Penyelidikan Teknologi Deteksi dan Kaedah Analisis Pembebasan Separa dalam Pembantu Litar Penutup Tangki Lantai SF6

Pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai merupakan peranti kawalan dan perlindungan yang penting dalam stesen transformasi dan sistem kuasa. Ia digunakan utamanya untuk memutuskan, menutup, dan membawa arus beban normal dalam laluan, serta memotong arus hubungan pendek semasa kegagalan sistem. Terdiri daripada komponen seperti unsur pemutusan, bushings isolasi, transformer arus jenis bushing, bilik pemadam lengkung, mekanisme operasi, dan selubung bumi, bilik pemadam lengkung pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai ini terletak di dalam selubung logam yang dipetik.

SF₆ berfungsi sebagai medium isolasi dan pemadam lengkung bagi pemutus litar bertangki. Dalam medan elektrik seragam, kekuatan isolasinya adalah kira-kira tiga kali lebih tinggi daripada udara, dan kapasiti pemadam lengkungnya adalah sekitar 100 kali lebih tinggi daripada udara. Akibatnya, pemutus litar SF₆ ditandai dengan struktur padat dan jejak tanah yang kecil. Selain itu, pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai menawarkan kelebihan seperti pusat graviti peralatan rendah, struktur stabil, prestasi sismik yang baik, transformer arus terbina, ketahanan yang kuat terhadap kotoran, dan pemeliharaan yang mudah.

Walau bagaimanapun, semasa pembuatan, penyusunan, pengangkutan, dan operasi pemutus litar bertangki, cacat isolasi mungkin berlaku disebabkan faktor-faktor seperti pemprosesan yang buruk, benturan, impak, dan operasi penukaran. Cacat isolasi yang biasa termasuk objek logam yang menonjol pada konduktor atau selubung, elektrod mengapung, dan zarah logam bebas. Apabila kekuatan medan elektrik yang berkonsentrasi pada cacat isolasi mencapai kekuatan medan hancur di kawasan di bawah voltan ujian atau voltan dinamakan, pelepasan separa (PD) berlaku. Pelepasan separa adalah penyebab utama penurunan isolasi pada pemutus litar dan tahap awal kegagalan isolasi. Oleh itu, pemantauan dalam talian isyarat pelepasan separa boleh mengesan cacat isolasi sebelum kegagalan berlaku, yang merupakan cara penting untuk memastikan operasi selamat dan stabil pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai dan sistem kuasa.

Berdasarkan isyarat fizikal yang dihasilkan semasa pelepasan, kaedah-kaedah utama deteksi pelepasan separa untuk pemutus litar adalah kaedah arus pulsa, kaedah ultrasonik (AE), kaedah voltan bumi sementara (TEV), dan kaedah ultra frekuensi tinggi (UHF) [2 - 3]. Artikel ini menggabungkan pengalaman eksperimen dan lapangan untuk meninjau pelbagai teknik deteksi dan analisis pelepasan separa untuk pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai SF₆ dan merumuskan ciri-ciri setiap kaedah.

Kaedah Arus Pulsa

Apabila pelepasan separa berlaku, pergerakan muatan menghasilkan arus pulsa, yang boleh dideteksi oleh peranti penghubung atau sensor arus yang disambungkan dalam litar ujian. Kaedah arus pulsa adalah satu-satunya kaedah yang ditentukan dalam IEC 60270 dan piawaian berkaitan untuk pengukuran kuantitatif pelepasan separa. Kaedah-kaedah lain kebanyakannya digunakan untuk deteksi atau lokasi pelepasan separa. Kaedah arus pulsa memiliki sensitiviti yang tinggi, namun sangat rentan kepada gangguan elektromagnetik di tempat. Oleh itu, perlu untuk mengekstrak isyarat pelepasan lemah daripada isyarat yang dideteksi. Kuantiti fizikal yang mewakili magnitud pelepasan separa adalah muatan nyata q, yang boleh diperoleh melalui formula berikut.

