变电站高压电气设备局部放电检测方法分析

武宏伟

摘要：在电力系统的运行过程中，高压电气设备在其中的作用至关重要，是电力系统得以安全可靠地工作的重要保障。基于此，变电站采取了相应的检验和测试局部放电的措施，本文出于降低设备的危险性，避免维修的成本增加情况发生，增加企业收入的目的，对局部放电检测方案予以介绍，对检测的方法进行验证和分析。

关键词：变电站;高压电气设备;局部放电

引言：局部放电是指在高压电流经过的时候，电气设备中有瑕疵的地方出现小范围的、反复的放电现象。局部放电现象的产生，是导致高压电气设备绝缘化和劣质化的重要因素。又因为放电的类型是不尽相同的，对设备检测的方式也因此存在差异，需要更加精准地检测设备，从而建立一个更加稳定、更加可靠的电力系统，提高变电站的经济获益。

1局部放电的危害

第一，由于局部放电的出现，带电粒子向四面八方扩散，在此过程中会以很大的冲击力撞向绝缘材料。导致材料的分子结构发生变异，绝缘水平也因此下降。第二，局部放电会导致绝缘材料的温度迅速上升，到达很高的水平，使得材料逐渐氧化及碳化。第三，局部放电现象会使工作人员的工作环境的安全性大大降低，高压漏电会威胁其生命安全。

2局部放电的检测方法设计

2.1在选择摄像头的基础上采集图像

收集动态的视频图像使用系统的名字是Xilinx FPGA 。Xilinx FPGA 系统由摄像头、图像的采集与数据的存储单元，以及VGA显示的驱动单元共同组成。摄像头的型号是OV7670，摄像头的像素是30W，摄像头可以360°全方位旋转。储存数据的是双口通讯的RAM，显示的是320x240大小的图像，对于立体图像，采集时使用的方式是全方位采集，給摄像头的数据通讯配备了SCCB协议。把摄像机的图片发送到PC上，分析和研究图像时，是在使用Sobel算子的四帧差分法的基础上实行的，这对于传感器的开启与选择，有着指示和领导作用。在对图像的研究过程中，研究者想要明确掌握传感器活动的范围，第一步需要进行差分运算，运算的对象是图像序列里紧接着的、不间断的两帧。如果在观察到物体的运动轨迹出现不寻常的情况的时候，紧挨着的两帧图像就会有显而易见的差别，这时，对它们做减法，就可以算出图像实时方位的像素差别的绝对值，将绝对值与此前设置好的阈值相比较，就可以得出绝对值与阈值的大小关系，根据所得，能够对传感器的活动特点进行研究。

之所以使用四帧差分法而不是三帧差分法，是因为物体做的是慢速运动，而三帧差分法在这方面的计算能力不足以满足人们研究的需要，四帧差分法正好是其改良版本，符合人们对物体慢速运动的计算要求。四帧差分法，顾名思义是在图像中选取连续的四帧，将其差分运算。依据旋转摄像头全方位无死角等特点，能够在高压放电的位置判断的时候，做到精准无比，经过准确地判断后，在PC上下达指令[1]。

2.2对检测单元的检测以及定位

在图像收集工作完成之后，待使用四帧差分法进行计算过后，旋转摄像头的工作内容除了巡视与检查以外，还需要按照检测的单元对单元内放电的状况进行检测。具体的做法，首先要对传感器的位置进行定位，之后通过检测的手段，明确无误地找出局部放电发生的位置在哪里。

红外线检测使用的是红外线传感器。而红外线传感器的工作原理是使用红外热成像的方法，之后检测发热的位置。在设备高压放电的时候，会导致集中放电的部位的温度在瞬间大幅度地上升。所以检测人员在工作的时候需要用上红外线传感器。之所以使用这种传感器来检测，除了因为红外线传感器检测出的结果是最为精准的，它能让检测人员在第一时间获得测出的数据，是因为其具有直观与灵敏的特性;还因为红外线传感器具有其他的功能，比如可以得出放电距离，这是因为红外线可以对距离进行检测。

