CoroCam紫外成像技术分析

紫 外 成 像 检 测 技 术

• 原理

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。

紫外成像仪利用紫外线束分离器将输入的影像分离成两个部分。它用盲光滤光器过滤掉太阳光，并将一部分的影像传送到一个影像放大器上，因为电晕放电会发射出230-405nm范围内的紫外线，而紫外光滤波器的工作范围为240-280nm，这个比较窄的波长范围内产生的影像信号也比较微弱（因为电晕信号只包括很少的光子），因此影像放大器的工作是将微弱的影像信号变成可视的影像。因没有太阳光辐射的影响，可以得到高清晰的图像。影像放大器将紫外光影像发送到一个装有CCD装置的照相机中，而同时被探测目标的影响被发送到第二台标准的视频照相机内，特殊的影像处理工艺 将两个影像叠加起来，后生成显示绝缘子，导线或其它输电线路元件及其电晕的图像。

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，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。

• 紫外检测技术发展

世界上的紫外成像仪初步可以分为三代产品：

一代紫外成像仪结构比较简单，仪器内部有宽带通滤波器，可接收较宽波段的紫外线，成像后与可见光叠加。由于工作波段没有避开太阳盲区波段（Solar Blind），所以仪器不能在阳光下进行操作，主要用于在夜间、阴天或者室内检测高压设备的电气放电。这代产品以南非CoroCAM I和俄罗斯的菲林-6为典型代表。

       第二代紫外成像仪采用了窄带通紫外滤波技术，通过紫外滤波，使仪器只工作在240-280nm的太阳盲区波段。由于该波段避开了阳光的干扰，仪器可以直接在强太阳光下正常操作，实现了白天户外检测，更加适合于现场应用，用户也更广泛。这一代产品主要是CoroCAM IV+和以色列的Daycor 2，它具有初步的紫外图像数字处理功能，仪器观测分为“活动”与“集成”两种模式，在集成模式下，通过调节参数可滤除部分地面紫外源的干扰。

，操作者通过调节积分参数，可有效避开来自地面的紫外线干扰，显现设备放电点；

1. 同时保留了太阳盲区工作波段和全紫外工作波段，具有NightView菜单，可在两种波段范围之间进行切换，使得仪器具有一代和二代紫外成像仪的主要特征。

在功能以及设计上，CoroCAM 504具有以下特点：

1．可以在白天、日光下（包括在强烈的阳光下）进行操作

2．主机包含电池的重量只有2.3公斤，携带方便

1. 手持式外型设计，单手可完成操作
2. 电晕光子活动的数量可显示
3. 手动或全自动紫外图像以及可见光图像聚焦功能
4. PC卡存储图像，具有视频输出接口
5. 低照度的CCD传感器，在光线不好的环境中也能完成检测
6. 可通过控制器实现对仪器所有功能的线控（可选）
7. GPS定位系统叠加在图像上显示（可选

CoroCAM504的主要参数如下：

• 紫外检测技术应用范围

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测领域的应用前景十分广阔。从目前的情况看，大致有以下几个方面的应用：

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、散股检测。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测到。这对于日常巡查和检验工程质量很有意义。

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、 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.

    4、 高压产品的绝缘缺陷检测。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，紫外成像的检测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。

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。应用紫外成像仪，可以在地面或直升机上全面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。

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，使用紫外成像仪可迅速找到无线电干扰源。

• 国外紫外应用介绍

目前国内的紫外巡检方式主要仍然是便携式，车载与机载比较少。而在国外，由于紫外技术起步比较早，在巡检方式上以车载与机载为主。并且还诞生了一些专门作机载检测的公司。紫外成像仪在其中要么作为主要的检测手段，要么作为配合使用的检测手段，都起到了非常大的作用。下面为几个主要的应用：

1. 直升飞机巡线

目前，直升飞机巡线可以进行下列一些内容：在机上通过可见光，红外热像仪，紫外成像仪，可以及时发现铁塔、金具（线夹、均压环、间隔棒等）、导地线、劣化绝缘子、污秽绝缘子等缺陷或故障。

1. 直升飞机带电水冲洗

直升飞机带电水冲洗时国外线路维护的常规项目，它可以及时对污秽绝缘子进行冲洗，提高了线路的绝缘水平，防止线路工频污闪。

在高压输电线路上，特别适合利用直升飞机进行带电水冲洗。这是一种很理想的作业方式：效果好、效率高、安全性好，能及时有效地防止可能发生的污闪事故，这是一般传统方法所无法胜任的工作。

带电水冲洗使用的水，一般采用水阻为10000Ω·cm的去离子水。所用的水枪有两种：短水枪和长水枪。短水枪主要依靠水柱的绝缘，长水枪可以穿越边相对中相进行冲洗。水冲洗的水流量约为30L/min，喷头水压约为（70-100）Bar，大约相当于（71-102）kg/cm²。

1. 直升飞机带电作业

在带电作业工程中，紫外成像仪起到很好的监督检测作用。

• 国内紫外应用实例

1. 绝缘子均压环异常放电

例1：绝缘子缺少均压环

例2：均压环过小

例3：均压环表面粗糙

1. 绝缘子异常放电

例4：表面污秽

例5：内部缺陷

例6：带电水冲洗

例7：受潮异常放电

1. 导线异常电晕

例8：架空线路异常放电

例9：线路终端

例10：线路金具

例11：表面粗糙

1. 其余典型电晕

例12：穿墙套管

例13：滤波器

例14：复合开关