Обнаружение коронных разрядов с помощью УФ-камеры
С вероятным будущим увеличением спроса на электроэнергию и расширением сети, отказы на высоковольтном оборудовании могут увеличить необходимость в более превентивных действиях по техническому обслуживанию. Распределительное оборудование в высоковольтных подстанциях будет сталкиваться с такими проблемами, как снижение характеристик изоляции и дефекты конструкции, приводящие к частичной разрядке.
При появлении короны и частичного разряда, разряд будет выделять большое количество ультрафиолетового излучения, которое можно использовать для косвенной оценки состояния изоляции рабочего оборудования и обнаружения дефектов изоляции. В настоящее время для диагностики разряда используются различные методы, из которых оптический метод является лучшим с наивысшей чувствительностью, разрешением и пригодностью во всех условиях. Используя высокочувствительный приемник ультрафиолетового излучения, можно регистрировать корону и ультрафиолетовое излучение для оценки состояния оборудования путем обработки и анализа данных. Система UVSee TD90 использовалась для обнаружения короны Китайской Государственной Сетевой компанией. В этой статье мы расскажем об использовании тепловизионной камеры в электроэнергетике на основе обнаруженных явлений. 
Рисунок 1: Линия высокого напряжения - частичный разряд. Рисунок 2: Разряд, вызванный трещиной изолятора.
Принцип обнаружения коронного разряда с использованием ультрафиолетовой фотокамеры
Когда ионизационный разряд возникает на высоковольтном оборудовании, может возникать корона, перегорание или дуга из-за разницы в напряженности электрического поля или разности высоких давлений около 30 кВ / см. В процессе ионизации электроны в воздухе непрерывно притягивают и выделяют энергию. Когда электроны выделяют энергию, которую можно назвать разрядом, она излучает световые и звуковые волны, озон, ультрафиолет, следы азотной кислоты и многое другое. Для обнаружения этих ультрафиолетовых сигналов, полученных во время процесса разряда, была разработана технология УФ-изображения. Технология также позволяет определять местоположение и интенсивность короны после обработки данных, визуализации и наложения с помощью видимых световых изображений. Среди всех излучаемых световых частот ультрафиолетовые волны оказались единственным эффективным способом для такого типа испытаний. УФ-диапазон длин волн обычно составляет 40-400 нм. Солнечный свет также содержит ультрафиолет, но из-за озонового слоя Земли он поглощает часть длинноволнового ультрафиолета, поэтому длина волны солнечного ультрафиолета, достигающего поверхности Земли, на самом деле составляет более 300 нм.
Основным компонентом воздуха является азот. В то время как большая часть ультрафиолетового спектра, генерируемого ионизацией азота в области длин волн от 280 до 400 нм, составляет лишь малую часть длины волны менее 280 нм. Ультрафиолетовые волны менее 280 нм находятся в области солнечных затмений. Если их и можно обнаружить, то только от излучения Земли. Ультрафиолетовые волны менее 280 нм находятся в области солнечных затмений. Если его можно обнаружить, то это может быть только от излучения Земли. Принцип работы камеры, такой как ультрафиолетовая фотокамера TD90, заключается в использовании интервала солнечных затмений путем установки специальных фильтров, благодаря чему прибор может работать между длиной волны 240 - 280 нм ультрафиолета в течение дня, так что корона может быть обнаружена даже днем. Некоторые из ультрафиолетовых камер могут использоваться только в определенное время дня или вечером из-за воздействия ультрафиолетового излучения солнца.
Главные факторы, влияющие на ультрафиолетовое обнаружение
Число ультрафиолетовых фотонов, наблюдаемое УФ-камерой, используется как индекс интенсивности короны целевого объекта. Значение счетчика ультрафиолетового фотона зависит от многих факторов. Расстояние обнаружения, влажность атмосферы, температура окружающей среды, давление, высота и настройка коэффициента усиления инструмента будут иметь прямое влияние на измерение счетчика фотонов.
Дальность обнаружения
Дальность обнаружения сильно влияет на результаты. Когда расстояние обнаружения увеличивается, поле зрения будет соответственно уменьшаться с соответствующим уменьшением чувствительности.
Влажность и загрязненность
Эксперименты показали, что интенсивность электрического поля уменьшается с увеличением влажности. По мере увеличения влажности поверхностная проводимость изолятора увеличивается, поэтому разряда происходит намного легче. Во время испытаний было обнаружено, что повышенная влажность воздуха поглощает больше ультрафиолетового света, так что обнаружение ультрафиолетового излучения сокращается. Влажность слишком много значит, однако необходимо найти пути решения этой проблемы для составления рекомендаций и дальнейшего анализа. Из тестов на загрязнение делается вывод о том, что активность разряда изоляторов сильно зависит от поверхностной влажности. Когда относительная влажность более 95%, время разряда изолятора больше, чем минимальное время разряда гирлянды изоляторов, но в сухом состоянии (относительная влажность менее 75%) ситуация противоположная.
