofhighvoltageexternalcoronadischarginginthehighvoltagepowertransmissionandtransformationsystemsareanalyzedinthispaper.Therearecertaininsufficienciesinconventionalcoronadischargingdetectingmethods,thusanewmethodemployingultravioletimagingdetectiontechnologyisintroduced.Thetheory,technicalcharacteristics,andapplicationfieldofthetechnologyisdescribedindetail.Intheend,thepotentialapplicationofUVimagingdetectiontechnologyinpowertransmissionandtransformationsystemsisanalyzed.
Keywords：coronadischarging;infraredthermalimaging;ultrasonicdetection;ultravioletimaging;
0引言
随着超高压、特高压电网的发展，输电线路和电
能发展至贯通整个间隙。这时放电虽已转入自持，但电离区只是局限于大曲率电极附近很小的范围，因此间隙尚未击穿。这种情况下，达到自持放电后，只是在大曲率电极附近出现薄薄的紫色晕光层，电流虽较前突增，但仍然很小，间隙没有击穿。电晕放电的伏安特性是上升的，随着电压增加，电晕层扩大，电晕电流增大[1、2]。
力设备上的电晕等放电现象日益严重，这可能使线路或者设备表面发生电化学腐蚀，其长时间作用对线路或设备的安全运行造成威胁。同时，异常的电晕放电等微弱放电现象又可能是部分缺陷故障的早期征兆。
1.3电晕放电的危害
电气设备外绝缘结构大都具有极不均匀电场特征。一些高压设备上也会出现电晕。电晕放电会带来许多不利影响。
发生电晕放电，则在电路上就有电晕电流流过，电晕电流就会引起能量损耗。
电晕放电过程中，由于起始阶段的放电特点，或电压较高时流注的不断熄灭和重新爆发，会出现放电的脉冲现象，形成高频电磁波，造成对无线电的干扰。
电晕放电还能使空气发生化学反应，产生O3及
1电晕放电
电晕放电是指带电体表面在气体或液体介质
1.1电晕放电现象
中，出现许多局部的电离和激发过程，但电极之间并不击穿或导通而出现的自持放电现象。极不均匀电场中，在空气间隙完全击穿之前，大曲率电极附近会发生电晕放电。
1.2电晕放电形成机制
由不均匀电场中气体击穿的发展过程可知，极不均匀电场情况下，初始电子崩只能在大曲率电极附近很小范围内发展，放电自持时形成的流注也不
收稿日期：2009－09－22
NO或NO2等产物，其腐蚀作用降低了导线、金具和
绝缘材料的使用寿命。
作者简介：程正（1979—），男，工学硕士，从事高电压与绝缘技术试验研究工作。
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电晕放电产生的可听噪声，对人们会造成生理和心理上的影响。电压等级越高，问题越严重，同样是环境保护的重要内容。
直流线的电晕放电会使正负极导线与大地之间充满空间电荷，使线路附近对地绝缘较好的物体上积累电荷，其上的对地电压会达到数千伏或更高[5]。
综上所述，电晕效应会对环境和设备运行产生一定影响，尤其是可听噪声、无线电干扰和电晕损失，适度控制电晕效应，对发展特高压输电非常重要，因此对架空输电线路和变电设备产生的电晕进行早期探测并采取措施排除故障，有助于电力系统的安全运行。
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都在300nm以上，240~280nm的波长区间称为太阳盲区。电晕放电的紫外光谱大部分波长在200~
400nm之间，只有一小部分波长小于280nm，即处
于太阳盲区内，紫外检测技术就是通过探测太阳盲区内（240~280nm）的紫外线，来判断电晕放电的位置和强度。阳光和电晕的电磁波谱辐照度及波长比较如图1。
W/m
2电晕放电的传统检测方法
传统的电晕放电检测方法主要采取远红外望远镜、超声电晕探测器及人工目视检查。
光谱辐照度／W·m-2
电磁光谱波长／nm
图1阳光和电晕的电磁波谱辐照度及波长比较
2.1红外热成像检测技术
红外热成像技术是一种波长转换技术，即把红外辐射图像转换为可视图像的技术。它是利用目标内有较大的温度梯度或背景与目标有较大热对比度的热点，使得低可视目标很容易在红外图像中看到。但红外技术有以下环节制约其探测的效果：不同的目标有不同的光谱特性，目标和探测器之间的环境和距离影响探测系统的性能；大气对目标红外辐射能量的传输有极大的影响；大气中水汽、二氧化碳等各种气体分子导致各个大气窗口中传输的红外辐射也有相当大的衰减。
3.2主要技术特点
与传统的预防性试验和离线检测相比，紫外成像检测技术有以下特点：
1）紫外成像检测时可以做到不停电、不改变系
统的运行状态，不受天气状况影响，从而监测到设备在运行状态下的真实状态信息；
