Έρευνα στη Τεχνολογία Ανίχνευσης και τη Μέθοδο Ανάλυσης της Μερικής Διαφύγου σε Σπίτια Στοιβασμού SF6
Το εγκατεστημένο στο πάτωμα τεχνητό υποβρύχιο-τύπου προστατευτικός διακόπτης είναι ένα βασικό στοιχείο ελέγχου και προστασίας σε υποσταθμείς και συστήματα ενέργειας. Χρησιμοποιείται κυρίως για να διακόπτει, να κλείνει και να μεταφέρει φυσιολογικές ροές φορτίου σε γραμμές, καθώς και για να αποκόπτει ροές σύνδεσης κατά τη διάρκεια αποτυχιών του συστήματος. Συνίσταται από συστατικά στοιχεία όπως στοιχεία διακοπής, απομονωτικά κεφαλίδια, μετατροπείς ρεύματος τύπου κεφαλίδιο, δωμάτια εξαφάνισης λαμπτήρα, μηχανήματα λειτουργίας και περίβλημα γείωσης. Το δωμάτιο εξαφάνισης του εγκατεστημένου στο πάτωμα τεχνητού υποβρύχιο-τύπου προστατευτικού διακόπτη είναι στοιχειωμένο μέσα σε μεταλλικό περίβλημα γείωσης.
Το SF₆ χρησιμοποιείται ως απομονωτικό και εξαφανιστικό μέσο για τους τύπου υποβρύχιο προστατευτικούς διακόπτες. Σε ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο, η δύναμη απομόνωσής του είναι περίπου τρεις φορές αυτή του αέρα, ενώ η δυνατότητα εξαφάνισης λαμπτήρα είναι περίπου 100 φορές αυτή του αέρα. Ως αποτέλεσμα, οι διακόπτες SF₆ χαρακτηρίζονται από συμπαγή δομή και μικρή απαίτηση χώρου. Επιπλέον, οι εγκατεστημένοι στο πάτωμα τεχνητοί υποβρύχιο-τύπου προστατευτικοί διακόπτες παρέχουν πλεονεκτήματα όπως χαμηλό κέντρο βαρύτητας της εξοπλισμού, σταθερή δομή, καλή σεισμοαντοχή, ενσωματωμένους μετατροπείς ρεύματος, ισχυρή αντοχή στην ρύπανση και εύκολη συντήρηση.
Ωστόσο, κατά την κατασκευή, συναρμολόγηση, μεταφορά και λειτουργία των τύπου υποβρύχιο προστατευτικών διακόπτων, μπορεί να προκύψουν απομονωτικές ελλείψεις λόγω παραγόντων όπως κακή επεξεργασία, συγκρούσεις, χτυπήματα και λειτουργίες διακοπής. Τυπικές απομονωτικές ελλείψεις περιλαμβάνουν προεξέχοντα μεταλλικά αντικείμενα σε διαγωνίσματα ή περιβλήματα, πλούσια ηλεκτρόδη και ελεύθερα μεταλλικά σωματίδια. Όταν η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου συγκεντρώνεται στην απομονωτική ελλείψη και φθάνει στην ισχύ της διάσπασης της περιοχής υπό την επιταχυντική ή την ρευστή τάση, παρουσιάζεται μερική διακοπή (PD). Η μερική διακοπή είναι η κύρια αιτία της κατάρρευσης της απομόνωσης στους διακόπτες και ένα προδιανομαστής της αποτυχίας της απομόνωσης. Έτσι, η συνεχής παρακολούθηση των σημάτων μερικής διακοπής μπορεί να ανιχνεύσει απομονωτικές ελλείψεις πριν από την αποτυχία, η οποία είναι ένα βασικό μέσο για την εγγύηση της ασφαλούς και σταθερής λειτουργίας των εγκατεστημένων στο πάτωμα τεχνητών υποβρύχιο-τύπου προστατευτικών διακόπτων και του συστήματος ενέργειας.
