Istraživanje tehnologije detekcije i metode analize djelomičnog iscrpljenja u prekidniku s SF6 podlazi

Podna montirana rezervoarska tipa prekidač je ključno uređaj za upravljanje i zaštitu u pretvorima i električnim sustavima. Glavni se koristi za prekid, zatvaranje i prijenos normalnih radnih struja u vodovima te za prekid kratkih spojeva tijekom neispravnosti sustava. Sastoji se od komponenti poput prekidnih elemenata, izolacijskih čokota, čoko-tipa transformatora struje, ugasioca lukova, mehanizama rada i oklopne kutije, gdje je ugasiočna komora podne montiranog rezervoarskega prekidača smještena unutar oklopljene metalne kutije.

SF₆ služi kao sredstvo za izolaciju i gašenje luka u rezervoarskim prekidačima. U uniformnom električnom polju njegova izolacijska snaga je približno tri puta veća od zraka, a sposobnost gašenja luka oko 100 puta veća od zraka. Zbog toga su SF₆ prekidači karakteristični sa kompaktnom strukturom i malim površinama. Također, podne montirani rezervoarski prekidači nude prednosti poput niske ravnotežne točke opreme, stabilne strukture, dobre seiz抵抗性能、内置电流互感器、抗污能力强以及维护方便等优点。 不过，在罐式断路器的制造、装配、运输和运行过程中，由于加工不良、碰撞、冲击和操作等因素，可能会出现绝缘缺陷。典型的绝缘缺陷包括导体或外壳上的突出金属物体、浮电极和自由金属颗粒。当绝缘缺陷处的电场强度达到试验电压或额定电压下的击穿场强时，就会发生局部放电（PD）。局部放电是断路器绝缘劣化的主要原因，也是绝缘故障的前兆。因此，对局部放电信号进行在线监测可以在故障发生前检测到绝缘缺陷，这是确保地装罐式断路器和电力系统安全稳定运行的重要手段。 根据放电过程中产生的物理信号，断路器的主要局部放电检测方法有脉冲电流法、超声波法（AE）、暂态地电压法（TEV）和超高频法（UHF）[2-3]。本文结合实验和现场经验，回顾了SF₆地装罐式断路器的各种局部放电检测与分析技术，并总结了各种方法的特点。 Pulsirajući Struja Metoda Kada se dogodi djelomični razlaganje, kretanje nabojki generira pulsirajuću struju koja može biti otkrivena pomoću spajanja uređaja ili senzora struje povezanog u probnu mrežu. Pulsirajuća metoda struje je jedina metoda koja je definirana u IEC 60270 i relevantnim standardima za kvantitativnu mjerenja djelomičnog razlaganja. Ostale metode uglavnom se koriste za detekciju ili lokaciju djelomičnog razlaganja. Pulsirajuća metoda struje ima visoku osjetljivost, ali je vrlo osjetljiva na elektromagnetsku interferenciju na mjestu. Stoga je potrebno izdvojiti blage signale razlaganja iz otkrivenih signala. Fizička veličina koja predstavlja intenzitet djelomičnog razlaganja je vidljivi naboj q, koji se može dobiti sljedećom formulom.

U formuli, i(t ) predstavlja pulsirajuću struju djelomičnog razlaganja, Um(t) je pulsirajuće napon, Rm je vrijednost otkrivnog impedansa, a q je vidljivi naboj, s jedinicom pC (pikokulon).

Pulsirajuća metoda struje temeljena na senzorima struje pogodna je za online detekciju djelomičnog razlaganja. Visokofrekventni senzori struje obično rade u frekvenci od 16 kHz do 30 MHz i dizajnirani su u štapastoj strukturi, što olakšava njihovu instalaciju na zemljištu podne montiranog rezervoarskog prekidača.

Ultrasoundska Metoda

Djelomično razlaganje uzrokuje intenzivne molekularne sudare, stvarajući ultrasoundske valove koji se šire unutar prekidača. Ultrasoundski senzori instalirani na kućištu prekidača mogu otkriti signale djelomičnog razlaganja. Piezoelektrični elementi unutar ultrasoundskih senzora pretvaraju ultrasoundske signale generirane djelomičnim razlaganjem u naponske signale, koji se zatim šalju na otkrivnu mrežu. Otkrivna mreža za ultrasoundsku metodu glavno se sastoji od dekuplera (koristi se za odvajanje signala napajanja od ultrasoundskih signala), pojačivača signala i filtera.

Vremenski i frekventni signali ultrasoundskih valova djelomičnog razlaganja unutar podne montiranog rezervoarskog prekidača prikazani su na slici 2, s frekvencijskim opsegom uglavnom distribuiranim između 50 i 250 kHz. Ultrasoundska metoda nudi prednosti poput niske cijene, lakše instalacije, snažne otpornosti na elektromagnetsku interferenciju i prikladnosti za lokaciju djelomičnog razlaganja. Međutim, unutarnja izolacijska struktura prekidača je složena, a ultrasoundski valovi se sporo kreću i iskusili znatnu prigušenje u SF₆ plinu, što zahtijeva identifikaciju optimalne pozicije za otkrivanje.