Влияние высоты
Когда высота увеличивается, давление будет уменьшаться, поэтому напряжение, которое вызывает первоначальную корону падает. С увеличением высоты на 2000 м начальное напряжение короны упало на 30%.
Влияние коэффициента усиления датчика
В спектрах короны УФ-часть учитывает относительно низкий процент, и она сталкивается с дальнейшими потерями через оптическую систему передачи, поэтому число фотонов ультрафиолетового излучения в конечном итоге достигающих светочувствительного устройства (ПЗС) невелико, и составляет около 3% от общей полученной суммы линзой. Чтобы улучшить чувствительность датчика, ультрафиолетовые фотоны, попадающие в оптическую систему, подвергаются процессу усиления, так что можно наблюдать слабое явление короны. В процессе использования коэффициент усиления камеры регулируется до разумного значения, чтобы сохранив чувствительность к короне, снизить влияние фоновых помех.
Пример для подражания: Китайская государственная сетевая корпорация
12 ноября 2012 года государственная сетевая корпорация использовала UV-камеру UVSee TD90 для регулярной проверки высоковольтной линии 110 кВ и обнаружила очень четкий частичный разряд, как на рисунке 1.
Интегрированный режим применялся во время теста с коэффициентом усиления 62. Изображение разряда оказалось очень четким. В дополнительных испытаниях на области разряда результатом была амплитуда разряда 34 дБ. Согласно Руководству по наблюдению за зарядом от компании Hubei Electric Power, допустимая амплитуда не должна превышать 20 дБ и иначе это будет серьезным нарушением. В этом случае кабель загрязнен различными элементами, что приводит к коронному разряду. Если мощность короны относительно велика, это вызовет отказ изоляции кабеля и в конечном итоге приведет к повреждению.
Выводы
Ультрафиолетовая съемка имеет значительный потенциал в обнаружении дефектов высоковольтного оборудования. Разряд короны может быть обнаружен с помощью прибора для получения ультрафиолетового излучения, который может точно определить фактическое местоположение разряда благодаря измерениям с высоким разрешением. Ультрафиолетовое отображение - относительно новая технология, но простая в использовании, эффективная и интуитивно понятная, а мониторинг в реальном времени упрощает обнаружение и обслуживание. Эта технология может помочь в решении многих задач энергетики. Обнаружение разряда короны это всего лишь одна из них.
Оригинал: Christo van der Walt, Engineering Dynamics, Tel 012 991-3168,christo@edprevent.com
Перевод: Аннета Чехова
При появлении короны и частичного разряда, разряд будет выделять большое количество ультрафиолетового излучения, которое можно использовать для косвенной оценки состояния изоляции рабочего оборудования и обнаружения дефектов изоляции. В настоящее время для диагностики разряда используются различные методы, из которых оптический метод является лучшим с наивысшей чувствительностью, разрешением и пригодностью во всех условиях. Используя высокочувствительный приемник ультрафиолетового излучения, можно регистрировать корону и ультрафиолетовое излучение для оценки состояния оборудования путем обработки и анализа данных. Система UVSee TD90 использовалась для обнаружения короны Китайской Государственной Сетевой компанией. В этой статье мы расскажем об использовании тепловизионной камеры в электроэнергетике на основе обнаруженных явлений. Рисунок 1: Линия высокого напряжения - частичный разряд. Рисунок 2: Разряд, вызванный трещиной изолятора.Когда ионизационный разряд возникает на высоковольтном оборудовании, может возникать корона, перегорание или дуга из-за разницы в напряженности электрического поля или разности высоких давлений около 30 кВ / см. В процессе ионизации электроны в воздухе непрерывно притягивают и выделяют энергию. Когда электроны выделяют энергию, которую можно назвать разрядом, она излучает световые и звуковые волны, озон, ультрафиолет, следы азотной кислоты и многое другое. Для обнаружения этих ультрафиолетовых сигналов, полученных во время процесса разряда, была разработана технология УФ-изображения. Технология также позволяет определять местоположение и интенсивность короны после обработки данных, визуализации и наложения с помощью видимых световых изображений. Среди всех излучаемых световых частот ультрафиолетовые волны оказались единственным эффективным способом для такого типа испытаний. УФ-диапазон длин волн обычно составляет 40-400 нм. Солнечный свет также содержит ультрафиолет, но из-за озонового слоя Земли он поглощает часть длинноволнового ультрафиолета, поэтому длина волны солнечного ультрафиолета, достигающего поверхности Земли, на самом деле составляет более 300 нм.
