變電站高壓電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)方法分析

武宏偉

摘要：在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，高壓電氣設(shè)備在其中的作用至關(guān)重要，是電力系統(tǒng)得以安全可靠地工作的重要保障?；诖?，變電站采取了相應(yīng)的檢驗(yàn)和測(cè)試局部放電的措施，本文出于降低設(shè)備的危險(xiǎn)性，避免維修的成本增加情況發(fā)生，增加企業(yè)收入的目的，對(duì)局部放電檢測(cè)方案予以介紹，對(duì)檢測(cè)的方法進(jìn)行驗(yàn)證和分析。

關(guān)鍵詞：變電站;高壓電氣設(shè)備;局部放電

引言：局部放電是指在高壓電流經(jīng)過的時(shí)候，電氣設(shè)備中有瑕疵的地方出現(xiàn)小范圍的、反復(fù)的放電現(xiàn)象。局部放電現(xiàn)象的產(chǎn)生，是導(dǎo)致高壓電氣設(shè)備絕緣化和劣質(zhì)化的重要因素。又因?yàn)榉烹姷念愋褪遣槐M相同的，對(duì)設(shè)備檢測(cè)的方式也因此存在差異，需要更加精準(zhǔn)地檢測(cè)設(shè)備，從而建立一個(gè)更加穩(wěn)定、更加可靠的電力系統(tǒng)，提高變電站的經(jīng)濟(jì)獲益。

1局部放電的危害

第一，由于局部放電的出現(xiàn)，帶電粒子向四面八方擴(kuò)散，在此過程中會(huì)以很大的沖擊力撞向絕緣材料。導(dǎo)致材料的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，絕緣水平也因此下降。第二，局部放電會(huì)導(dǎo)致絕緣材料的溫度迅速上升，到達(dá)很高的水平，使得材料逐漸氧化及碳化。第三，局部放電現(xiàn)象會(huì)使工作人員的工作環(huán)境的安全性大大降低，高壓漏電會(huì)威脅其生命安全。

2局部放電的檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

2.1在選擇攝像頭的基礎(chǔ)上采集圖像

收集動(dòng)態(tài)的視頻圖像使用系統(tǒng)的名字是Xilinx FPGA 。Xilinx FPGA 系統(tǒng)由攝像頭、圖像的采集與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，以及VGA顯示的驅(qū)動(dòng)單元共同組成。攝像頭的型號(hào)是OV7670，攝像頭的像素是30W，攝像頭可以360°全方位旋轉(zhuǎn)。儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的是雙口通訊的RAM，顯示的是320x240大小的圖像，對(duì)于立體圖像，采集時(shí)使用的方式是全方位采集，給攝像頭的數(shù)據(jù)通訊配備了SCCB協(xié)議。把攝像機(jī)的圖片發(fā)送到PC上，分析和研究圖像時(shí)，是在使用Sobel算子的四幀差分法的基礎(chǔ)上實(shí)行的，這對(duì)于傳感器的開啟與選擇，有著指示和領(lǐng)導(dǎo)作用。在對(duì)圖像的研究過程中，研究者想要明確掌握傳感器活動(dòng)的范圍，第一步需要進(jìn)行差分運(yùn)算，運(yùn)算的對(duì)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(yùn)動(dòng)軌跡出現(xiàn)不尋常的情況的時(shí)候，緊挨著的兩幀圖像就會(huì)有顯而易見的差別，這時(shí)，對(duì)它們做減法，就可以算出圖像實(shí)時(shí)方位的像素差別的絕對(duì)值，將絕對(duì)值與此前設(shè)置好的閾值相比較，就可以得出絕對(duì)值與閾值的大小關(guān)系，根據(jù)所得，能夠?qū)鞲衅鞯幕顒?dòng)特點(diǎn)進(jìn)行研究。

之所以使用四幀差分法而不是三幀差分法，是因?yàn)槲矬w做的是慢速運(yùn)動(dòng)，而三幀差分法在這方面的計(jì)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(duì)物體慢速運(yùn)動(dòng)的計(jì)算要求。四幀差分法，顧名思義是在圖像中選取連續(xù)的四幀，將其差分運(yùn)算。依據(jù)旋轉(zhuǎn)攝像頭全方位無死角等特點(diǎn)，能夠在高壓放電的位置判斷的時(shí)候，做到精準(zhǔn)無比，經(jīng)過準(zhǔn)確地判斷后，在PC上下達(dá)指令[1]。

2.2對(duì)檢測(cè)單元的檢測(cè)以及定位

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

紅外線檢測(cè)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(cè)發(fā)熱的位置。在設(shè)備高壓放電的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致集中放電的部位的溫度在瞬間大幅度地上升。所以檢測(cè)人員在工作的時(shí)候需要用上紅外線傳感器。之所以使用這種傳感器來檢測(cè)，除了因?yàn)榧t外線傳感器檢測(cè)出的結(jié)果是最為精準(zhǔn)的，它能讓檢測(cè)人員在第一時(shí)間獲得測(cè)出的數(shù)據(jù)，是因?yàn)槠渚哂兄庇^與靈敏的特性;還因?yàn)榧t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?yàn)榧t外線可以對(duì)距離進(jìn)行檢測(cè)。

