三波段电晕检测光学系统的设计

　　1　引　言

　　电力系统中的电晕放电易导致电能大量损耗，且会损坏绝缘子，造成电力系统严重事故，因此，必须在电力故障发生之前及早对电晕放电进行检测、定位和评估，从而减小电力系统损失[1-3]。传统的电力线路电晕检测采用人工目视检查，很难观察到小面积的电晕放电，即使观察到电晕放电也无法准确记录电晕放电位置。

　　90年代长波红外热像仪被用于电晕检测，但由于白天太阳光谱中含有非常强的长波红外光，而且电晕放电产生的长波红外光能量弱，系统信噪比低，检测效果比较差。目前国外已有紫外和可见光两波段电晕检测仪，可仅限于白天环境。为了从根本上克服以上缺点，提高电晕检测的准确率，同时保证系统能在白天、雾天、雪天和夜晚都能进行电晕检测，本文设计了一种电晕放电检测系统。该系统集成了日盲紫外、可见光和长波红外3个波段，其中，日盲紫外光学系统能够检测到电晕放电，可见光系统能够在白天对电晕周围背景成像，长波红外光学系统可以在雾天、雪天和夜晚工作，对电晕周围背景成像。然后通过图像融合，准确得到电晕放电位置。

　　2　系统方案

　　2.1　检测原理

　　为了减小电能远距离传输损耗，电力系统多采用高压甚至超高压传输。由于传输导线长期裸露在空气中，极易被腐蚀的破损，导致导线表面不平滑，产生不均匀的强电场，使周围空气电离，形成电晕。F.Grum等人对20kV电线产生的电晕放电光谱进行了测量[4]，其210～500nm的电晕光谱如图1所示。

　　R.Stolper等人对电晕光谱和太阳光谱进行了比较[5]，如图2所示。从图2可以看出，电晕光谱的10　000倍比太阳光谱还要弱，而且波长大于300nm时，两个光谱重叠。由于在光谱重叠部分，电晕能量太弱，因此，为了对电晕放电进行测量，只能利用波长小于300nm的240～280nm日盲紫外波段，因为这个波段的太阳光被臭氧层完全吸收，无法到达地球表面。

　　设计的光学系统中采用了日盲紫外窄带滤光片，让240～280nm光波透过，其他波长的光透过率非常低，需利用图像增强型日盲紫外探测器，将微弱的日盲紫外信号进行放大，形成电晕图像，而且图像不受太阳光影响[6]。在系统中，还集成了可见光和长波红外成像系统，用于对电晕周围背景成像，融合电晕和背景图像，即可对电晕准确定位。在白天使用时，利用日盲紫外和可见光系统对电晕进行检测;而在夜晚或者大雾大雪天，则利用日盲紫外和长波红外系统对电晕进行检测。因此，此系统可以全天候针对任何天气状况对电晕进行检测。