SF6氣體泄漏在線監測報警系統研究

范海芳

摘 要：SF6絕緣設備在應用期間所產生的氣體泄漏事件會降低其絕緣性能，還會污染環境。對變電站SF6氣體絕緣設備建立實時監測系統，主要通過二氧化碳激光攝像儀采集SF6氣體狀態，并且通過圖像特征獲取措施精準定位泄漏源，并且評估和判定泄露量。該次研究主要是探討分析了SF6氣體泄漏在線監測報警系統，希望能夠為相關人員提供參考。

關鍵詞：SF6氣體泄漏；在線監測；報警系統

中圖分類號：TP277 文獻標志碼：A

1 SF6氣體泄漏在線監測報警系統研究

1.1 系統結構分析

圖1為SF6氣體泄漏在線監測報警系統結構圖。對于SF6氣體泄露監測部分來說，其主要應用激光照相機，通過紅外線照射氣體泄露區域，此時SF6氣體會吸收入射激光，不可見SF6氣體會顯現出黑煙狀，此時紅外線探測器會在屏幕上產生映像。通過攝像頭采集映像能夠實現處理和分析，并且獲取氣體泄露運動軌跡，定位泄露源，判斷泄漏量。對于監測數據傳輸來說，將無線模塊裝設在攝像機上，并且通過無線遠程通信技術將圖片信息傳輸到無線模塊，通過無線網狀傳輸信息，不僅可以確保數據信息的安全傳遞，還能夠處理監測設備中存在的各項問題，象分接頭較多以及通信線纜布線復雜等，有效降低資源消耗。對于后臺監測來說，后臺監測接受傳輸的圖片信息，并且利用上位機評估和顯示SF6氣體泄露狀態，還能夠調用和存儲數據。狀態顯示欄能夠將數據結果實時顯示出來。將設備圖片存儲到數據庫中，這樣能夠在后期檢修期間隨時進行調取。通過曲線圖的方式顯示出SF6氣體泄露狀態，這樣能夠對檢修方案進行優化調整，全面提升維護效率。系統采用可觸摸超大屏幕真彩色SVGA顯示器，熱釋紅外傳感器，風機控制的手動/自動選擇開關，該監測系統是綜合運用了激光技術、數據采集、數據處理、通信技術于一體的開放系統平臺。

1.2 系統硬件/軟件設計

1.2.1 硬件設計

該項技術主要是應用朗伯比爾定律，當波長的光經過被測氣體時，光強減弱與被測氣體含量比較滿足該定律。在紅光進入待測氣體之后，紅光會吸收氣體分子。假設入射光為平行光，氣體介質中的分子數吸收所導致的光線強度減弱時，按照吸收定律可知：dI/I=-KdN。在上式中，I表示強度，L表示氣體介質厚度，dN表示氣體介質中的分子數，K表示比例常數。

傳感器主要是應用雙光束檢測原理，其中一路為參比光速，另一路為測量光束。相比于單光束來說，雙波長雙光束技術能夠防止由于光源老化、監測器/采樣池表面污染所導致的飄逸。參比通道所調制的波長單色光不會吸收被測氣體。其所產生的穩定信號只會受到外部因素影響，不會受到測量氣體的影響。

1.2.2 軟件設計

該系統軟件主要包括數字信號處理的氣體濃度監測分析功能和現場可編程門陣列采樣和計算；其中前者主要是利用C語言/匯編語言開發設計，軟件功能包括氣體濃度檢測、無線通信、控制回路和觸摸屏人機界面；后者主要是利用QuartusI1環境開發系統語言功能，并且在現場可編程門陣列中對數據進行測量計算，之后將其傳輸到ARM軟核中，獲取數據有效值。

2 系統圖像處理算法

形成和傳遞SF6氣體泄漏圖時，由于光學元件系統存在曝光和失真問題，所以為了確保SF6氣體泄漏圖的質量，初步判斷泄露程度，需要對采集圖像進行特征提取處理，可以利用幀間差分，灰度處理以及去噪處理等措施。如圖2所示能夠將人工識別方式逐漸轉化為自動識別，全面提升診斷準確性。

2.1 幀間差分算法

該算法主要是在鄰近幀差分算法的基礎上發展起來的。選取視頻圖像中的連續幀圖像進行邏輯運算，有效累計運動軌跡。由于圖像中運動緩慢的物體變化量比較小，此時就會產生孤立點，此種算法方式能夠有效彌補空洞和雙影情況，防止目標丟失，全面提升檢測目標的魯棒性。

