變電站高壓電氣設備局部放電檢測方法分析

武宏偉

摘要：在電力系統的運行過程中，高壓電氣設備在其中的作用至關重要，是電力系統得以安全可靠地工作的重要保障。基于此，變電站采取了相應的檢驗和測試局部放電的措施，本文出于降低設備的危險性，避免維修的成本增加情況發生，增加企業收入的目的，對局部放電檢測方案予以介紹，對檢測的方法進行驗證和分析。

關鍵詞：變電站;高壓電氣設備;局部放電

引言：局部放電是指在高壓電流經過的時候，電氣設備中有瑕疵的地方出現小范圍的、反復的放電現象。局部放電現象的產生，是導致高壓電氣設備絕緣化和劣質化的重要因素。又因為放電的類型是不盡相同的，對設備檢測的方式也因此存在差異，需要更加精準地檢測設備，從而建立一個更加穩定、更加可靠的電力系統，提高變電站的經濟獲益。

1局部放電的危害

第一，由于局部放電的出現，帶電粒子向四面八方擴散，在此過程中會以很大的沖擊力撞向絕緣材料。導致材料的分子結構發生變異，絕緣水平也因此下降。第二，局部放電會導致絕緣材料的溫度迅速上升，到達很高的水平，使得材料逐漸氧化及碳化。第三，局部放電現象會使工作人員的工作環境的安全性大大降低，高壓漏電會威脅其生命安全。

2局部放電的檢測方法設計

2.1在選擇攝像頭的基礎上采集圖像

收集動態的視頻圖像使用系統的名字是Xilinx FPGA 。Xilinx FPGA 系統由攝像頭、圖像的采集與數據的存儲單元，以及VGA顯示的驅動單元共同組成。攝像頭的型號是OV7670，攝像頭的像素是30W，攝像頭可以360°全方位旋轉。儲存數據的是雙口通訊的RAM，顯示的是320x240大小的圖像，對于立體圖像，采集時使用的方式是全方位采集，給攝像頭的數據通訊配備了SCCB協議。把攝像機的圖片發送到PC上，分析和研究圖像時，是在使用Sobel算子的四幀差分法的基礎上實行的，這對于傳感器的開啟與選擇，有著指示和領導作用。在對圖像的研究過程中，研究者想要明確掌握傳感器活動的范圍，第一步需要進行差分運算，運算的對象是圖像序列里緊接著的、不間斷的兩幀。如果在觀察到物體的運動軌跡出現不尋常的情況的時候，緊挨著的兩幀圖像就會有顯而易見的差別，這時，對它們做減法，就可以算出圖像實時方位的像素差別的絕對值，將絕對值與此前設置好的閾值相比較，就可以得出絕對值與閾值的大小關系，根據所得，能夠對傳感器的活動特點進行研究。

之所以使用四幀差分法而不是三幀差分法，是因為物體做的是慢速運動，而三幀差分法在這方面的計算能力不足以滿足人們研究的需要，四幀差分法正好是其改良版本，符合人們對物體慢速運動的計算要求。四幀差分法，顧名思義是在圖像中選取連續的四幀，將其差分運算。依據旋轉攝像頭全方位無死角等特點，能夠在高壓放電的位置判斷的時候，做到精準無比，經過準確地判斷后，在PC上下達指令[1]。

2.2對檢測單元的檢測以及定位

在圖像收集工作完成之后，待使用四幀差分法進行計算過后，旋轉攝像頭的工作內容除了巡視與檢查以外，還需要按照檢測的單元對單元內放電的狀況進行檢測。具體的做法，首先要對傳感器的位置進行定位，之后通過檢測的手段，明確無誤地找出局部放電發生的位置在哪里。

紅外線檢測使用的是紅外線傳感器。而紅外線傳感器的工作原理是使用紅外熱成像的方法，之后檢測發熱的位置。在設備高壓放電的時候，會導致集中放電的部位的溫度在瞬間大幅度地上升。所以檢測人員在工作的時候需要用上紅外線傳感器。之所以使用這種傳感器來檢測，除了因為紅外線傳感器檢測出的結果是最為精準的，它能讓檢測人員在第一時間獲得測出的數據，是因為其具有直觀與靈敏的特性;還因為紅外線傳感器具有其他的功能，比如可以得出放電距離，這是因為紅外線可以對距離進行檢測。