Dalam formula, i(t ) mewakili arus pulsa pelepasan separa, Um(t) adalah voltan pulsa, Rm adalah nilai impedans pengesanan, dan q adalah muatan nyata, dengan unit pC (picocoulomb).

Kaedah arus pulsa berdasarkan sensor arus sesuai untuk deteksi pelepasan separa dalam talian. Sensor arus frekuensi tinggi biasanya beroperasi dalam julat frekuensi 16 kHz hingga 30 MHz dan direka dalam struktur klip, memudahkan pemasangannya pada hujung pembumian pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai.

Kaedah Ultrasonik

Pelepasan separa menyebabkan tabrakan molekul yang intens, menghasilkan gelombang ultrasonik yang tersebar dalam pemutus litar. Sensor ultrasonik yang dipasang pada selubung pemutus litar boleh mendeteksi isyarat pelepasan separa. Unsur-unsur piezoelektrik di dalam sensor ultrasonik mengubah isyarat ultrasonik yang dihasilkan oleh pelepasan separa menjadi isyarat voltan, yang kemudiannya dihantar ke litar pengesanan. Litar pengesanan untuk kaedah ultrasonik terdiri daripada dekoupler (digunakan untuk memisahkan isyarat bekalan kuasa daripada isyarat ultrasonik), pemalar isyarat, dan penapis.

Isyarat domain masa dan frekuensi gelombang ultrasonik dari pelepasan separa dalam pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai ditunjukkan dalam Gambaraj 2, dengan julat frekuensi utama tersebar antara 50 hingga 250 kHz. Kaedah ultrasonik menawarkan kelebihan seperti kos rendah, pemasangan mudah, ketahanan yang kuat terhadap gangguan elektromagnetik, dan sesuai untuk lokasi pelepasan separa. Walau bagaimanapun, struktur isolasi dalaman pemutus litar adalah kompleks, dan gelombang ultrasonik bergerak perlahan dan mengalami pengurangan yang signifikan dalam gas SF₆, maka diperlukan untuk mengenal pasti kedudukan pengesanan optimum.

Kaedah Ultra Frekuensi Tinggi (UHF)

Masa naik dan tempoh isyarat arus pulsa yang dihasilkan oleh pelepasan separa adalah pada skala nanosekon, menggalakkan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi setara dalam julat ultra frekuensi tinggi 300 MHz hingga 3 GHz. Pada masa kini, julat frekuensi pengesanan kebanyakan sensor UHF di pasaran adalah 300 MHz hingga 1.5 GHz. Disebabkan sifat isyarat yang lemah dan frekuensi tinggi, kaedah UHF memerlukan kondisi isyarat input melalui litar penapis, litar pemalar, dan litar integrasi sebelum dihantar ke kad pengambilan data untuk analisis seterusnya.

Sementara itu, apabila menggunakan kaedah UHF, perlu untuk menghapuskan bunyi seperti isyarat komunikasi dan bekalan kuasa pencahayaan dari aspek perisian dan perkakasan. Kaedah UHF mempunyai sensitiviti yang tinggi, ketahanan anti-gangguan yang kuat, dan sesuai untuk lokasi pelepasan separa. Pola pelepasan separa berdasarkan fasa (PRPD) isyarat UHF dari pelepasan separa pada potensial mengapung ditunjukkan dalam Gambaraj 3, yang mengandungi maklumat tentang amplitud pelepasan, fasa, dan bilangan kejadian.

