SF6-lattialaakerin osittaisen sähkövirtauksen havaintotekniikan ja analyysimenetelmän tutkimus

Lattialle asennettu säiliölautaisen kytkentä katkaisija on tärkeä ohjaus- ja suojalaitteisto alijakoasemissa ja sähköjärjestelmissä. Sitä käytetään pääasiassa rajoittamaan sulkeutumaan ja kuljettamaan normaaleja kuormituksen virrat johtoissa sekä katkaisemaan lyhytsulkuvirrat järjestelmän epäonnistuessa. Kytkentä katkaisija koostuu komponenteista, kuten katkaisualkiot, eristysputket, putkeen perustuvat virtasilmukat, kaasuvaiput, toimintamekanismit ja maanjäristyspuolustusrakenteet. Säiliölautaisen kytkentä katkaisijan kaasuvaippa on sijoitettu maanjäristystä vastaan suunnitellun metallirakenteen sisään.

SF₆ toimii sekä eristyksessä että kaasunvaimennuksessa säiliölautaisissa kytkentä katkaisijoissa. Tasaisessa sähkökentässä sen eristyksen voima on noin kolminkertainen ilman verrataan, ja kaasunvaimennuskyky on noin sadasosa ilman verrataan. Tämän seurauksena SF₆-kytkentä katkaisijat ovat kompakteja ja vaativat vähän tilaa. Lisäksi lattialle asennettujen säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden etuja ovat matala laiterunkon painopiste, vakaa rakenne, hyvä maanjäristysturvallisuus, sisäänrakennetut virtasilmukat, vahva likapitoisuus ja ylläpidon helpomuus.

Kuitenkin säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden valmistuksen, kokoonpanon, kuljetuksen ja toiminnan aikana eristyshavaintoja voi tapahtua huonon tuotannon, törmäysten, iskujen ja kytkentöjen vuoksi. Tyypillisiä eristyshavaintoja ovat esimerkiksi johtimet tai muodostimet, jotka ulottuvat ulos, levitettyjä elektronien ja vapaita metallipartikkeleita. Kun sähkökentän voima, joka keskittyy eristyshavaintoon, saavuttaa purkautumiskentän testaus- tai nimikevoltiin, osittainen purkautuminen (OP) tapahtuu. Osittainen purkautuminen on kytkentä katkaisijoiden erityksen pääsyy ja merkki erityksen epäonnistumiselle. Siksi osittaisen purkautumisen signaalien jatkuvan valvonnan avulla voidaan havaita erityshavaintoja ennen epäonnistumista, mikä on tärkeä keino varmistaa lattialle asennettujen säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden ja sähköjärjestelmän turvallinen ja vakaa toiminta.

Osittaisen purkautumisen päätavat kytkentä katkaisijoiden osalta perustuvat purkautumisen aikaansaamiin fyysisiin signaaleihin, ja ne ovat pulssiennusmenetelmä, ultraviolettiaaltojen menetelmä (AE), väliaikainen maajännite-menetelmä (TEV) ja ultra-korkea-taajuuden menetelmä (UHF) [2 - 3]. Tässä artikkelissa yhdistetään kokeellista ja paikan päällä kerättyä kokemusta erilaisten osittaisen purkautumisen havaitsemisen ja analysoinnin tekniikoiden käsittelyyn SF₆-lattialle asennettujen säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden osalta, sekä tiivistetään kunkin menetelmän ominaispiirteitä.

Pulssiennusmenetelmä

Kun osittainen purkautuminen tapahtuu, varastosta aiheutuu pulssiennus, jota voidaan havaita kytkennässä olevalla kytkentälaitteella tai virtasensorilla. Pulssiennusmenetelmä on IEC 60270:n ja muiden standardien mukaan ainoa määrittelyssä oleva osittaisen purkautumisen kvantitatiiviseksi mittaukseen tarkoitettu menetelmä. Muut menetelmät käytetään pääasiassa osittaisen purkautumisen havaitsemiseen tai sijainnin selvittämiseen. Pulssiennusmenetelmä on erittäin herkkä, mutta se on altis paikan päällä esiintyvälle sähkömagneettiselle häiriölle. Siksi on tarpeen erottaa heikot purkautumissignaalit havaituista signaaleista. Fyysinen määrä, joka edustaa osittaisen purkautumisen suuruutta, on näkyvä varasto q, joka voidaan saada seuraavan kaavan avulla.

