何 明，佘樂欣，嚴(yán)鏗博，李思堯

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

配網(wǎng)系統(tǒng)中，10 kV開關(guān)柜的應(yīng)用范圍非常廣泛。開關(guān)柜本身的運(yùn)行狀態(tài)會直接對配網(wǎng)的安全性和可靠性產(chǎn)生影響。10 kV開關(guān)柜主要由耦合電容器、電氣互感器、隔離開關(guān)及絕緣子等部分構(gòu)成，這些部件長期在惡劣自然環(huán)境下運(yùn)作，一旦部件出現(xiàn)問題，整個配網(wǎng)系統(tǒng)都會陷入癱瘓狀態(tài)，尤其是10 kV開關(guān)柜出現(xiàn)局部放電問題，會導(dǎo)致配網(wǎng)用戶的用電安全受到威脅。盡管國家電網(wǎng)公司強(qiáng)調(diào)優(yōu)化漏電檢測技術(shù)，但現(xiàn)有技術(shù)水平依然無法完全滿足局部放電檢測需求。傳統(tǒng)高壓局部放電檢測方法會令檢測人員處于危險(xiǎn)工作環(huán)境中，且檢測使用的萬用表獲取的檢測結(jié)果并不完全準(zhǔn)確。鑒于上述情況，設(shè)計(jì)了新型局部放電檢測方法，以實(shí)現(xiàn)對10 kV開關(guān)柜局部漏電問題的檢測。

1 10 kV開關(guān)柜局部放電檢測方案設(shè)計(jì)

10 kV開關(guān)柜主要包括微機(jī)保護(hù)裝置、真空斷路器及電流互感器等裝置，因此可在檢測前分析開關(guān)柜中比較容易出現(xiàn)局部放電的部位。高壓放電會對人體產(chǎn)生較大傷害，因此本次系統(tǒng)檢測借助監(jiān)控方式，以旋轉(zhuǎn)攝像頭360°旋轉(zhuǎn)監(jiān)控了解開關(guān)柜檢測的實(shí)際情況，在高清攝像頭的輔助下，監(jiān)控系統(tǒng)拍攝到的檢測圖片通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端系統(tǒng)，檢測人員可從不同角度對開關(guān)柜圖像進(jìn)行分析[1]。在檢測現(xiàn)場，主要對開關(guān)柜設(shè)置LED點(diǎn)陣矩陣背光源，該光源主要為監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭拍攝圖片提供照明光亮，令圖像拍攝更加清晰[2]。

2 局部放電檢測分析方法

2.1 旋轉(zhuǎn)攝像頭的圖像信息采集設(shè)計(jì)

本次圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了Xilinx FPGA，整個系統(tǒng)包括圖像存儲、攝像頭、圖像采集、VGA顯示驅(qū)動等部分，其中，攝像頭主要是360°OV7670攝像頭，像素是30 W，數(shù)據(jù)存儲部分通過雙口通信RAM，圖像采集的窗口尺寸為320×240。圖像采集系統(tǒng)完成圖像信息采集后，對圖像展開分析，先對圖像的序列進(jìn)行差分運(yùn)算，了解連續(xù)兩幀圖像的差分運(yùn)算結(jié)果，在獲得紅外線檢測單元及超聲波檢測單元等輔助后，發(fā)現(xiàn)局部電信號的運(yùn)動異常輪廓，將兩幀有差異的圖像相減，可以得到圖像像素值之差的絕對值，此時可判斷絕對值是否已經(jīng)超過了系統(tǒng)所設(shè)定的閾值范疇，進(jìn)而得到電信號的運(yùn)動特征[3]。

2.2 檢驗(yàn)單元的檢測和定位設(shè)計(jì)

借助圖像采集系統(tǒng)完成圖像預(yù)算以后，發(fā)現(xiàn)圖像采集系統(tǒng)中所安裝的攝像頭不僅能夠?qū)z測現(xiàn)場進(jìn)行循環(huán)檢驗(yàn)，還能根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果配合傳感器進(jìn)行定位，從而精確顯示出檢測局部放電的位置[4]。此時系統(tǒng)將繼續(xù)依據(jù)檢測單元對放電位置進(jìn)行具體檢測，獲取傳感器的檢測數(shù)據(jù)。