Основным компонентом воздуха является азот. В то время как большая часть ультрафиолетового спектра, генерируемого ионизацией азота в области длин волн от 280 до 400 нм, составляет лишь малую часть длины волны менее 280 нм. Ультрафиолетовые волны менее 280 нм находятся в области солнечных затмений. Если их и можно обнаружить, то только от излучения Земли. Ультрафиолетовые волны менее 280 нм находятся в области солнечных затмений. Если его можно обнаружить, то это может быть только от излучения Земли. Принцип работы камеры, такой как ультрафиолетовая фотокамера TD90, заключается в использовании интервала солнечных затмений путем установки специальных фильтров, благодаря чему прибор может работать между длиной волны 240 - 280 нм ультрафиолета в течение дня, так что корона может быть обнаружена даже днем. Некоторые из ультрафиолетовых камер могут использоваться только в определенное время дня или вечером из-за воздействия ультрафиолетового излучения солнца.
Главные факторы, влияющие на ультрафиолетовое обнаружение
Число ультрафиолетовых фотонов, наблюдаемое УФ-камерой, используется как индекс интенсивности короны целевого объекта. Значение счетчика ультрафиолетового фотона зависит от многих факторов. Расстояние обнаружения, влажность атмосферы, температура окружающей среды, давление, высота и настройка коэффициента усиления инструмента будут иметь прямое влияние на измерение счетчика фотонов.
Дальность обнаружения
Дальность обнаружения сильно влияет на результаты. Когда расстояние обнаружения увеличивается, поле зрения будет соответственно уменьшаться с соответствующим уменьшением чувствительности.
Влажность и загрязненность
Эксперименты показали, что интенсивность электрического поля уменьшается с увеличением влажности. По мере увеличения влажности поверхностная проводимость изолятора увеличивается, поэтому разряда происходит намного легче. Во время испытаний было обнаружено, что повышенная влажность воздуха поглощает больше ультрафиолетового света, так что обнаружение ультрафиолетового излучения сокращается. Влажность слишком много значит, однако необходимо найти пути решения этой проблемы для составления рекомендаций и дальнейшего анализа. Из тестов на загрязнение делается вывод о том, что активность разряда изоляторов сильно зависит от поверхностной влажности. Когда относительная влажность более 95%, время разряда изолятора больше, чем минимальное время разряда гирлянды изоляторов, но в сухом состоянии (относительная влажность менее 75%) ситуация противоположная.
Рисунок 3: Изоляционная стальная крышка Рисунок 4: Разряд, вызванный ослабленным соединением.
Влияние давления воздуха и температуры
Влияние высоты
Когда высота увеличивается, давление будет уменьшаться, поэтому напряжение, которое вызывает первоначальную корону падает. С увеличением высоты на 2000 м начальное напряжение короны упало на 30%.
Влияние коэффициента усиления датчика
В спектрах короны УФ-часть учитывает относительно низкий процент, и она сталкивается с дальнейшими потерями через оптическую систему передачи, поэтому число фотонов ультрафиолетового излучения в конечном итоге достигающих светочувствительного устройства (ПЗС) невелико, и составляет около 3% от общей полученной суммы линзой. Чтобы улучшить чувствительность датчика, ультрафиолетовые фотоны, попадающие в оптическую систему, подвергаются процессу усиления, так что можно наблюдать слабое явление короны. В процессе использования коэффициент усиления камеры регулируется до разумного значения, чтобы сохранив чувствительность к короне, снизить влияние фоновых помех.
12 ноября 2012 года государственная сетевая корпорация использовала UV-камеру UVSee TD90 для регулярной проверки высоковольтной линии 110 кВ и обнаружила очень четкий частичный разряд, как на рисунке 1. Выводы
Ультрафиолетовая съемка имеет значительный потенциал в обнаружении дефектов высоковольтного оборудования. Разряд короны может быть обнаружен с помощью прибора для получения ультрафиолетового излучения, который может точно определить фактическое местоположение разряда благодаря измерениям с высоким разрешением. Ультрафиолетовое отображение - относительно новая технология, но простая в использовании, эффективная и интуитивно понятная, а мониторинг в реальном времени упрощает обнаружение и обслуживание. Эта технология может помочь в решении многих задач энергетики. Обнаружение разряда короны это всего лишь одна из них.
Оригинал: Christo van der Walt, Engineering Dynamics, Tel 012 991-3168,christo@edprevent.com
Перевод: Аннета Чехова