Kaavassa i(t ) edustaa osittaisen purkautumisen pulssiennusta, Um(t) on pulssiennus, Rm on havaitsevan impedanssin arvo, ja q on näkyvä varasto, jonka yksikkö on pC (pikokulombi).

Pulssiennusmenetelmä, joka perustuu virtasensoreihin, sopii osittaisen purkautumisen jatkuvan havaitsemiseen. Korkeataajuuden virtasensoreiden tyypillisellä toiminta-alalla on 16 kHz – 30 MHz, ja niiden suunnitelma on niveltävä, mikä helpottaa niiden asentamista lattialle asennettujen säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden maanjäristyspuolustusrakenteeseen.

Ultraviolettiaallon menetelmä

Osittainen purkautuminen aiheuttaa voimakkaita molekyylitörmäyksiä, jotka luovat ultraviolettiaalloja, jotka leviävät kytkentä katkaisijan sisällä. Ultraviolettiaaltoilmoituslaitteet, jotka on asennettu kytkentä katkaisijan muodostimeen, voivat havaita osittaisen purkautumisen signaaleja. Ultraviolettiaaltonsensorien sisällä olevat piezoelektriset elementit muuntavat osittaisen purkautumisen aiheuttamat ultraviolettiaallot jännitesignaaleiksi, jotka välitetään havaitsevaan kytkentään. Ultraviolettiaallon menetelmän havaitseva kytkentä koostuu pääasiassa decouplerista (jota käytetään erottamaan virtalähteestä tulevat signaalit ultraviolettiaallosignalilta), signaalin vahvistimesta ja suodattimesta.

Lattialle asennettujen säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden sisällä tapahtuvan osittaisen purkautumisen ultraviolettiaallon ajan- ja taajuusalueen signaalit on nähtävissä kuvassa 2, jossa taajuusalue on pääasiassa jakautunut 50–250 kHz välille. Ultraviolettiaallon menetelmällä on etuja, kuten alhaiset kustannukset, helppo asennus, vahva sähkömagneettisen häiriön vastustuskyky ja soveltuvuus osittaisen purkautumisen sijainnin selvittämiseen. Kuitenkin kytkentä katkaisijoiden sisäinen eristykrakenne on monimutkainen, ja ultraviolettiaallot leviävät hitaasti ja hajaantuuvat merkittävästi SF₆-kaasussa, joten on löydettävä optimaalinen havaitseva sijainti.

Ultra-korkea-taajuuden (UHF) menetelmä

Osittaisen purkautumisen aiheuttaman virtapulssein odotusaika ja kesto ovat nanosekuntitasolla, mikä herättää 300 MHz – 3 GHz ultra-korkean taajuuden yhtäpitävät sähkömagneettiset aallot. Nykyisin useimpien markkinoilla olevien UHF-sensorien havaitseva taajuusalue on 300 MHz – 1,5 GHz. Signaalien heikko ja korkeataajuinen luonne vaatii, että UHF-menetelmässä syöttösingaalit on käsittelyssä filtteri-, vahvistin- ja integrointikreikkojen kautta ennen niiden siirtämistä datanpoiminta-kortille jälkimmäisen analyysiä varten.

Samalla UHF-menetelmän käytössä on poistettava sekä ohjelmistolla että laitteilla kommunikaation signaalit ja valaistuksen virranlähteen signaalit. UHF-menetelmällä on korkea herkkyys, vahva häirintäkielto ja se soveltuu osittaisen purkautumisen sijainnin selvittämiseen. Levittävän potentiaaliin liittyvän osittaisen purkautumisen UHF-signaalien vaihe-erottelu (PRPD) -kaavio on nähtävissä kuvassa 3, joka sisältää tietoa purkautumisen amplitudista, vaiheesta ja esiintymismäärästä.

Väliaikainen maajännite (TEV) -menetelmä

Kun osittaisen purkautumisen aiheuttamat sähkömagneettiset aallot leviävät lattialle asennetun säiliölautaisen kytkentä katkaisijan metallirakenteeseen, rakenteen pinnalle syntyy induktiivinen virta, mikä aiheuttaa väliaikaisen maajänniten maajäristyspuolustusrakenteen aaltosisäimpedanssin yli. TEV-sensorin toimintaperiaate voidaan verrata kapasitiiviseen jännitejakoon. Se havaitsee osittaisen purkautumisen mittaamalla sensorin elektroden ja eristyskerroksen välisen ekvivalenttikapasitanssin jännitettä. Lattialle asennetun SF₆-kytkentä katkaisijan sisällä tapahtuvan osittaisen purkautumisen väliaikaiset maajännitetiedot on nähtävissä kuvassa 4, jossa pääasiassa jakautuneet taajuudet ovat 1–100 MHz. TEV-menetelmällä on etuja, kuten helppous ja tarve lisäkytkentään.