Βάσει των φυσικών σημάτων που παράγονται κατά τη διακοπή, τα κύρια μέθοδα ανίχνευσης μερικής διακοπής για διακόπτες είναι το μέθοδο του παλμικού ρεύματος, το μέθοδο της υπερηχού (AE), το μέθοδο της παρατηρητικής γης (TEV) και το μέθοδο της υπερυψηλής συχνότητας (UHF) [2 - 3]. Αυτό το άρθρο συνδυάζει πειραματική και επιτόπια εμπειρία για να επαναλάβει διάφορα μέθοδα ανίχνευσης και ανάλυσης μερικής διακοπής για τους SF₆ εγκατεστημένους στο πάτωμα τεχνητούς υποβρύχιο-τύπου προστατευτικούς διακόπτες και να συνοψίσει τα χαρακτηριστικά κάθε μεθόδου.
Μέθοδος Παλμικού Ρεύματος
Όταν συμβαίνει μερική διακοπή, η κίνηση των φορτίων παράγει παλμικό ρεύμα, το οποίο μπορεί να ανιχνευθεί από ένα συστηματικό συστατικό ή αισθητήρα ρεύματος που είναι συνδεδεμένος στο δοκιμαστικό κύκλωμα. Το μέθοδο του παλμικού ρεύματος είναι η μόνη μέθοδος που ορίζεται στο IEC 60270 και σχετικά πρότυπα για την ποσοτική μέτρηση της μερικής διακοπής. Τα άλλα μέθοδα χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανίχνευση ή τοποθέτηση της μερικής διακοπής. Το μέθοδο του παλμικού ρεύματος χαρακτηρίζεται από υψηλή ευαισθησία, όμως είναι ευάλωτο στην ηλεκτρομαγνητική παρεμπόδιση στο τόπο. Επομένως, είναι απαραίτητο να απομονώσετε τα αδύναμα σήματα διακοπής από τα ανιχνεύσιμα σήματα. Το φυσικό μέγεθος που αντιπροσωπεύει τη μέγεθος της μερικής διακοπής είναι το εμφανές φορτίο q, το οποίο μπορεί να προκύψει από την παρακάτω τύπο.
Στον τύπο, i(t ) αντιπροσωπεύει το παλμικό ρεύμα της μερικής διακοπής, Um(t) είναι το παλμικό υπέρταση, Rm είναι η τιμή της αντίστασης ανίχνευσης, και q είναι το εμφανές φορτίο, με μονάδα pC (πικοκούλον).
Το μέθοδο του παλμικού ρεύματος με βάση τους αισθητήρες ρεύματος είναι κατάλληλο για συνεχή ανίχνευση μερικής διακοπής. Οι αισθητήρες υψηλής συχνότητας ρεύματος συνήθως λειτουργούν σε πεδίο συχνοτήτων 16 kHz έως 30 MHz και είναι σχεδιασμένοι με δομή περίτρησης, προσφέροντας εύκολη εγκατάσταση στο πέρασμα γείωσης των εγκατεστημένων στο πάτωμα τεχνητών υποβρύχιο-τύπου προστατευτικών διακόπτων.
Μέθοδος Υπερήχου
Η μερική διακοπή προκαλεί έντονες μοριακές συγκρούσεις, παράγοντας υπερηχούς κύματα που διαδίδονται μέσα στον διακόπτη. Οι αισθητήρες υπερήχου που εγκαταστάθηκαν στο περίβλημα του διακόπτη μπορούν να ανιχνεύσουν τα σήματα μερικής διακοπής. Τα πιέζοντα στοιχεία μέσα στους αισθητήρες υπερήχου μετατρέπουν τα υπερηχούς σήματα που παράγονται από τη μερική διακοπή σε σήματα υπέρταση, τα οποία μετά μεταφέρονται στο κύκλωμα ανίχνευσης. Το κύκλωμα ανίχνευσης για το μέθοδο της υπερήχου περιλαμβάνει κυρίως έναν αποσυνδέστη (που χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό των σημάτων ενέργειας από τα υπερηχούς σήματα), έναν ενισχυτή σήματος και έναν φίλτρο.
Τα σήματα χρονικού και συχνοτικού πεδίου των υπερηχούς κυμάτων από τη μερική διακοπή μέσα στους εγκατεστημένους στο πάτωμα τεχνητούς υποβρύχιο-τύπου προστατευτικούς διακόπτες είναι δεικτικά στο Σχήμα 2, με το πεδίο συχνοτήτων να είναι κυρίως διανεμημένο μεταξύ 50 και 250 kHz. Το μέθοδο της υπερήχου παρέχει πλεονεκτήματα όπως χαμηλό κόστος, εύκολη εγκατάσταση, ισχυρή αντοχή στην ηλεκτρομαγνητική παρεμπόδιση και καταλληλότητα για τοποθέτηση μερικής διακοπής. Ωστόσο, η εσωτερική απομονωτική δομή των διακόπτων είναι περίπλοκη, και τα υπερηχούς κύματα κινούνται αργά και υποφέρουν σημαντική αποδυνάμωση στο SF₆ αέριο, γι' αυτό είναι απαραίτητο να εντοπιστεί η βέλτιστη θέση ανίχνευσης.
