10 kV开关柜局部放电检测方法研究

何 明，佘乐欣，严铿博，李思尧

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000)

配网系统中，10 kV开关柜的应用范围非常广泛。开关柜本身的运行状态会直接对配网的安全性和可靠性产生影响。10 kV开关柜主要由耦合电容器、电气互感器、隔离开关及绝缘子等部分构成，这些部件长期在恶劣自然环境下运作，一旦部件出现问题，整个配网系统都会陷入瘫痪状态，尤其是10 kV开关柜出现局部放电问题，会导致配网用户的用电安全受到威胁。尽管国家电网公司强调优化漏电检测技术，但现有技术水平依然无法完全满足局部放电检测需求。传统高压局部放电检测方法会令检测人员处于危险工作环境中，且检测使用的万用表获取的检测结果并不完全准确。鉴于上述情况，设计了新型局部放电检测方法，以实现对10 kV开关柜局部漏电问题的检测。

1 10 kV开关柜局部放电检测方案设计

10 kV开关柜主要包括微机保护装置、真空断路器及电流互感器等装置，因此可在检测前分析开关柜中比较容易出现局部放电的部位。高压放电会对人体产生较大伤害，因此本次系统检测借助监控方式，以旋转摄像头360°旋转监控了解开关柜检测的实际情况，在高清摄像头的辅助下，监控系统拍摄到的检测图片通过网络传输到终端系统，检测人员可从不同角度对开关柜图像进行分析[1]。在检测现场，主要对开关柜设置LED点阵矩阵背光源，该光源主要为监控系统摄像头拍摄图片提供照明光亮，令图像拍摄更加清晰[2]。

2 局部放电检测分析方法

2.1 旋转摄像头的图像信息采集设计

本次图像采集系统设计采用了Xilinx FPGA，整个系统包括图像存储、摄像头、图像采集、VGA显示驱动等部分，其中，摄像头主要是360°OV7670摄像头，像素是30 W，数据存储部分通过双口通信RAM，图像采集的窗口尺寸为320×240。图像采集系统完成图像信息采集后，对图像展开分析，先对图像的序列进行差分运算，了解连续两帧图像的差分运算结果，在获得红外线检测单元及超声波检测单元等辅助后，发现局部电信号的运动异常轮廓，将两帧有差异的图像相减，可以得到图像像素值之差的绝对值，此时可判断绝对值是否已经超过了系统所设定的阈值范畴，进而得到电信号的运动特征[3]。

2.2 检验单元的检测和定位设计

借助图像采集系统完成图像预算以后，发现图像采集系统中所安装的摄像头不仅能够对检测现场进行循环检验，还能根据检验结果配合传感器进行定位，从而精确显示出检测局部放电的位置[4]。此时系统将继续依据检测单元对放电位置进行具体检测，获取传感器的检测数据。

传感器对局部放电位置展开的检测主要利用红外线和特高频检测方法。红外线检测方法主要以红外热成像方式为主，对开关柜出现发热的部位进行检测，并获取检测数据。高压放电状态下，将红外线传感设备安装到开关柜发热位置，此时放电位置周边温度骤然增加，借助热成像传感器完成检测，获取的检测结果必然比其他方式获取的检测结果更加准确。该种检测方式不仅使检测结果更加直观，且对发热位置的敏感性较高，能够快速获取检测结果并给出应对措施。红外线传感器设备中传感器电路和温度补偿电路连接起来，此时传感器获取的采样信号经过CI被耦合后放大传输到放大器当中，信号输出经过滤波器，将其中一些不必要的波段滤除。补偿电路继续输入信号，经过放大器放大，与采样信号汇合相加，最终输出到传感器终端当中。尽管红外线检测方式具有诸多优势，但在对开关柜进行检测时，红外线检测方法的连续性不足，很难支撑实时检测。除了上述检测方法以外，特高频检测方式也是检测开关柜局部放电问题的主要方法。该种方式是借助传感器的特高频性能，在获取开关柜的检测结果以后，以特高频的方式发出电磁波。这样不仅能快速准确地接收检测信息，还能在接受信息时表现出较强的抗噪音能力。此时开关柜如果出现放电现象，发出电磁波以后，能够被特高频传感器所接收。但一旦电晕放电时，特高频检测方式无法发挥出最大检测效果。

3 方案测试验证结果

对10 kV开关柜局部放电检测的设计方案进行验证，测试期间选择开关柜上的4个点作为测试位置，以高压放电试验方式检验结果。将测试所获取的数据以波形图方式显示出来，形成开关柜局部放电分解图谱，对4个测试点的数据进行对比分析，得到如表1所示的检测对比表。开关柜4个测试点分别是A、B、C、D，4个点均接受40次放电试验，对4个点展开特高频检验、红外线检验及超声波检验，3种检验均在未安装摄像头及安装摄像头情况下分别测试，得到测试结果。测试如果处于未安装摄像头的情况下，3种测试方式检测结果的准确程度均未超过85%。但如果检测时配合旋转摄像头，能够将3种测试方式的准确度提升到90%以上。可见，要在旋转摄像头配合下完成对开关柜的局部放电检测，从而为检验人员提供更加精准的检测结果数据，以便检验人员及时给出准确的应对方案。

表1 3种检验结果对比Tab.1 Comparison of the results of 3 kinds of detection

4 结语

10 kV开关柜局部放电问题是影响配网运行稳定性的主要因素。为提升配网管理检测水平，电网公司需要设计更加优质的开关柜检测方案，确保检测人员工作环境受到保护且检测结果更加准确。设计了图像采集系统，配合传感器检测系统，经过对开关柜局部放电检测，获取更加精准的放电检测结果，即使检测人员不在检测现场，也能远距离实时完成对开关柜的检测，令高压放电检测工作的安全性大幅度提升，使开关柜的检测效果更好，检测费用得到了合理控制，降低了配网设备出现突发性事故的概率。