激光雷达电力巡检技术设计书（应用于输变电设备巡检中的紫外成像检测技术）

随着我国远距离特高压输电线路的投运，长期高场强、高负荷的运行和复杂恶劣的环境都会导致输变电设备产生电晕放电现象，长期的电晕放电会使输变电设备发生电化学腐蚀，从而影响电力系统的稳定运行。紫外成像检测作为一种新兴的技术，开始逐渐广泛运用到高压电力设备电晕、电弧的检测、高压变电站及输电线路的维护等电力系统高压检测领域中。

因为放电过程中伴随着紫外线（ultraviolet）的辐射。紫外线辐射是所有波长大于10nm小于400nm的辐射，由于臭氧层的吸收作用，接近地球表面的太阳辐射的波长均大于290nm，紫外成像检测技术探测240～280nm的波段，因此不受太阳光线的干扰和影响。紫外成像检测技术具有抗干扰能力强、定位精度高、检测时不影响电力设备正常运行等优点。

输变电设备的正常工作是电力系统安全可靠运行的重要保障，输变电设备在不同的大气环境下工作，随着长期运行、外力破坏及自然灾害等原因，会出现绝缘性能降低、设备结构损坏和表面污秽等问题。紫外成像检测技术能快速地对输变电设备进行巡检并找出故障点，以便于进行维修。紫外成像作为新兴的检测技术主要应用在绝缘子放电故障检测、架空导线放电故障检测和均压环放电故障检测中。

紫外成像检测技术的原理图如图1所示，它主要由接收光学系统、紫外成像模块、可见光摄像模块、数据采集系统和图像融合等模块组成。

图1 紫外成像检测技术原理图

入射光进入接收光学系统后分成两束，一束可见光进入可见成像通道，另一束紫外光进入紫外成像通道，可见光通道用于接收可见光信号，即拍摄环境物体图片，可见光经电荷耦合器件（charge coupled device, CCD）探测器后进入数据采集系统。

紫外成像通道用于接收放电过程中发射的紫外线辐射，紫外光经紫外日盲滤波镜进行滤波，滤过波长240nm至280nm以外的紫外光，再通过光电阴极、增益放大通道将紫外光信号转换为可见光信号，后经CCD探测器进入数据采集系统。两路光信号最后经过图像融合模块进行融合处理，从而将紫外成像通道的图像叠加到可见光通道的图像上。

紫外成像检测仪的实际检测距离都不是固定的数值，检测距离对光子数的测量有着非常明显的影响（“光子数”通常作为量化放电程度的重要参数），即使对同一放电现场进行测量，检测距离越远，紫外成像仪测量到的光子数越小。因此，检测距离无法统一到标准数值，很难对不同检测距离下的检测结果进行对比，从而无法对不同检测距离下测得的放电程度进行对比。

基于上述实际存在的问题，将光子数修正到标准的检测距离下具有重要的意义。

长沙理工大学电气与信息工程学院的研究人员田迪凯、罗日成等，在2021年第2期《电气技术》上发表研究成果。他们将不同检测距离下检测到的光子数修正到最佳检测距离下光子数，以便于量化不同检测距离下的放电程度。以尖端放电模型为实验对象模拟输变电设备外绝缘放电现象，利用以色列OFIL公司生产的SuperB型紫外成像检测仪研究不同工频电压下，光子数随检测距离的变化特性。

图2 实验平台原理图

图3 实验场景图

他们发现，在同一工频电压下，随着检测距离的增大，紫外成像检测仪检测到的光子数不断减小。将实验数据进行拟合，分别得到不同工频电压下光子数随检测距离的拟合公式，结果表明光子数与检测距离近似呈幂函数关系。

对光子数随检测距离的拟合公式进行推导得到光子数检测距离修正公式，并对其验证，结果表明修正精度高，最大相对误差约为8.68%，因此修正公式能将不同检测距离下输变电设备外绝缘放电程度进行精准地对比，可以为实际的工程检测提供重要的参考依据。

本文编自2021年第2期《电气技术》，标题为“基于紫外成像检测技术的不同检测距离下光子数的修正”，作者为田迪凯、罗日成、张宇飞、肖宏峰。

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