傳感器對局部放電位置展開的檢測主要利用紅外線和特高頻檢測方法。紅外線檢測方法主要以紅外熱成像方式為主，對開關(guān)柜出現(xiàn)發(fā)熱的部位進(jìn)行檢測，并獲取檢測數(shù)據(jù)。高壓放電狀態(tài)下，將紅外線傳感設(shè)備安裝到開關(guān)柜發(fā)熱位置，此時放電位置周邊溫度驟然增加，借助熱成像傳感器完成檢測，獲取的檢測結(jié)果必然比其他方式獲取的檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確。該種檢測方式不僅使檢測結(jié)果更加直觀，且對發(fā)熱位置的敏感性較高，能夠快速獲取檢測結(jié)果并給出應(yīng)對措施。紅外線傳感器設(shè)備中傳感器電路和溫度補(bǔ)償電路連接起來，此時傳感器獲取的采樣信號經(jīng)過CI被耦合后放大傳輸?shù)椒糯笃鳟?dāng)中，信號輸出經(jīng)過濾波器，將其中一些不必要的波段濾除。補(bǔ)償電路繼續(xù)輸入信號，經(jīng)過放大器放大，與采樣信號匯合相加，最終輸出到傳感器終端當(dāng)中。盡管紅外線檢測方式具有諸多優(yōu)勢，但在對開關(guān)柜進(jìn)行檢測時，紅外線檢測方法的連續(xù)性不足，很難支撐實(shí)時檢測。除了上述檢測方法以外，特高頻檢測方式也是檢測開關(guān)柜局部放電問題的主要方法。該種方式是借助傳感器的特高頻性能，在獲取開關(guān)柜的檢測結(jié)果以后，以特高頻的方式發(fā)出電磁波。這樣不僅能快速準(zhǔn)確地接收檢測信息，還能在接受信息時表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗噪音能力。此時開關(guān)柜如果出現(xiàn)放電現(xiàn)象，發(fā)出電磁波以后，能夠被特高頻傳感器所接收。但一旦電暈放電時，特高頻檢測方式無法發(fā)揮出最大檢測效果。

3 方案測試驗(yàn)證結(jié)果

對10 kV開關(guān)柜局部放電檢測的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，測試期間選擇開關(guān)柜上的4個點(diǎn)作為測試位置，以高壓放電試驗(yàn)方式檢驗(yàn)結(jié)果。將測試所獲取的數(shù)據(jù)以波形圖方式顯示出來，形成開關(guān)柜局部放電分解圖譜，對4個測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得到如表1所示的檢測對比表。開關(guān)柜4個測試點(diǎn)分別是A、B、C、D，4個點(diǎn)均接受40次放電試驗(yàn)，對4個點(diǎn)展開特高頻檢驗(yàn)、紅外線檢驗(yàn)及超聲波檢驗(yàn)，3種檢驗(yàn)均在未安裝攝像頭及安裝攝像頭情況下分別測試，得到測試結(jié)果。測試如果處于未安裝攝像頭的情況下，3種測試方式檢測結(jié)果的準(zhǔn)確程度均未超過85%。但如果檢測時配合旋轉(zhuǎn)攝像頭，能夠?qū)?種測試方式的準(zhǔn)確度提升到90%以上。可見，要在旋轉(zhuǎn)攝像頭配合下完成對開關(guān)柜的局部放電檢測，從而為檢驗(yàn)人員提供更加精準(zhǔn)的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，以便檢驗(yàn)人員及時給出準(zhǔn)確的應(yīng)對方案。

表1 3種檢驗(yàn)結(jié)果對比Tab.1 Comparison of the results of 3 kinds of detection

4 結(jié)語

10 kV開關(guān)柜局部放電問題是影響配網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的主要因素。為提升配網(wǎng)管理檢測水平，電網(wǎng)公司需要設(shè)計(jì)更加優(yōu)質(zhì)的開關(guān)柜檢測方案，確保檢測人員工作環(huán)境受到保護(hù)且檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)了圖像采集系統(tǒng)，配合傳感器檢測系統(tǒng)，經(jīng)過對開關(guān)柜局部放電檢測，獲取更加精準(zhǔn)的放電檢測結(jié)果，即使檢測人員不在檢測現(xiàn)場，也能遠(yuǎn)距離實(shí)時完成對開關(guān)柜的檢測，令高壓放電檢測工作的安全性大幅度提升，使開關(guān)柜的檢測效果更好，檢測費(fèi)用得到了合理控制，降低了配網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)突發(fā)性事故的概率。