Pētījums par daļējās izlaides uztveršanas tehnoloģiju un analīzes metodi SF6 grīdas tvertnes līzklājā

Pārklājainis ar dzelzs izolecijas korpusu ir būtisks kontroles un aizsardzības ierīce pārveidotājos un elektrosistēmās. Tā galvenais mērķis ir pārtraukt, slēgt un nodrošināt normālo slodzes strāvas plūsmu līnijās, kā arī nogriezt īsās saites laikā sistēmas trūkumu. Pārklājainis sastāv no dažādiem komponentiem, piemēram, pārtraukuma elementi, izolieru čūskas, čūskveida strāvas transformatori, iznīcināšanas kameras, darbības mehānismi un uz zemi piezemes korpuss. Pārklājaina iznīcināšanas kamera atrodas apgabals, kas ievietots uz zemes piezemes metāla korpuss.

SF₆ tiek izmantots gan kā izolējošs, gan iznīcināšanas līdzeklis pārklājainos. Savstarpējā elektriskā lauka izolācijas spēja ir aptuveni trīs reizes lielāka nekā gaisa, un tā iznīcināšanas spēja ir aptuveni simts reizes lielāka nekā gaisa. Tādēļ, SF₆ pārklājaini raksturo kompakta konstrukcija un maza platība. Papildus tam, pārklājaini ar dzelzs izolecijas korpusu piedāvā priekšrocības, piemēram, zema aprīkojuma smaguma centrs, stabila konstrukcija, laba seismiskā izturība, iebūvēti strāvas transformatori, stipra muguras izturība un ērtas uzturēšanas iespējas.

Tomēr, ražot, montējot, transportējot un darbinot pārklājainus, var rasties izolācijas defekti, kas izraisīti faktoriem, piemēram, slikta apstrāde, satricinājumi, ieplūdes un pārslēgšanās operācijas. Tipiski izolācijas defekti ietver izliekto metālu objektus vedājos vai korpusos, plūstošus elektrodus un brīvus metāla daļiņas. Kad elektriskā lauka stipruma koncentrācija izolācijas defektā sasniedz traucēkuma lauka stiprumu testa vai nominālajā spriegumā, notiek daļējā iznīcināšana (DI). Daļējā iznīcināšana ir galvenais izolācijas degradācijas cēlonis pārklājainos un izolācijas trūkumu priekšzīme. Tādēļ, DI signālu tiešsaistes monitorings var detektēt izolācijas defektus pirms trūkuma, kas ir vitāls līdzeklis, lai nodrošinātu pārklājainu ar dzelzs izolecijas korpusu un elektrosistēmu drošu un stabila darbību.

Balstoties uz fiziskajiem signāliem, ko radīt iznīcināšanas laikā, galvenie DI detektēšanas metodes pārklājainiem ir impulsskaitītāju metode, ultrasonora metode (AE), pagaidu zemes sprieguma metode (TEV) un superaugstfrekvenču metode (UHF) [2 - 3]. Šajā rakstā eksperimentālas un vietējās pieredzes kombinācijā tiek aplūkotas dažādas DI detektēšanas un analīzes tehnoloģijas SF₆ pārklājainiem ar dzelzs izolecijas korpusu un apkopotas katras metodes īpašības.

Impulsskaitītāju metode

Kad notiek daļējā iznīcināšana, lādiņu kustība radīs impulsu strāvu, ko var detektēt, savienojot coupuru vai strāvas sensoru mērīšanas shēmā. Impulsskaitītāju metode ir vienīgā metode, kas noteikta IEC 60270 un saistītajos standartos, lai kvantitatīvi mērītu daļējo iznīcināšanu. Citas metodes tiek galvenokārt izmantotas DI detektēšanai vai novietojumam. Impulsskaitītāju metode ir augsta jūtība, bet ir ļoti jūtīga pret vietējo elektromagnētisko interferenci. Tādēļ, ir nepieciešams izgūt nelielu iznīcināšanas signālu no detektētajiem signāliem. Fizikālais lielums, kas attēlo daļējās iznīcināšanas apjomu, ir aparentais lādiņš q, kas var tikt iegūts šādā formulā.

