武宏偉

摘要：在電力系統(tǒng)的運行過程中，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)的檢驗和測試局部放電的措施，本文出于降低設(shè)備的危險性，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(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。又因為放電的類型是不盡相同的，對設(shè)備檢測的方式也因此存在差異，需要更加精準地檢測設(shè)備，從而建立一個更加穩(wěn)定、更加可靠的電力系統(tǒng)，提高變電站的經(jīng)濟獲益。

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散，在此過程中會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，局部放電會導(dǎo)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(xiàn)象會使工作人員的工作環(huán)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(shè)計

2.1在選擇攝像頭的基礎(chǔ)上采集圖像

收集動態(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)的存儲單元，以及VGA顯示的驅(qū)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(zhuǎn)。儲存數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通訊配備了SCCB協(xié)議。把攝像機的圖片發(fā)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(chǔ)上實行的，這對于傳感器的開啟與選擇，有著指示和領(lǐng)導(dǎo)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(xiàn)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(shè)置好的閾值相比較，就可以得出絕對值與閾值的大小關(guān)系，根據(jù)所得，能夠?qū)鞲衅鞯幕顒犹攸c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(xù)的四幀，將其差分運算。依據(jù)旋轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)攝像頭的工作內(nèi)容除了巡視與檢查以外，還需要按照檢測的單元對單元內(nèi)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(fā)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(fā)熱的位置。在設(shè)備高壓放電的時候，會導(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(jié)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(shù)據(jù)，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(yōu)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(xù)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(yīng)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(yīng)用到的物理學(xué)原理是：機械波在彈性介質(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、還有一種叫做聲壓。在變電站中，當電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，在這個過程中會有非常強烈的沖擊波出現(xiàn)，等到?jīng)_擊波被超聲波傳感器接收到，超聲波傳感器就會把其振動信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，用到的原理叫做電學(xué)壓電原理。隨后將數(shù)字電信號進行計算，例如將其放大或者將其進行轉(zhuǎn)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(fā)生的問題早做準備的目的，會在局部放電現(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(shè)備發(fā)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(shù)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(xiàn)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(huán)境為選擇依據(jù)[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(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(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，以及智能手機等移動設(shè)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(shè)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(jié)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(zhuǎn)攝像頭和沒有安裝旋轉(zhuǎn)攝像頭的條件下分別進行。隨后對得出的結(jié)果進行分析：在沒有安裝旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)攝像頭對提升準確率的幫助是顯而易見。

結(jié)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(shù)和傳感器的檢測技術(shù)結(jié)合到一起。不僅如此，使用這種方法還能夠使得檢測工作更加安全，工作人員只需遠程操控并分析實時數(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。對經(jīng)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(shè)備局部放電檢測方法研究[J].計算技術(shù)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(guān)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(jiān)測[J].變壓器，2018，55（01）：25-29.