10 kV開關(guān)柜局部放電檢測(cè)方法研究

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(huì)直接對(duì)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(zhǎng)期在惡劣自然環(huán)境下運(yùn)作，一旦部件出現(xiàn)問題，整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)都會(huì)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(huì)導(dǎo)致配網(wǎng)用戶的用電安全受到威脅。盡管國(guó)家電網(wǎng)公司強(qiáng)調(diào)優(yōu)化漏電檢測(cè)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(cè)需求。傳統(tǒng)高壓局部放電檢測(cè)方法會(huì)令檢測(cè)人員處于危險(xiǎn)工作環(huán)境中，且檢測(cè)使用的萬用表獲取的檢測(cè)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(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)10 kV開關(guān)柜局部漏電問題的檢測(cè)。

1 10 kV開關(guān)柜局部放電檢測(cè)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(cè)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(huì)對(duì)人體產(chǎn)生較大傷害，因此本次系統(tǒng)檢測(cè)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(cè)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(cè)圖片通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端系統(tǒng)，檢測(cè)人員可從不同角度對(duì)開關(guān)柜圖像進(jìn)行分析[1]。在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，主要對(duì)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(cè)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(gè)系統(tǒng)包括圖像存儲(chǔ)、攝像頭、圖像采集、VGA顯示驅(qū)動(dòng)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(chǔ)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(duì)圖像展開分析，先對(duì)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(cè)單元及超聲波檢測(cè)單元等輔助后，發(fā)現(xiàn)局部電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)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(duì)值，此時(shí)可判斷絕對(duì)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(hào)的運(yùn)動(dòng)特征[3]。

2.2 檢驗(yàn)單元的檢測(cè)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(cè)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)局部放電的位置[4]。此時(shí)系統(tǒng)將繼續(xù)依據(jù)檢測(cè)單元對(duì)放電位置進(jìn)行具體檢測(cè)，獲取傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

傳感器對(duì)局部放電位置展開的檢測(cè)主要利用紅外線和特高頻檢測(cè)方法。紅外線檢測(cè)方法主要以紅外熱成像方式為主，對(duì)開關(guān)柜出現(xiàn)發(fā)熱的部位進(jìn)行檢測(cè)，并獲取檢測(cè)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(shí)放電位置周邊溫度驟然增加，借助熱成像傳感器完成檢測(cè)，獲取的檢測(cè)結(jié)果必然比其他方式獲取的檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。該種檢測(cè)方式不僅使檢測(cè)結(jié)果更加直觀，且對(duì)發(fā)熱位置的敏感性較高，能夠快速獲取檢測(cè)結(jié)果并給出應(yīng)對(duì)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(shí)傳感器獲取的采樣信號(hào)經(jīng)過CI被耦合后放大傳輸?shù)椒糯笃鳟?dāng)中，信號(hào)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(hào)，經(jīng)過放大器放大，與采樣信號(hào)匯合相加，最終輸出到傳感器終端當(dāng)中。盡管紅外線檢測(cè)方式具有諸多優(yōu)勢(shì)，但在對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，紅外線檢測(cè)方法的連續(xù)性不足，很難支撐實(shí)時(shí)檢測(cè)。除了上述檢測(cè)方法以外，特高頻檢測(cè)方式也是檢測(cè)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(cè)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(cè)信息，還能在接受信息時(shí)表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗噪音能力。此時(shí)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(shí)，特高頻檢測(cè)方式無法發(fā)揮出最大檢測(cè)效果。

3 方案測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果

對(duì)10 kV開關(guān)柜局部放電檢測(cè)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試期間選擇開關(guān)柜上的4個(gè)點(diǎn)作為測(cè)試位置，以高壓放電試驗(yàn)方式檢驗(yàn)結(jié)果。將測(cè)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(duì)4個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得到如表1所示的檢測(cè)對(duì)比表。開關(guān)柜4個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別是A、B、C、D，4個(gè)點(diǎn)均接受40次放電試驗(yàn)，對(duì)4個(gè)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(cè)試，得到測(cè)試結(jié)果。測(cè)試如果處于未安裝攝像頭的情況下，3種測(cè)試方式檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確程度均未超過85%。但如果檢測(cè)時(shí)配合旋轉(zhuǎn)攝像頭，能夠?qū)?種測(cè)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(duì)開關(guān)柜的局部放電檢測(cè)，從而為檢驗(yàn)人員提供更加精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，以便檢驗(yàn)人員及時(shí)給出準(zhǔn)確的應(yīng)對(duì)方案。

表1 3種檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)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(cè)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(cè)方案，確保檢測(cè)人員工作環(huán)境受到保護(hù)且檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)開關(guān)柜局部放電檢測(cè)，獲取更加精準(zhǔn)的放電檢測(cè)結(jié)果，即使檢測(cè)人員不在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，也能遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)完成對(duì)開關(guān)柜的檢測(cè)，令高壓放電檢測(cè)工作的安全性大幅度提升，使開關(guān)柜的檢測(cè)效果更好，檢測(cè)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。