Formulā, i(t) pārstāv daļējās iznīcināšanas impulsu strāvu, Um(t) ir impulsu spriegums, Rm ir detektēšanas impedances vērtība, un q ir aparentais lādiņš, ar mērvienību pC (pikokulons).

Impulsskaitītāju metode, balstoties uz strāvas sensoriem, ir piemērota tiešsaistes daļējās iznīcināšanas detektēšanai. Augstfrekvenči strāvas sensori parasti darbojas frekvenču diapazonā no 16 kHz līdz 30 MHz un ir dizainēti klešņu struktūrā, kas ļauj tos viegli instalēt pārklājaina ar dzelzs izolecijas korpusu uz zemes piezeme.

Ultrasonora metode

Daļējā iznīcināšana izraisa intensīvas molekulu sadursmes, kas radīt ultrasonorus, kas izplatās pārklājainā. Ultrasonoru sensori, kas instalēti pārklājaina korpusā, var detektēt daļējās iznīcināšanas signālus. Ultrasonoru sensoru piezoelektriskie elementi pārveido ultrasonoru signālus, ko radīt daļējā iznīcināšana, par sprieguma signāliem, kas tika nosūtīti uz detektēšanas shēmu. Ultrasonoru metodes detektēšanas shēma galvenokārt sastāv no decoupler (ko izmanto, lai atdalītu enerģijas avota signālus no ultrasonoru signāliem), signālu pastiprinātājs un filtri.

Laika un frekvenču domēna ultrasonoru signāli no daļējās iznīcināšanas pārklājainā ar dzelzs izolecijas korpusu ir parādīti 2. diagrammā, ar frekvenču diapazonu, kas galvenokārt atrodas starp 50 un 250 kHz. Ultrasonora metode piedāvā priekšrocības, piemēram, zema cena, viegla instalācija, stipra elektromagnētiskās interferences izturība un piemērotība daļējās iznīcināšanas novietojumam. Tomēr, pārklājaina iekšējā izolācijas struktūra ir sarežģīta, un ultrasonori pavēlami lēni un pieredz būtisku blāvošanos SF₆ gāzē, kas prasa optimālās detektēšanas pozīcijas identifikāciju.

Superaugstfrekvenču (UHF) metode

Daļējās iznīcināšanas radītie strāvas impulsi augošā laika un ilguma ir nanosekundes mērogā, izraisa elektromagnētiskus vilnis, kas atbilst superaugstfrekvenču diapazonam no 300 MHz līdz 3 GHz. Pašlaik, lielākā daļa UHF sensoru tirgū pieejamais detektēšanas frekvenču diapazons ir no 300 MHz līdz 1,5 GHz. Tā kā signāli ir vāji un augstfrekvenči, UHF metode prasa ievades signālu kondicionēšanu, izmantojot filtrēšanas shēmas, pastiprināšanas shēmas un integrācijas shēmas, pirms tos nosūta uz datu akvizīcijas karti, lai turpinātu analīzi.

Turklāt, izmantojot UHF metodi, ir nepieciešams likvidēt trokus, piemēram, sakaru signālus un apgaismojuma enerģijas avota signālus, gan programmatūras, gan aparātu aspektā. UHF metode ir raksturota ar augstu jūtību, stipru antiinterferēšanas spēju un ir piemērota daļējās iznīcināšanas novietojumam. Fāze-resoltu daļējās iznīcināšanas (PRPD) modelis no UHF signāliem, ko radīt daļējā iznīcināšana plūstošā potenciālā, ir parādīts 3. diagrammā, kurā satur informāciju par iznīcināšanas amplitūdu, fāzi un notikumu skaitu.

Pagaidu zemes sprieguma (TEV) metode

Kad daļējās iznīcināšanas radītie elektromagnētiskie vilni izplatās pārklājaina ar dzelzs izolecijas korpusu metāla apgabalā, tas izraisa induktīvo strāvu apgabala virsotnē, rezultātā radot pagaidu zemes spriegumu caur apgabala zemes pretestības vilnspēku. TEV sensora darbības princips var tikt ekvivalenti salīdzināts ar kapacitīva sprieguma dalītāju. Tas nosaka daļējās iznīcināšanas notikumu, detektējot spriegumu starp sensora elektrodu un izolācijas slāni. Pagaidu zemes sprieguma signāli no daļējās iznīcināšanas iekšā SF₆ pārklājaina ir parādīti 4. diagrammā, ar galveno frekvenču diapazonu, kas atrodas starp 1 un 100 MHz. TEV metode ir raksturota ar vieglu lietošanu un nav nepieciešama papildu detektēšanas shēma.

