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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： 1）紫外探测单元模块设计；紫外探测单元应安装在监测现场的 GaN 基紫外探测器采取模块一体化设计，集成了微光信号接收采集、高效放大、光电转换以及触发控制信号输出的极高灵敏度光探测模块。该模块的输出为数字化采集信号。通过内置自学习自适应软件系统，可自动学习和适应不同应用场所的环境光，自动设置触发阈值，以适应不同的应用需求，而满足不同用户对于各种现场的测量和控制要求，主要技术路线如图2所示：
2）通信单元设计；高压输电线路电晕在线监测装置采用 GPRS/CDMA/3G 通信，通过公网或虚拟专用网络（APN）进行数据传输的一种通信方式，以保证被监测到的信息能够及时有效的被报警及传输至相关人员，以便对故障处理作出判断与决策。
3）取电方式设计与确定；结合实际情况，该系统正常运行必须依靠源源不断的电能供应为之提供能源保证。可行的供电方式主要包括以下三种：其一，太阳能取电，主要由太阳能电池板、蓄电池以及电源控制器组成，该种取电方式受外界环境的影响较大，阴天或夜晚，如储能不足，则容易造成系统无法正常运行。其二，地线取电，供电连续性好，不受气象条件的影响，供电稳定可靠，提高了在线监测系统的稳定性和可靠性，可在实际使用中发挥积极的价值。其三，高压感应取电，其主要是利用高压输电线路周围感应的电磁能量获取电能的新型感应取电装置，能保证负载设备的长期稳定供电，适合作为高压输电导线上在线检测、监控、巡检、防盗等电气设备的电源供给装置，应用效果较好，下图3为高压感应取电控制原理图；
4）电源控制模块设计；当配置电池保护功能状态超出“临界区域”，控制器则采取保护措施，避免事故的发生。对于该模块，动态监测电池组的工作状态在电池组充放电过程中，实时采集蓄电池组中的每节电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，及时给出电池状况，挑选出问题电池，保持整组电池运行的可靠和高效，使剩余电量估计模型的实现成为可能，使电池组中各个电池的电压都达到高度一致的状态，来延长整组电池的使用寿命。
4结束语
综上所述，高压输电是基本途径，结合目前情况，由于高压输电过程由于设备绝缘老化等因素而造成的绝缘电晕放电等问题对输电质量及安全造成了严重影响，而采取有效的监测手段及时发现放电现象并实施报警与处理可为供电安全及有效提供重要基础与保证。本文结合实际情况，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，并对该监测系统进行了设计与分析，可为后期实现高压设备实施供电安全及实现故障的及时处置提供参考及借鉴。
参考文献
[1]金翼，赵锋，苗堃，许焱，刘亚文，唐敏.结合三维量测数据的绝缘子选型与评估方法[J].测绘通报.2017（02）
[2]郭飞，刘世涛，李秀广，吴波，常彬，王博，张新，贾志东，叶蔚安，骆文忠.宁夏典型环境绝缘子污秽成分分析[J].绝缘材料.2017（04）
[3]安帅，吴昊，柴俊.10kV内胶装瓷柱式绝缘子优化选型[J].电力与能源.2017（03）
[4]郑建荣.关于采用闭式卡提高更换同串多片绝缘子工作效率的措施[J].科技经济导刊.2017（12）
[5]李波，黄嫄.国内外绝緣子在线检测方法的研究[J].电气技术.2011（09）
[6]齐波，李成榕，耿弼博，郝震，于乐，高继新.GIS设备绝缘子高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估[J].高电压技术.2011（07）
[7]汪金刚，何为，李青文，杨帆，杨永明，陈涛.基于紫外脉冲检测的非接触式特高压验电仪[J].电工技术学报.2008（05）
[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： 1）紫外探测单元模块设计；紫外探测单元应安装在监测现场的 GaN 基紫外探测器采取模块一体化设计，集成了微光信号接收采集、高效放大、光电转换以及触发控制信号输出的极高灵敏度光探测模块。该模块的输出为数字化采集信号。通过内置自学习自适应软件系统，可自动学习和适应不同应用场所的环境光，自动设置触发阈值，以适应不同的应用需求，而满足不同用户对于各种现场的测量和控制要求，主要技术路线如图2所示：
2）通信单元设计；高压输电线路电晕在线监测装置采用 GPRS/CDMA/3G 通信，通过公网或虚拟专用网络（APN）进行数据传输的一种通信方式，以保证被监测到的信息能够及时有效的被报警及传输至相关人员，以便对故障处理作出判断与决策。
3）取电方式设计与确定；结合实际情况，该系统正常运行必须依靠源源不断的电能供应为之提供能源保证。可行的供电方式主要包括以下三种：其一，太阳能取电，主要由太阳能电池板、蓄电池以及电源控制器组成，该种取电方式受外界环境的影响较大，阴天或夜晚，如储能不足，则容易造成系统无法正常运行。其二，地线取电，供电连续性好，不受气象条件的影响，供电稳定可靠，提高了在线监测系统的稳定性和可靠性，可在实际使用中发挥积极的价值。其三，高压感应取电，其主要是利用高压输电线路周围感应的电磁能量获取电能的新型感应取电装置，能保证负载设备的长期稳定供电，适合作为高压输电导线上在线检测、监控、巡检、防盗等电气设备的电源供给装置，应用效果较好，下图3为高压感应取电控制原理图；
4）电源控制模块设计；当配置电池保护功能状态超出“临界区域”，控制器则采取保护措施，避免事故的发生。对于该模块，动态监测电池组的工作状态在电池组充放电过程中，实时采集蓄电池组中的每节电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，及时给出电池状况，挑选出问题电池，保持整组电池运行的可靠和高效，使剩余电量估计模型的实现成为可能，使电池组中各个电池的电压都达到高度一致的状态，来延长整组电池的使用寿命。
4结束语
综上所述，高压输电是基本途径，结合目前情况，由于高压输电过程由于设备绝缘老化等因素而造成的绝缘电晕放电等问题对输电质量及安全造成了严重影响，而采取有效的监测手段及时发现放电现象并实施报警与处理可为供电安全及有效提供重要基础与保证。本文结合实际情况，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，并对该监测系统进行了设计与分析，可为后期实现高压设备实施供电安全及实现故障的及时处置提供参考及借鉴。
参考文献
[1]金翼，赵锋，苗堃，许焱，刘亚文，唐敏.结合三维量测数据的绝缘子选型与评估方法[J].测绘通报.2017（02）
[2]郭飞，刘世涛，李秀广，吴波，常彬，王博，张新，贾志东，叶蔚安，骆文忠.宁夏典型环境绝缘子污秽成分分析[J].绝缘材料.2017（04）
[3]安帅，吴昊，柴俊.10kV内胶装瓷柱式绝缘子优化选型[J].电力与能源.2017（03）
[4]郑建荣.关于采用闭式卡提高更换同串多片绝缘子工作效率的措施[J].科技经济导刊.2017（12）
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[6]齐波，李成榕，耿弼博，郝震，于乐，高继新.GIS设备绝缘子高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估[J].高电压技术.2011（07）
[7]汪金刚，何为，李青文，杨帆，杨永明，陈涛.基于紫外脉冲检测的非接触式特高压验电仪[J].电工技术学报.2008（05）