10 kV開關柜局部放電檢測方法研究

何 明，佘樂欣，嚴鏗博，李思堯

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

配網系統中，10 kV開關柜的應用范圍非常廣泛。開關柜本身的運行狀態會直接對配網的安全性和可靠性產生影響。10 kV開關柜主要由耦合電容器、電氣互感器、隔離開關及絕緣子等部分構成，這些部件長期在惡劣自然環境下運作，一旦部件出現問題，整個配網系統都會陷入癱瘓狀態，尤其是10 kV開關柜出現局部放電問題，會導致配網用戶的用電安全受到威脅。盡管國家電網公司強調優化漏電檢測技術，但現有技術水平依然無法完全滿足局部放電檢測需求。傳統高壓局部放電檢測方法會令檢測人員處于危險工作環境中，且檢測使用的萬用表獲取的檢測結果并不完全準確。鑒于上述情況，設計了新型局部放電檢測方法，以實現對10 kV開關柜局部漏電問題的檢測。

1 10 kV開關柜局部放電檢測方案設計

10 kV開關柜主要包括微機保護裝置、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柜中比較容易出現局部放電的部位。高壓放電會對人體產生較大傷害，因此本次系統檢測借助監控方式，以旋轉攝像頭360°旋轉監控了解開關柜檢測的實際情況，在高清攝像頭的輔助下，監控系統拍攝到的檢測圖片通過網絡傳輸到終端系統，檢測人員可從不同角度對開關柜圖像進行分析[1]。在檢測現場，主要對開關柜設置LED點陣矩陣背光源，該光源主要為監控系統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 旋轉攝像頭的圖像信息采集設計

本次圖像采集系統設計采用了Xilinx FPGA，整個系統包括圖像存儲、攝像頭、圖像采集、VGA顯示驅動等部分，其中，攝像頭主要是360°OV7670攝像頭，像素是30 W，數據存儲部分通過雙口通信RAM，圖像采集的窗口尺寸為320×240。圖像采集系統完成圖像信息采集后，對圖像展開分析，先對圖像的序列進行差分運算，了解連續兩幀圖像的差分運算結果，在獲得紅外線檢測單元及超聲波檢測單元等輔助后，發現局部電信號的運動異常輪廓，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超過了系統所設定的閾值范疇，進而得到電信號的運動特征[3]。

2.2 檢驗單元的檢測和定位設計

借助圖像采集系統完成圖像預算以后，發現圖像采集系統中所安裝的攝像頭不僅能夠對檢測現場進行循環檢驗，還能根據檢驗結果配合傳感器進行定位，從而精確顯示出檢測局部放電的位置[4]。此時系統將繼續依據檢測單元對放電位置進行具體檢測，獲取傳感器的檢測數據。

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，對開關柜出現發熱的部位進行檢測，并獲取檢測數據。高壓放電狀態下，將紅外線傳感設備安裝到開關柜發熱位置，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，獲取的檢測結果必然比其他方式獲取的檢測結果更加準確。該種檢測方式不僅使檢測結果更加直觀，且對發熱位置的敏感性較高，能夠快速獲取檢測結果并給出應對措施。紅外線傳感器設備中傳感器電路和溫度補償電路連接起來，此時傳感器獲取的采樣信號經過CI被耦合后放大傳輸到放大器當中，信號輸出經過濾波器，將其中一些不必要的波段濾除。補償電路繼續輸入信號，經過放大器放大，與采樣信號匯合相加，最終輸出到傳感器終端當中。盡管紅外線檢測方式具有諸多優勢，但在對開關柜進行檢測時，紅外線檢測方法的連續性不足，很難支撐實時檢測。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，在獲取開關柜的檢測結果以后，以特高頻的方式發出電磁波。這樣不僅能快速準確地接收檢測信息，還能在接受信息時表現出較強的抗噪音能力。此時開關柜如果出現放電現象，發出電磁波以后，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揮出最大檢測效果。

3 方案測試驗證結果

對10 kV開關柜局部放電檢測的設計方案進行驗證，測試期間選擇開關柜上的4個點作為測試位置，以高壓放電試驗方式檢驗結果。將測試所獲取的數據以波形圖方式顯示出來，形成開關柜局部放電分解圖譜，對4個測試點的數據進行對比分析，得到如表1所示的檢測對比表。開關柜4個測試點分別是A、B、C、D，4個點均接受40次放電試驗，對4個點展開特高頻檢驗、紅外線檢驗及超聲波檢驗，3種檢驗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種測試方式檢測結果的準確程度均未超過85%。但如果檢測時配合旋轉攝像頭，能夠將3種測試方式的準確度提升到90%以上。可見，要在旋轉攝像頭配合下完成對開關柜的局部放電檢測，從而為檢驗人員提供更加精準的檢測結果數據，以便檢驗人員及時給出準確的應對方案。

表1 3種檢驗結果對比Tab.1 Comparison of the results of 3 kinds of detection

4 結語

10 kV開關柜局部放電問題是影響配網運行穩定性的主要因素。為提升配網管理檢測水平，電網公司需要設計更加優質的開關柜檢測方案，確保檢測人員工作環境受到保護且檢測結果更加準確。設計了圖像采集系統，配合傳感器檢測系統，經過對開關柜局部放電檢測，獲取更加精準的放電檢測結果，即使檢測人員不在檢測現場，也能遠距離實時完成對開關柜的檢測，令高壓放電檢測工作的安全性大幅度提升，使開關柜的檢測效果更好，檢測費用得到了合理控制，降低了配網設備出現突發性事故的概率。