Daļējās iznīcināšanas analīzes metodes

Daļējās iznīcināšanas analīzes metodes tiek izmantotas, lai novērtētu iznīcināšanas riska līmeni, samazinātu trokus un izgūtu iznīcināšanas raksturlielumus, lai klāstu defektu veidus. Šīs metodes galvenokārt ietver impulsa formu metodi, fāze-resoltu daļējās iznīcināšanas (PRPD) modeli, trīs fāžu amplitūdas attiecību modeli, laika-frekvenču modeli un laika bāzētu statistisko raksturlielumu metodi.

Impulsa formas metode analizē vienu iznīcināšanas formu, balstoties uz parametriem, piemēram, augošanas laiks, krituma laiks, impulsa platums, kurtosis un skewness. PRPD modelis sumē daļējās iznīcināšanas signālus, izmantojot AC enerģijas avota spriegumu, lai iegūtu iznīcināšanas fāzi, amplitūdu un notikumu skaita sadalījuma raksturlielumus. Tādēļ, to arī sauc par φ-q-n modeli. Trīs fāžu amplitūdas attiecību modelis tiek izmantots, lai analizētu daļējās iznīcināšanas trīs fāžu AC spriegumā.

Tā iegūst iznīcināšanas sadalījuma raksturlielumus, savācot vienotas iznīcināšanas signāla amplitūdas dažādos fāžu spriegumos. Laika-frekvenču modelis savācot iznīcināšanas impulsu, aprēķina to ekvivalento laiku un ekvivalento frekvenci, un attēlo iznīcināšanas sadalījuma modeli ekvivalento laiku-ekvivalento frekvenci domēnā. Laika bāzēta statistiska raksturlieluma metode ir piemērota daļējās iznīcināšanas analīzei augstsprieguma garam strāvai. Tā statistiski analizē iznīcināšanas sadalījuma raksturlielumus, balstoties uz iznīcināšanas daudzuma lielumu un iznīcināšanas impulsu laika atšķirību.

Lai noteiktu daļējās iznīcināšanas novietojumu iekšā SF₆ pārklājainā ar dzelzs izolecijas korpusu, var izmantot absolūto laika atšķirības metodi vai relatīvo laika atšķirības metodi. Absolūtā laika atšķirības metode izmanto iznīcināšanas strāvas impulsa signālu vai superaugstfrekvenču (UHF) signālu kā iznīcināšanas sākuma laiku. Pēc ultrasonora signāla un iznīcināšanas sākuma signāla laika atšķirības aprēķināšanas, tā noteic iznīcināšanas avota atrašanās vietu. Relatīvā laika atšķirības metode izmanto tikai vairākus ultrasonora sensorus, kas instalēti dažādās pozīcijās pārklājaina korpusā. Tā noteic izolācijas defektu atrašanās vietu, aprēķinot laika atšķirību starp katra ultrasonora signālu un referenču ultrasonora signālu.

Secinājums

Daļējās iznīcināšanas tiešsaistes monitorings efektīvi novērtē SF₆ pārklājainu ar dzelzs izolecijas korpusu izolācijas veiktspēju pirms defektu, un tas ir viens no svarīgākajiem līdzekļiem, lai nodrošinātu to drošu un stabila darbību. Šajā rakstā tiek aplūkotas daļējās iznīcināšanas detektēšanas un analīzes metodes pārklājainos ar dzelzs izolecijas korpusu, kombinējot eksperimentālo un vietējo pieredzi.

Vietējās lietošanas laikā ir jāizmanto vairākas detektēšanas un analīzes metodes, lai uzlabotu tiešsaistes monitoringu precizitāti un uzticamību. Līdz ar vispārpieejamo enerģijas interneta lietuves izveidi, bezvadu pasīvā sensorika, zemas enerģijas patēriņa bezvadu sakaru tīkli, malas datorika un lieli dati pārstāv nākotnes attīstības tendences daļējās iznīcināšanas detektēšanai pārklājainos ar dzelzs izolecijas korpusu.