任何檢測方法都是優點與缺點并存的，紅外線檢測也不例外。紅外線檢測沒有辦法做到持續地、實時地檢測。為了彌補紅外線檢測存在的缺陷，工作人員在檢測的過程中，使用紅外線檢測的同時，也會用到超聲波來進行檢測。超聲波檢測是使用超聲波傳感器來檢測的，超聲波傳感器安裝的位置，用戶可自行選擇，選擇時應以自身需要為基準，將超聲波傳感器準確地安裝在局部放電的部位。超聲波應用到的物理學原理是：機械波在彈性介質的傳播過程中，依照波的頻率的差異而被分成三類：分別是次聲波、超聲波、還有一種是聲波。超聲波在物理上的特性同樣由三部分組成，這三部分分別是聲阻抗、聲強、還有一種叫做聲壓。在變電站中，當電氣設備出現局部放電現象，在這個過程中會有非常強烈的沖擊波出現，等到沖擊波被超聲波傳感器接收到，超聲波傳感器就會把其振動信號轉換成數字電信號，用到的原理叫做電學壓電原理。隨后將數字電信號進行計算，例如將其放大或者將其進行轉換等。信息會顯示在示波器上，例如可以看到信號波形，可以明確到達的時間等。工作人員出于對以后可能發生的問題早做準備的目的，會在局部放電現象發生之后，分析采集到的數據。不過，這個過程中存在著一個問題，那就是超聲波檢測會隨著距離的增加而逐漸減弱，這會使得檢測的靈敏程度也隨之降低。

接下來要介紹的是一種叫做特高頻的檢測單元，其工作原理是特高頻傳出的電磁波能夠被特高頻傳感器檢測出來，當電氣設備發生局部放電的時候，就可以即時地將其檢測出來。特高頻傳感器可以補足使用紅外線傳感器和超聲波傳感器的技術漏洞，特高頻傳感器在處理高頻信息的時候非常有效，并且它的抗躁性十分出色，能夠有效地控制現場的噪聲，使其小于400MHz。特高頻傳感器的弱點是在處理電暈放電上，檢測效果會受到一定的影響。對用戶來說，具體選擇哪種傳感器，需要以自身所處的環境為選擇依據[2]。

3局部放電檢測方法的驗證與分析

實驗開始之前，選用Microsoft Windows 2010，64 位操作系統，以Visual Studio 2015， OpenCV 3.0為開發工具，以Inter（R）Core（TM）i7為硬件參數，選用2.59GHz的主頻和8G大小的內存。在實驗的進程中，保存異常圖像是通過C++來完成的，在此之后，把保存過的異常圖像放置到文件夾中，可以憑借檢測時間不同來分類和命名，也可以以圖像的尺寸大小為分類和命名的依據。最后，在相關的文件夾里面，將之前保存好的異常圖像傳送到諸如平板電腦、PDA設備，以及智能手機等移動設備端口，以滿足用戶隨時能夠查看到異常圖像的需要[3]。

在測試電氣設備的時候，高壓放電測試點的選擇，選擇的是A、B、C、D這四個位于不同方位的點位置，然后開始測試。

測試完成之后，A、B、C、D四個點的結果放到一起比較和研究。具體的檢測流程是：分別對A點、B點、C點以及D點測試，通過對其的四十次放電測驗，以上述的紅外線檢測單元、超聲波檢測單元、以及特高頻檢測單元為檢測方式，檢測過程中，在安裝了旋轉攝像頭和沒有安裝旋轉攝像頭的條件下分別進行。隨后對得出的結果進行分析：在沒有安裝旋轉攝像頭的條件下，檢測出的準確率都沒有超過85%，而在安裝了旋轉攝像頭的前提下，對三種檢測單元檢測的準確率都有了不小的提升，準確率全部超過90%，說明使用旋轉攝像頭對提升準確率的幫助是顯而易見。

結束語：要想使局部放電檢測的精準程度大幅上升，可以把圖像的采集技術和傳感器的檢測技術結合到一起。不僅如此，使用這種方法還能夠使得檢測工作更加安全，工作人員只需遠程操控并分析實時數據，以數據分析為憑據做出相應的調整就可以完成自己的工作。這種方法與以往的方案相比，可以有效降低設備的維修成本，極大地降低了事故發生的頻率，使其更加穩定。對經濟和社會都有很高的價值。

參考文獻：

[1]包士杰.變電站高壓電氣設備局部放電檢測方法研究[J].計算技術與自動化，2019，38（04）：60-65.

[2]唐云輝，胡曦琳.基于聲信號分析的開關柜局部放電檢測算法研究[J].電子器件，2018，41（03）：644-648.

[3]凌霜寒，黃立軍，米賢才，等.核電廠高壓廠用變壓器局部放電在線監測[J].變壓器，2018，55（01）：25-29.