任何检测方法都是优点与缺点并存的，红外线检测也不例外。红外线检测没有办法做到持续地、实时地检测。为了弥补红外线检测存在的缺陷，工作人员在检测的过程中，使用红外线检测的同时，也会用到超声波来进行检测。超声波检测是使用超声波传感器来检测的，超声波传感器安装的位置，用户可自行选择，选择时应以自身需要为基准，将超声波传感器准确地安装在局部放电的部位。超声波应用到的物理学原理是：机械波在弹性介质的传播过程中，依照波的频率的差异而被分成三类：分别是次声波、超声波、还有一种是声波。超声波在物理上的特性同样由三部分组成，这三部分分别是声阻抗、声强、还有一种叫做声压。在变电站中，当电气设备出现局部放电现象，在这个过程中会有非常强烈的冲击波出现，等到冲击波被超声波传感器接收到，超声波传感器就会把其振动信号转换成数字电信号，用到的原理叫做电学压电原理。随后将数字电信号进行计算，例如将其放大或者将其进行转换等。信息会显示在示波器上，例如可以看到信号波形，可以明确到达的时间等。工作人员出于对以后可能发生的问题早做准备的目的，会在局部放电现象发生之后，分析采集到的数据。不过，这个过程中存在着一个问题，那就是超声波检测会随着距离的增加而逐渐减弱，这会使得检测的灵敏程度也随之降低。

接下来要介绍的是一种叫做特高频的检测单元，其工作原理是特高频传出的电磁波能够被特高频传感器检测出来，当电气设备发生局部放电的时候，就可以即时地将其检测出来。特高频传感器可以补足使用红外线传感器和超声波传感器的技术漏洞，特高频传感器在处理高频信息的时候非常有效，并且它的抗躁性十分出色，能够有效地控制现场的噪声，使其小于400MHz。特高频传感器的弱点是在处理电晕放电上，检测效果会受到一定的影响。对用户来说，具体选择哪种传感器，需要以自身所处的环境为选择依据[2]。

3局部放电检测方法的验证与分析

实验开始之前，选用Microsoft Windows 2010，64 位操作系统，以Visual Studio 2015， OpenCV 3.0为开发工具，以Inter（R）Core（TM）i7为硬件参数，选用2.59GHz的主频和8G大小的内存。在实验的进程中，保存异常图像是通过C++来完成的，在此之后，把保存过的异常图像放置到文件夹中，可以凭借检测时间不同来分类和命名，也可以以图像的尺寸大小为分类和命名的依据。最后，在相关的文件夹里面，将之前保存好的异常图像传送到诸如平板电脑、PDA设备，以及智能手机等移动设备端口，以满足用户随时能够查看到异常图像的需要[3]。

在测试电气设备的时候，高压放电测试点的选择，选择的是A、B、C、D这四个位于不同方位的点位置，然后开始测试。

测试完成之后，A、B、C、D四个点的结果放到一起比较和研究。具体的检测流程是：分别对A点、B点、C点以及D点测试，通过对其的四十次放电测验，以上述的红外线检测单元、超声波检测单元、以及特高频检测单元为检测方式，检测过程中，在安装了旋转摄像头和没有安装旋转摄像头的条件下分别进行。随后对得出的结果进行分析：在没有安装旋转摄像头的条件下，检测出的准确率都没有超过85%，而在安装了旋转摄像头的前提下，对三种检测单元检测的准确率都有了不小的提升，准确率全部超过90%，说明使用旋转摄像头对提升准确率的帮助是显而易见。

结束语：要想使局部放电检测的精准程度大幅上升，可以把图像的采集技术和传感器的检测技术结合到一起。不仅如此，使用这种方法还能够使得检测工作更加安全，工作人员只需远程操控并分析实时数据，以数据分析为凭据做出相应的调整就可以完成自己的工作。这种方法与以往的方案相比，可以有效降低设备的维修成本，极大地降低了事故发生的频率，使其更加稳定。对经济和社会都有很高的价值。

参考文献：

[1]包士杰.变电站高压电气设备局部放电检测方法研究[J].计算技术与自动化，2019，38（04）：60-65.

[2]唐云辉，胡曦琳.基于声信号分析的开关柜局部放电检测算法研究[J].电子器件，2018，41（03）：644-648.

[3]凌霜寒，黄立军，米贤才，等.核电厂高压厂用变压器局部放电在线监测[J].变压器，2018，55（01）：25-29.