摘要：高压电气设备作为电力系统的重要组成部分，其外部绝缘体可靠性直接影响到整个电力系统的稳定性。高压电气设备外部绝缘体故障检测方法研究对提高供电网供电和输电的可靠性与安全性具有重要意义。基于此，在接下来的文章中，将围绕高压电气设备外部绝缘体图像故障检测仿真方面展开详细分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。
关键词：高压电气设备;外部绝缘体;故障检测
引言：对高压电气设备外部绝缘体的故障检测，能够有效保证电力系统的安全运行。对绝缘体图像进行故障检测，需要采用imadjust函数进行图像对比度调节，选取图像中光斑面积大小作为紫外成像量化参数，完成图像故障检测。
一、高压电气外部绝缘体故障检测系统原理
采用兆欧表测量高压电气设备试品漏电流在标准电阻上的电压来推算高压电气设备试品的外部绝缘体电阻；对高压电气设备电压误差和电源在量程范围之内的负载特性进行了计算；同时在测量设备的试品吸收比和极化系数等参量时，对设备电源10min之内的稳定性和波纹系数做出了要求；根据兆欧表容量的定量指标输出电流结果对设备绝缘可靠性进行检测。
二、高压电气设备外部绝缘体图像故障检测研究
建立高压电气设备外部绝缘体紫外图像数学模型，对电力系统传感器输出的噪声信号利用用梯形低通滤波器进行平滑去噪，通过四邻域法对去噪后的设备紫外图像进行边界提取获得故障特征；对包含故障特征的放电光斑图像进行格式转换，采用imadjust函数进行对比度调节；选取放电光斑图像中的光斑面积大小作为紫外成像量化参量，根据其与放电量之间的关系进行高压电气设备外部绝缘体故障检测。
（一）高压电气设备外部绝缘体故障的特征提取
假设f(x，y)表示高压电气设备外部绝缘体紫外图像像素的坐标；fT(x，y)表示高压电气设备外部绝缘体紫外图像中的有用信号；n(x，y)表示高压电气设备外部绝缘体紫外图像中的噪声信号，则高压电气设备外部绝缘体紫外图像数学模型的计算表达式如：f(x，y)=fT(x，y)+n(x，y)；对电力系统传感器采集获得高压电气设备外部绝缘体故障进行预处理就是要去除对紫外图像中的噪声n(x，y)。假设f(x，y)与设备线性位不变算子h(x，y)的卷积结果是g(x，y)，即：
g(x，y)=h(x，y)×f(x，y)；根据上述卷积定理可得高压电气设备紫外图像的频域关系如下：G(u，v)=H(u，v)•F(u，v)。采用四邻域法对去噪后的设备紫外图像进行边界提取，提取设备紫外图像边界时，逐个考察每个像素点和它四个相邻邻域内的紫外图像像素值，如果该点的像素值为非零且在该点的四个相邻邻域内至少有1个点的像素值为0，则判定该像素点在边界上，按照上述步骤依此找出设备紫外图像中的所有边界点即可提取出高压电气设备外部绝缘体放电区域边界，即故障特征。
（二）基于设备外部绝缘体故障特征的检测方法
对上述提取获得的高压电气设备外部绝缘体故障特征采用紫外成像仪拍摄，并进行放电区域截图，得到放电的光斑图像，将放电光斑图像转换为JPG格式。假设f(x，y)代表输入高压电气设备外部绝缘体放电光斑图像的像素点(x，y)的灰度值；g(x，y)代表输出高压电气设备外部绝缘体放电光斑图像的像素灰度值；max和min分别代表放电光斑图像显示设备所允许的最大灰度值动态范围。对高压电气设备外部绝缘体放电光斑图像进行对比度调节的目的是使得电晕放电的亮斑从背景图像中更加容易识别。设备外部绝缘体光斑图像的对比度调节运算在Matlab软件中采用imadjust函数进行运算处理[1]。
三、实验结果分析
（一）设备外部合成绝缘子的端部金具放电试验