任何檢測(cè)方法都是優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)并存的，紅外線檢測(cè)也不例外。紅外線檢測(cè)沒有辦法做到持續(xù)地、實(shí)時(shí)地檢測(cè)。為了彌補(bǔ)紅外線檢測(cè)存在的缺陷，工作人員在檢測(cè)的過程中，使用紅外線檢測(cè)的同時(shí)，也會(huì)用到超聲波來進(jìn)行檢測(cè)。超聲波檢測(cè)是使用超聲波傳感器來檢測(cè)的，超聲波傳感器安裝的位置，用戶可自行選擇，選擇時(shí)應(yīng)以自身需要為基準(zhǔn)，將超聲波傳感器準(zhǔn)確地安裝在局部放電的部位。超聲波應(yīng)用到的物理學(xué)原理是：機(jī)械波在彈性介質(zhì)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(qiáng)、還有一種叫做聲壓。在變電站中，當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，在這個(gè)過程中會(huì)有非常強(qiáng)烈的沖擊波出現(xiàn)，等到?jīng)_擊波被超聲波傳感器接收到，超聲波傳感器就會(huì)把其振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，用到的原理叫做電學(xué)壓電原理。隨后將數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，例如將其放大或者將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換等。信息會(huì)顯示在示波器上，例如可以看到信號(hào)波形，可以明確到達(dá)的時(shí)間等。工作人員出于對(duì)以后可能發(fā)生的問題早做準(zhǔn)備的目的，會(huì)在局部放電現(xiàn)象發(fā)生之后，分析采集到的數(shù)據(jù)。不過，這個(gè)過程中存在著一個(gè)問題，那就是超聲波檢測(cè)會(huì)隨著距離的增加而逐漸減弱，這會(huì)使得檢測(cè)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(cè)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(cè)出來，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生局部放電的時(shí)候，就可以即時(shí)地將其檢測(cè)出來。特高頻傳感器可以補(bǔ)足使用紅外線傳感器和超聲波傳感器的技術(shù)漏洞，特高頻傳感器在處理高頻信息的時(shí)候非常有效，并且它的抗躁性十分出色，能夠有效地控制現(xiàn)場的噪聲，使其小于400MHz。特高頻傳感器的弱點(diǎn)是在處理電暈放電上，檢測(cè)效果會(huì)受到一定的影響。對(duì)用戶來說，具體選擇哪種傳感器，需要以自身所處的環(huán)境為選擇依據(jù)[2]。

3局部放電檢測(cè)方法的驗(yàn)證與分析

實(shí)驗(yàn)開始之前，選用Microsoft Windows 2010，64 位操作系統(tǒng)，以Visual Studio 2015， OpenCV 3.0為開發(fā)工具，以Inter（R）Core（TM）i7為硬件參數(shù)，選用2.59GHz的主頻和8G大小的內(nèi)存。在實(shí)驗(yàn)的進(jìn)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(cè)時(shí)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(jù)。最后，在相關(guān)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(shè)備，以及智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備端口，以滿足用戶隨時(shí)能夠查看到異常圖像的需要[3]。

在測(cè)試電氣設(shè)備的時(shí)候，高壓放電測(cè)試點(diǎn)的選擇，選擇的是A、B、C、D這四個(gè)位于不同方位的點(diǎn)位置，然后開始測(cè)試。

測(cè)試完成之后，A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)的結(jié)果放到一起比較和研究。具體的檢測(cè)流程是：分別對(duì)A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)以及D點(diǎn)測(cè)試，通過對(duì)其的四十次放電測(cè)驗(yàn)，以上述的紅外線檢測(cè)單元、超聲波檢測(cè)單元、以及特高頻檢測(cè)單元為檢測(cè)方式，檢測(cè)過程中，在安裝了旋轉(zhuǎn)攝像頭和沒有安裝旋轉(zhuǎn)攝像頭的條件下分別進(jìn)行。隨后對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行分析：在沒有安裝旋轉(zhuǎn)攝像頭的條件下，檢測(cè)出的準(zhǔn)確率都沒有超過85%，而在安裝了旋轉(zhuǎn)攝像頭的前提下，對(duì)三種檢測(cè)單元檢測(cè)的準(zhǔn)確率都有了不小的提升，準(zhǔn)確率全部超過90%，說明使用旋轉(zhuǎn)攝像頭對(duì)提升準(zhǔn)確率的幫助是顯而易見。

結(jié)束語：要想使局部放電檢測(cè)的精準(zhǔn)程度大幅上升，可以把圖像的采集技術(shù)和傳感器的檢測(cè)技術(shù)結(jié)合到一起。不僅如此，使用這種方法還能夠使得檢測(cè)工作更加安全，工作人員只需遠(yuǎn)程操控并分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)分析為憑據(jù)做出相應(yīng)的調(diào)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(shè)備的維修成本，極大地降低了事故發(fā)生的頻率，使其更加穩(wěn)定。對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)都有很高的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]包士杰.變電站高壓電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)方法研究[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2019，38（04）：60-65.

[2]唐云輝，胡曦琳.基于聲信號(hào)分析的開關(guān)柜局部放電檢測(cè)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(jiān)測(cè)[J].變壓器，2018，55（01）：25-29.