2.2 灰度處理技術

如果上傳的視頻屬于彩色模型，由于人眼觀察彩色圖像的分辨率明顯低于黑白圖像，因此需要對圖像進行預處理，將彩色圖像進行灰度處理，這樣能夠加快目標跟蹤檢測速度。對彩色圖像進行灰度處理時，像素值轉化如下：

Y=0.299R+0.589G+0.114B

2.3 形態學處理

圖像形態學中所應用的算法主要是將邊界點消除，確保邊界點向內收縮。膨脹算法主要是將物體接觸背景點與該物體進行合并，確保邊界向外部擴展。該形態學方法可以將細小空洞填補完整，消除孤立區域。

因存在噪聲影響，圖像在進行二值化處理之后會存在小區域和小間隙，因此必須對圖像進行腐蝕和膨脹運算及去噪處理。通過腐蝕運算能夠將孤立區域消除掉，之后通過膨脹算法能夠填補圖像窄縫和空洞，避免遭受噪聲影響，全面檢測運動目標。

2.4 圖像閾值分割

對差分圖像大于閾值情況進行判斷，能夠獲取圖像序列中的物體運行情況。通過設置閾值能夠利用經典統計閾值方法，該方法主要是將圖像像素細化為背景和目標，這樣能夠獲取最大類間方差，進一步明確最適宜的分割閾值。圖像閾值分割方法屬于經典閾值選取方法，所以被廣泛應用到圖像分隔中。

2.5 視頻輸出

通過計算和分析SF6氣體泄漏視頻理論閾值計算，將閾值設置在10/255，將滿足閾值分割原理的像素點顯示出來。確保原圖像背景保持不變，能夠區分閾值分割原理的紅色像素點。

3 系統測試

3.1 判定泄漏源和軌跡及泄露量

通過SF6氣體泄漏在線監測系統能夠監測SF6斷路器。若SF6氣體密度大于空氣，SF6氣體在微風作用下會向左下方飄逸沉降。確保泄漏源SF6氣體泄漏速率在額定時間內不變，通過氣體泄露疊加效果能夠看出，SF6氣體泄漏會在運動通道內形成標記短缺位置，此位置屬于SF6氣體泄漏源位置。

按照相關標準規范能夠看出，工作環境中的SF6氣體分數應當在1000 ?l/L，該次研究主要是通過SF6氣體泄漏差分像素點法對氣體泄露程度進行判斷。差分像素點方法主要是在處理圖像之后，其滿足閾值判斷規則的像素點累加。因此差分像素點越大，則說明SF6氣體泄漏程度越高。

3.2 系統通信和上位機軟件測試

在接收到系統無線信號之后需要對數據接收靈敏度性能進行分析，測試系統無線通信靈敏度。變電站中強磁會影響系統無線通信，監控系統不僅需要應用看門狗技術，軟/硬件濾波，元器件合理選型等方法，還能夠應用到動態信道選擇技術、空閑信道評估技術的抗電磁干擾方法。

SF6氣體泄漏在線監測系統的上位機軟件界面主要是通過圖像化編程實現，當SF6斷路器開始泄露，但是泄漏量不足1000 ?L/L，此時指示燈為黃色預警狀態。當前所應用的SF6激光成像儀，在線監測系統圖像具有較高的解析度，能夠突顯出泄露軌跡，并且將監測數據存儲到數據庫中，便于檢測人員調取應用，之后利用狀態曲線方式對設備運行狀態進行評估，并且能夠對檢修方案進行優化。

3.3 報警系統檢測

設置2個報警值，一個為高報警值，一個為低報警值，若上位機SF6檢測數據沒有超過報警值，聲光報警器和風機均為初始化狀態，無法報警。在上位機檢測數據超出報警范圍值時，上位機會自動將指令發送給繼電器控制板，這樣能夠對聲光報警器和風機進行驅動，此時就會進入報警狀態。

在測試期間，將低報警值設置在115 ppm，高報警設置值在595 ppm，SF6氣體檢測濃度在90 ppm，濃度處于報警范圍內。將高報警值設置則為595 ppm，SF6測量值在985 ppm，系統會進入報警狀態中。當檢測濃度大于最高報警值時，系統會自動啟動風機，這樣就會降低SF6氣體濃度。在SF6氣體濃度控制在合理范圍時，聲光報警器和風機會自動停止工作。

4 結語

綜上所述，該次主要是應用SF6氣體泄漏濃度在線監測和報警襲用，這樣能夠處理檢測SF6氣體濃度時所存在的困擾問題，全面提升穩定性和誤報率，避免由于外部環境因素對系統運行所造成的干擾。通過紅外線傳感器技術能夠加快數據處理速度，提升數據穩定性和準確性。

參考文獻

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