在实验室内对高压电气设备外部合成绝缘子施加额定运行电压，根据试验研究报告可知，与设备合成绝缘子其它部位相比，设备合成绝缘子端部金具最容易发生放电现象，且设备合成绝缘子高压侧金具发生放电现象的几率远远超过接地的一侧。设备合成绝缘子端部金具放电特点为:放电通常不强，但是大多数呈间歇性爆发放电状态，且一旦出现放电现象就不容易被熄灭，放电点位置相对固定，无论在干燥还是在湿润的环境下都有发生的可能。根据紫外图谱分析高压电器设备外部合成绝缘子端部金具放电的原因为:从设备的几何结构角度分析，合成绝缘子两端的金具较小而中间的芯棒细长，其轴向电场的分布明显不均匀，靠近高压电气设备高压侧的电场强度最高，容易出现放电现象;此外，有些合成绝缘子生产厂家在端部金具部分设计明显不合理，例如端部金具曲率过大，金具表面有较多毛刺，或者由于闪络引起端部金具烧损等因素都有可能加强高压电气设备的局部电场强度，导致绝缘子发生发电现象[2]。
（二）加装均压环的设备外部合成绝缘子放电试验
在实验室内对加装均压环的高压电气设备外部合成绝缘子施加额定运行电压，研究报告指出，加装均压环的设备外部合成绝缘体发生放电现象的几率也比较高，且放电主要发生在设备的高压侧，加装均压环的高压电器设备外部合成绝缘子放电紫外图谱分析如下图所示：
合成绝缘子端部金具放电紫外图谱：
.png)
采用所提方法，根据上图的紫外图谱分析加装均压环的高压电器设备外部合成绝缘子放电的原因为:均压环反装，加装的均压环表面粗糙，凹凸不平，有较多毛刺或者划痕，闪络引起均压环烧损，端部金具采用拼装式结构导致设备与外部合成绝缘子连接处电场强度过高等。为了进一步检验所提方法的有效性，对加装均压环的高压电气设备外部合成绝缘子的两种典型缺陷，即均压环反装和端部金具拼装式结构连接进行试验研究与分析。高压电气设备均压环反装会导致合成绝缘子高压侧电场强度过于集中，出现局部放电现象，导致合成绝缘子密封破坏加速，芯棒过早暴露。在实验室内分别对高压电气设备的均压环正装和反装情况进行了模拟，研究结果表明，高压电气设备均压环反装比正装情况放电现象强烈。由于高压电气设备均压环采用拼装式结构，在加装过程中与设备的连接处电场强度过高，容易引发放电现象。因此，上述实验研究结果表明，采用紫外成像技术能够实现以合成绝缘子为例的高压电器设备外部绝缘可靠性的准确检测[3]。
结论：
简而言之，文章采用紫外成像技术对高压电气设备外部绝缘故障进行检测，对于防止高压电气设备外部绝缘事故的发生，保证电力系统的正常、安全和稳定运行具有重要的科学价值和实用价值。仿真以市面上广泛应用的合成绝缘子为例，采用紫外成像技术对其端部金具、均压环反装和均压环拼装结构连接处的放电特性进行了实验研究与理论分析，得到了大量有价值的典型放电紫外图谱，了解了高压电器设备外部绝缘子发生放电现象的原因，为判断高压电气设备外部绝缘可靠性提供了有力依据。为此，文章围绕高压电气设备外部绝缘体图像故障检测仿真方面进行了详细分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值[4]。
参考文献：
[1]方挺，韩家明．航拍图像中绝缘子缺陷的检测与定位[J].计算机科学，2016，43(s1):222－225．
[2]翟荔婷，等．基于3D塔架配准的绝缘子自爆缺陷检测[J].计算机工程与科学，2016，38(8):1688－1694．
论文作者:李维宇1,林峰2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：高压论文; 绝缘体论文; 绝缘子论文; 电气设备论文; 图像论文; 光斑论文; 故障论文; 《电力设备》2018年第21期论文;