输变电设备外绝缘放电紫外成像检测方法研究

摘要

外绝缘放电是输变电设备的严重安全隐患，及时发现并确定外绝缘放电位置与类型是确保输变电设备安全可靠运行的必要保障。紫外成像法是检测外绝缘放电的有效手段之一，但至今为止国内外对采用紫外成像技术检测外绝缘放电的缺陷及其类型的方法尚未达成共识。
　　本文依据经典气体放电和等离子体辐射理论，分析了输变电设备外绝缘放电的紫外检测原理，通过针-板电极电晕放电与紫外光子及其形成光斑的面积等特性分析论证了紫外成像法检测和辨识输变电设备外绝缘放电的可行性和有效性。
　　本文采用多种紫外检测设备检测了输变电设备现场与实验室运行情况下的放电特征，结果表明：紫外成像法检测放电受多种因素的影响，一是紫外成像仪本身固有特性，如仪器增益；二是环境条件，如风速、风向和观测角度；三是检测仪器与检测目标的距离；四是放电设备的类型，不同设备的放电具有显著差异。
　　论文结合现场和实验室的输变电设备外绝缘放电检测，分析了非设备放电导致的紫外检测的差异，并对这些检测结果的校正进行了研究。结果表明：风速、风向和观测角度对紫外检测的影响甚微，在实际检测中可以忽略它们的影响；仪器增益对检测结果有重要的影响，可根据不同紫外成像仪的增益修正公式对不同增益下检测结果进行校正；检测距离的增加会导致检测结果的减小，可根据检测距离的修正公式将检测结果校正到参考距离下进行比较；基于以上研究，可得出不同紫外成像仪之间的校正公式。
　　基于对绝缘子在不同环境下的放电特性和放电规律的研究，本文提出了基于紫外成像的绝缘子运行环境、放电强度的区分方法。研究表明：不同的环境下绝缘子的放电形态和放电位置有所不同，污秽时绝缘子放电位置分散，而淋雨时相对集中，覆冰时则主要集中在绝缘子高压端冰棱处。由于水对光信号的折射作用，中雨及其以上的淋雨条件下紫外检测会受到极大影响。基于紫外成像，本文还提出了零值绝缘子的区分及定位方法。并且，本文根据覆冰绝缘子放电的紫外特性提出了新的特征量光子数稳定范围(SPN)，光子数最大值(MPN)以及光子数突变次数(CPN)，通过些特征量与模糊理论的结合，建立了绝缘子覆冰程度的评估模型，并验证了此模型的有效性。
　　通过对导线和导线接头在不同缺陷下的放电特性与规律的研究，基于紫外成像法并结合工程实际，提出了导线与导线接头不同缺陷类型的区分方法。结果表明：导线的起晕电压会随着缺陷程度的加深而降低；紫外成像仪能够有效检测导线的毛刺和断股缺陷，而对于导线铝股凸起缺陷的检测难以实现。导线接头在正常情况下也会有一定的放电现象；通过光子数差值百分比(pn％)这一特征量可反映导线接头的缺陷情况。
　　根据输变电设备外绝缘放电的实验室和现场检测，分析了外绝缘放电的紫外光子特性和紫外图像信息，得到了外绝缘放电的紫外图像特征，提出了以光斑面积作为特征量的外绝缘放电类型的紫外图谱识别方法。
　　通过大量的输变电设备外绝缘放电的现场检测和实验室验证，提出了基于输变电设备外绝缘放电紫外特征参量的放电类型和设备缺陷评判方法，制定了相关标准，为紫外成像检测的工程应用提供了理论支持和技术指导。

目录

1 绪 论

1.1论文的背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

2 输变电设备外绝缘放电紫外检测的原理

2.1 紫外成像工作原理

2.2输变电设备外绝缘气体放电理论分析

2.3外绝缘气体放电的光辐射现象

2.4外绝缘气体放电的紫外辐射光谱分析

2.5视在放电量与紫外检测结果的关系研究

2.6本章小结

3 输变电设备外绝缘放电现场检测分析

3.1 试验装置与试验方法

3.2风速与风向的修正研究

3.3观测角度的修正研究

3.4增益的修正研究

3.5检测距离的修正研究

3.6不同仪器间的校正

3.7本章小结

4 输变电设备外绝缘放电实验室检测分析

4.1试验方法

4.2不同环境下绝缘子放电特性

4.3 基于紫外成像的零值绝缘子检测

4.4 基于紫外成像和模糊理论的绝缘子覆冰程度评估模型

4.5不同缺陷类型导线的放电特性及区分

4.6不同缺陷类型导线接头的放电特性分析及区分

4.7针-板模型交直流电晕放电特征对比分析

4.8本章小结

5 外绝缘放电的紫外图谱特性分析

5.1 光斑面积的定义和分析

5.2 不同紫外检测特征参量的比较分析

5.3本章小结

6 外绝缘放电紫外检测方法

6.1 紫外检测特征量的选取及检测方法

6.2典型放电缺陷判断方法

6.3典型导电体缺陷及放电类型的定量评判方法

6.4 典型绝缘设备缺陷及放电类型的定量评判方法

6.5基于紫外图谱的绝缘子不同放电类型识别方法

6.6本章小结

7 结 论

7.1 本文结论

7.2主要创新点

7.3后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读博士学位期间参与的科研项目