Ultra Visoka Frekvencija (UVF) Metoda

Vrijeme uspona i trajanje impulsa struje generiranih djelomičnim razlaganjem su na nanosekundnom razini, stvarajući elektromagnetske valove s ekvivalentnim frekvencijama u ultra visokom frekventnom opsegu od 300 MHz do 3 GHz. Trenutno, opseg frekvencija otkrivanja većine UVF senzora na tržištu je 300 MHz do 1,5 GHz. Zbog slabih i visokofrekventnih signala, UVF metoda zahtijeva kondicioniranje ulaznih signala putem filtarnih mreža, pojačivača i integracijskih mreža prije njihovog slanja na karticu prikupljanja podataka za kasniju analizu.

Isto tako, korištenjem UVF metode, potrebno je eliminirati buku, poput signala za komunikaciju i signala napajanja svjetla, kako softverski tako i hardverski. UVF metoda ima visoku osjetljivost, snažnu otpornost na interferenciju i prikladnu je za lokaciju djelomičnog razlaganja. PRPD (fazno razlučivo djelomično razlaganje) model UVF signala djelomičnog razlaganja na flotirajućem potencijalu prikazan je na slici 3, koji sadrži informacije o amplitudama, fazama i broju pojavljivanja razlaganja.

Privremeni Zemljani Napon (PZN) Metoda

Kada se elektromagnetski valovi generirani djelomičnim razlaganjem šire do metalne kutije podne montiranog rezervoarskog prekidača, generira se inducirana struja na površini kutije, rezultirajući privremenim zemljanskim naponom preko valne impedancije zemljišta. Radni princip PZN senzora može se ekvivalentno usporediti s radnim principom kapacitivnog delioca napona. On utvrđuje pojavu djelomičnog razlaganja detektirajući napon preko ekvivalentnog kondenzatora između elektrode senzora i izolacijskog sloja. Privremeni zemljanski napon signali djelomičnog razlaganja unutar SF₆ prekidača prikazani su na slici 4, s glavnim frekvencijskim opsegom od 1 do 100 MHz. PZN metoda karakterizira se lakošću korištenja i nedostatkom potrebe za dodatnom otkrivnom mrežom.

Metode Analize Djelomičnog Razlaganja

Metode analize djelomičnog razlaganja koriste se za procjenu razine rizika od razlaganja, smanjenje buke, i izdvajanje karakteristika razlaganja za klasifikaciju vrsta grešaka. Ove metode uglavnom uključuju metodu talasa impulsa, fazno razlučivu metodu djelomičnog razlaganja (PRPD) metodu, metodu odnosa amplituda tri faze, metodu vremensko-frekventnog modela i metodu statističkih karakteristika bazirane na vremenu.

Metoda talasa impulsa analizira pojedinačni talas razlaganja na temelju parametara poput vremena uspona, vremena pada, širine impulsa, kurtoze i asimetrije. PRPD metoda akumulira signale djelomičnog razlaganja pod AC strujnim naponom kako bi dobila raspodjelu faza, amplituda i broja pojavljivanja razlaganja. Stoga se ta metoda također naziva \(\varphi -q -n\) metodom. Metoda odnosa amplituda tri faze koristi se za analizu djelomičnog razlaganja pod trofaznim AC naponom.

Ona prikuplja karakteristike raspodjele razlaganja prikupljanjem amplituda jedinstvenog signala razlaganja pod različitim faznim naponima. Metoda vremensko-frekventnog modela prikuplja impulse razlaganja, računa njihove ekvivalentne vrijeme i ekvivalentne frekvencije, i crta raspodjelu razlaganja u domeni ekvivalentnog vremena-ekvivalentne frekvencije. Metoda statističkih karakteristika bazirana na vremenu primjenjiva je za analizu djelomičnog razlaganja pod visokim naponom jednosmjernog struje. Ona statistički analizira karakteristike raspodjele razlaganja na temelju magnituda količine razlaganja i vremenske razlike između impulsa razlaganja.

Za lokaciju djelomičnog razlaganja unutar SF₆ podne montiranog rezervoarskog prekidača, može se koristiti apsolutna metoda vremenske razlike ili relativna metoda vremenske razlike. Apsolutna metoda vremenske razlike koristi signal impulsa struje razlaganja ili ultra visoku frekvencijsku (UVF) signal kao početno vrijeme razlaganja. Nakon izračunavanja vremenske razlike između ultrasoundskog signala i početnog signala razlaganja, locira se izvor razlaganja. Relativna metoda vremenske razlike koristi samo više ultrasoundskih senzora instaliranih na različitim pozicijama na rezervoaru prekidača. Ona utvrđuje lokaciju izolacijskih defekata izračunavanjem vremenske razlike između svakog ultrasoundskog signala i referentnog ultrasoundskog signala.

Zaključak

Online nadzor djelomičnog razlaganja može efikasno procijeniti izolacijske performanse SF₆ podne montiranog rezervoarskog prekidača prije pojavljivanja greške, i to je jedan od važnih sredstava za osiguranje njihove sigurne i stabilne operacije. Ovaj članak pregleda metode detekcije i analize djelomičnog razlaganja u podnim montiranim rezervoarskim prekidačima, kombinirajući eksperimentalne i terenske iskustva.

Tijekom terenske primjene, trebalo bi koristiti više sredstava detekcije i metoda analize kako bi se poboljšala točnost i pouzdanost online nadzora. U skladu s zahtjevima za izgradnjom ubiquitous power Internet of Things, implementacija ključnih tehnologija poput bežične pasivne senzore, niskopotrosne bežične komunikacijske mreže, rubne obrade i velikih podataka predstavlja buduću razvojnu tendenciju detekcije djelomičnog razlaganja u podnim montiranim rezervoarskim prekidačima.