Μέθοδος Υψηλής Συχνότητας (UHF)
Οι χρόνοι αύξησης και διάρκειας των παλμικών ρευμάτων που παράγονται από τη μερική διακοπή είναι σε κλίμακα νανοδευτερολέπτων, ενθαρρύνοντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα με ισοδύναμες συχνότητες στο πεδίο υψηλής συχνότητας 300 MHz έως 3 GHz. Σήμερα, το πεδίο συχνοτήτων ανίχνευσης των περισσότερων αισθητήρων UHF στην αγορά είναι 300 MHz έως 1.5 GHz. Λόγω της αδύναμης και υψηλής συχνότητας των σημάτων, το μέθοδο UHF απαιτεί την επεξεργασία των εισερχόμενων σημάτων μέσω φίλτρων, ενισχυτών και ολοκληρωτών πριν τη μεταφορά τους σε κάρτα συλλογής δεδομένων για επεξεργασία.
Επίσης, κατά τη χρήση του μεθόδου UHF, είναι απαραίτητο να εξαλείφονται θόρυβοι όπως σήματα επικοινωνίας και σήματα ενέργειας φωτισμού, από άποψη λογισμικού και υλικού. Το μέθοδο UHF χαρακτηρίζεται από υψηλή ευαισθησία, ισχυρή αντίσταση στην παρεμπόδιση και είναι κατάλληλο για τοποθέτηση μερικής διακοπής. Το προφίλ μερικής διακοπής χρονικής προσαρμογής (PRPD) των σημάτων UHF από τη μερική διακοπή σε επιπλέον δυναμικό φάσης είναι δεικτικό στο Σχήμα 3, περιέχοντας πληροφορίες για την εξάπλωση, τη φάση και τον αριθμό εμφανίσεων.
Μέθοδος Παρατηρητικής Γης (TEV)
Όταν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που παράγονται από τη μερική διακοπή διαδίδονται στο μεταλλικό περίβλημα ενός εγκατεστημένου στο πάτωμα τεχνητού υποβρύχιο-τύπου προστατευτικού διακόπτη, παράγεται ένα επικινούμενο ρεύμα στην επιφάνεια του περιβλήματος, προκαλώντας μια παρατηρητική γη μεταξύ της ομπραντικής αντίστασης του περιβλήματος. Η λειτουργία του αισθητήρα TEV μπορεί να ισοδυναμίζεται με ενός κατανομής τάσης. Αναγνωρίζει την εμφάνιση μερικής διακοπής ανιχνεύοντας την τάση μεταξύ του ηλεκτρόδου του αισθητήρα και της απομονωτικής στρώσης. Τα σήματα παρατηρητικής γης από τη μερική διακοπή μέσα σε έναν SF₆ διακόπτη είναι δεικτικά στο Σχήμα 4, με το πεδίο συχνοτήτων να είναι κυρίως διανεμημένο μεταξύ 1 - 100 MHz. Το μέθοδο TEV χαρακτηρίζεται από την εύκολη χρήση και την απουσία απαιτούμενου κυκλώματος ανίχνευσης.
Μέθοδοι Ανάλυσης Μερικής Διακοπής
Οι μέθοδοι ανάλυσης μερικής διακοπής χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση του επιπέδου κινδύνου των διακοπών, την αφαίρεση θορύβου, και την απόκτηση χαρακτηριστικών διακοπής για την ταξινόμηση τύπου αποτυχίας. Αυτές οι μέθοδοι περιλαμβάνουν κυρίως τη μέθοδο της παλμικής μορφής, τη μέθοδο του προφίλ μερικής διακοπής (PRPD), τη μέθοδο της σχέσης τριφασικής εξάπλωσης, τη μέθοδο της χρονο-συχνοτικής μορφής, και τη μέθοδο των χαρακτηριστικών σ