Osittaisen purkautumisen analysointimenetelmät

Osittaisen purkautumisen analysointimenetelmiä käytetään arvioimaan purkautumisen riskitasoa, signaalien häiriötä, ja purkautumisen ominaispiirteiden erottamista virhetyyppien luokittelua varten. Nämä menetelmät sisältävät pääasiassa pulssimuodon menetelmän, vaihe-erottelu (PRPD) -muodon menetelmän, kolmen vaiheen amplitudiin perustuvan suhteen menetelmän, ajo-aikamuodon menetelmän ja aikapohjaisen tilastollisen ominaisuuden menetelmän.

Pulssimuodon menetelmä analysoi yksittäistä purkautumismuotoa parametreina nousuaika, laskeva aika, pulssileveys, kurtosis ja vinous. Vaihe-erottelu (PRPD) -muodon menetelmä kerää osittaisen purkautumisen signaaleja vaihtovirtajännitteen alla, jotta voidaan saada purkautumisen vaihe-, amplitudi- ja esiintymismäärän jakautumisominaisuudet. Siksi sitä kutsutaan myös \(\varphi -q -n\)-muodon menetelmäksi. Kolmen vaiheen amplitudiin perustuvan suhteen menetelmä käytetään osittaisen purkautumisen analysointiin kolmivaiheisen vaihtovirtajännitteen alla.

Se saa purkautumisen jakautumisominaisuudet keräämällä yhdenmukaistetun purkautumissignaalin amplitudit eri vaihejännitteiden alla. Ajo-aikamuodon menetelmä kerää purkautumispulssit, lasketaan niiden ekvivalentti aika ja ekvivalentti taajuus, ja piirtää purkautumisen jakautumisominaisuuden ekvivalentti aika-ekvivalentti taajuusalueelle. Aikapohjainen tilastollinen ominaisuuden menetelmä soveltuu osittaisen purkautumisen analysointiin korkean jännitteen suoraan virtaan. Se tilastollisesti analysoidaan purkautumisen jakautumisominaisuuksia purkautumisen määrän ja purkautumispulssien aikavälin perusteella.

Lattialle asennettujen SF₆-säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden sisällä tapahtuvan osittaisen purkautumisen sijainnin selvittämiseksi voidaan käyttää absoluuttista aikavälimenettelyä tai suhteellista aikavälimenettelyä. Absoluuttinen aikavälimenettely käyttää purkautumisen virtapulssein signaalia tai ultra-korkean taajuuden (UHF) signaalia purkautumisen aloitusaikana. Laskemalla ultraviolettiaallosignaalin ja purkautumisen aloitussignaalin välisen aikavälin, voidaan paikallistaa purkautumisen lähtö. Suhteellinen aikavälimenettely käyttää vain useita ultraviolettiaaltonsensorit, jotka on asennettu eri paikkoihin kytkentä katkaisijan säiliössä. Sen avulla voidaan paikallistaa erityshavaintoja laskemalla jokaisen ultraviolettiaallosignaalin ja viite-ultraviolettiaallosignaalin välisen aikavälin.

Yhteenveto

Osittaisen purkautumisen jatkuvan valvonnan avulla voidaan tehokkaasti arvioida lattialle asennettujen SF₆-säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden eritystehokkuutta ennen virhetapahtumaa, ja se on yksi tärkeä keino varmistaa niiden turvallinen ja vakaa toiminta. Tämä artikkeli käsittelee lattialle asennettujen säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden osittaisen purkautumisen havaitsemisen ja analysoinnin menetelmiä, yhdistäen kokeellista ja paikan päällä kerättyä kokemusta.

Paikan päällä sovelluksissa tulisi käyttää useita havaitsevia keinoja ja analysointimenetelmiä parantaakseen jatkuvan valvonnan tarkkuutta ja luotettavuutta. Samalla yleismaailmallisen sähköverkon Internet of Things -kehityksen vaatimusten mukaisesti, passiivisen sensoinnin, matalan energiankulutuksen langattoman tiedonsiirtokauden, reunalaskennan ja big datan kaltaisten avainteknologioiden toteuttaminen edustaa lattialle asennettujen säiliölautaisten kytkentä katkaisijoiden osittaisen purkautumisen havaitsemisen tulevaisuuden trendiä.