2）以图像的形式，迅速、形象、直观地显示出设
备运行状况和故障情况；
3）由于紫外成像检测的相应速度快，在被测设
备与监测仪器作告诉相对运动时，仍能完成监测任务，为直升机飞机线路故障巡检提供了可行性；
2.2超声波探测技术
超声波探测器可以用来帮助查找暴露在大气中的电晕放电点。这时带有抛物面反射镜的超声波探测器，经放大、转换到耳机监听和表计指示。在发现最强的接收指示时，其正前方就是超声波源。
4）紫外成像技术有利于实现电力设备的状态管
理和向状态维修方式过渡；
5）与目前普遍采用的红外热成像等技术相比，
紫外成像技术可发现设备的早期隐患，而热成像技术往往等隐患发展到一定程度才可检出。
3电晕放电紫外成像检测新技术
3.1紫外检测技术原理
高压设备在电晕放电时，会辐射出光波和声波，还有臭氧、紫外线等。紫外成像技术是利用特殊的仪器接收电晕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，太阳光中也含有紫外线，但由于地球的臭氧层吸收了部分波长的分量，实际上辐射到地面上的太阳紫外线波长大
3.3应用范围和领域
凡有外部放电的地方都能用紫外成像仪观察到电晕，这意味着紫外成像技术在高电压带电检测领域的应用范围很广[6、7]，主要有如下几个方面：
1）导线外伤探测。导线架线时拖伤、运行过程中
外部损伤、断股、散股等均可用紫外成像仪检测。导线表面或内部变形都可能导致其附近电场畸变、强度变强，在满足条件时会产生电晕。这种电晕肉眼很难判断，但可用紫外成像仪检测，这对于日常巡查和检验工程质量很有意义。
2）高压设备污染检查。污染物通常表面粗糙，在
一定电压条件下会产生放电。导线及绝缘子的污染
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1）标定较困难。尽管紫外检测仪器的灵敏度很
高，但电晕放电受环境影响较大，如温度、湿度、海拔高度等[8]，所以，当需要对设备状态做绝对测量时，必需认真解决标定问题。
程度和分布情况等，可利用该技术有效地进行观测。若使用高倍望远镜配合使用，可为防止污闪的发生及制定检修计划提供依据。
3）绝缘子放电检测。劣化积污导致盐密过大，在
一定条件下会放电，单纯的绝缘子劣化也会产生电晕。利用紫外成像技术可对劣化绝缘子进行定位。
2）电晕放电后果评价。在检测过程中，环境因素
的作用反应在电晕检测中就表现为通过紫外成像仪观察到的电晕放电变化很大。这导致不能根据电晕放电直接确定是否存在缺陷或故障以及缺陷或故障的发展程度。因此如何评价电晕放电成为紫外成像仪在系统中应用中的急需解决的问题。
4）绝缘缺陷检测。在对试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，则试品肯定不合格；若观察到电晕，则应根据电力产品的材料、结构、使用情况来对比评估是不是绝缘缺陷及缺陷的严重程度。
3）电晕放电强度的量化。目前紫外成像仪在现
场进行检测的过程中，是根据仪器所显示的单位时间内紫外光子数对电晕放电强度进行量化的。这种量化手段的特点是可以实时统计单位时间内目标电晕发生时带电粒子电力和复合过程中所发出的紫外光子，并以此为参量表征电晕放电强度。但这种手段没有客观比较的依据，即依据这样的参数，不能有效判断电气设备电晕放电处在什么阶段，是否存在即将发生闪络的危险，也不能有效判断输电线路电晕损失是否在正常的范围之内。因此，利用紫外成像重新选择合适的表征参数对电晕放电强度进行量化，找出此参数和电晕放电各阶段的对应关系，并以此作为今后判断电晕放电强度的依据，这是今后紫外成像检测电晕放电的重要研究内容。
实践证明，紫外成像技术可以在输变电设备多种缺陷和故障的检测中发挥积极作用。虽然目前该项技术还不够成熟，但因其具有简单高效、直观形象、且不影响设备运行、安全方便等优点，值得推广应用和深入研究。
参考文献：
5）变电站及线路的整体维护。由于我省气候潮
湿，加上今年工业化进程加快，环保力度不够，一般高电压等级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等手段。由于很多设备的电晕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和主观因素，且受距离限制，通常不能作为判断的依据。应用紫外成像技术，可以全面扫描变电站和线路上的设备，这种动态监督异常现象的方法，为采取合理的维护措施提供了依据。如图2为紫外成像实例。
图2某500kV变电站OPGW连接处放电现象
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图3某220kV变电站隔离开关桩头处电晕放电
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4结语与展望
作为电晕放电的一种新的检测手段，紫外成像
技术有其自身的技术特点和优势，并在现场实践中得到了一定程度的验证和应用，但是这种技术还有很大的进步空间，这主要体现在目前应用该技术的过程中存在以下问题：
[8]孙才新,等.大气环境与电气外绝缘[M].北京:中国电力出版
社
,2002.