Kaedah Voltan Bumi Sementara (TEV)

Apabila gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh pelepasan separa tersebar ke selubung logam pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai, arus induksi dihasilkan pada permukaan selubung, menghasilkan voltan bumi sementara di seluruh rintangan gelombang pembumian. Prinsip kerja sensor TEV boleh setara dengan pembahagi voltan kapasitif. Ia menentukan kejadian pelepasan separa dengan mendeteksi voltan di seberang kapasitor setara antara elektrod sensor dan lapisan isolasi. Isyarat voltan bumi sementara pelepasan separa di dalam pemutus litar SF₆ ditunjukkan dalam Gambaraj 4, dengan julat frekuensi utama ialah 1 - 100 MHz. Kaedah TEV ditandai dengan kemudahan penggunaannya dan tidak memerlukan litar pengesanan tambahan.

Kaedah Analisis Pelepasan Separa

Kaedah analisis pelepasan separa digunakan untuk menilai tahap risiko pelepasan, mengurangkan bunyi, dan mengekstrak ciri pelepasan untuk pengelasan jenis kerosakan. Kaedah-kaedah ini terutamanya termasuk kaedah bentuk gelombang pulsa, kaedah pola pelepasan separa berdasarkan fasa (PRPD), kaedah pola hubungan amplitud tiga fasa, kaedah pola masa-frekuensi, dan kaedah ciri statistik berdasarkan masa.

Kaedah bentuk gelombang pulsa menganalisis bentuk gelombang pelepasan tunggal berdasarkan parameter seperti masa naik, masa turun, lebar pulsa, kurtoisis, dan skewness. Kaedah pola PRPD mengumpulkan isyarat pelepasan separa di bawah voltan frekuensi kuasa AC untuk mendapatkan ciri distribusi fasa, amplitud, dan bilangan kejadian pelepasan. Oleh itu, ia juga dikenali sebagai kaedah pola \(\varphi -q -n\). Kaedah pola hubungan amplitud tiga fasa digunakan untuk menganalisis pelepasan separa di bawah voltan AC tiga fasa.

Ia mendapatkan ciri distribusi pelepasan dengan mengumpul amplitud pelepasan isyarat pelepasan yang seragam di bawah voltan fasa yang berbeza. Kaedah pola masa-frekuensi mengumpul pulsa pelepasan, menghitung masa setara dan frekuensi setara, dan memplot pola distribusi pelepasan dalam domain masa setara-frekuensi setara. Kaedah ciri statistik berdasarkan masa sesuai untuk analisis pelepasan separa di bawah arus terus tekanan tinggi. Ia menganalisis secara statistik ciri distribusi pelepasan berdasarkan magnitud jumlah pelepasan dan perbezaan masa antara pulsa pelepasan.

Untuk lokasi pelepasan separa di dalam pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai SF₆, kaedah perbezaan masa mutlak atau kaedah perbezaan masa relatif boleh digunakan. Kaedah perbezaan masa mutlak menggunakan isyarat pulsa arus pelepasan atau isyarat ultra frekuensi (UHF) sebagai masa mula pelepasan. Selepas menghitung perbezaan masa antara isyarat ultrasonik dan isyarat mula pelepasan, ia menentukan sumber pelepasan. Kaedah perbezaan masa relatif hanya menggunakan beberapa sensor ultrasonik yang dipasang pada kedudukan yang berbeza pada tangki pemutus litar. Ia menentukan lokasi cacat isolasi dengan menghitung perbezaan masa antara setiap isyarat ultrasonik dan isyarat ultrasonik rujukan.

Kesimpulan

Pemantauan dalam talian pelepasan separa dapat secara efektif menilai prestasi isolasi pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai SF₆ sebelum kegagalan berlaku, dan ia merupakan salah satu cara penting untuk memastikan operasi selamat dan stabil. Artikel ini meninjau kaedah-kaedah deteksi dan analisis pelepasan separa dalam pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai, menggabungkan pengalaman eksperimen dan lapangan.

Semasa aplikasi di lapangan, pelbagai kaedah deteksi dan analisis harus digunakan untuk meningkatkan kejituan dan kebolehpercayaan pemantauan dalam talian. Sementara itu, mengikut keperluan pembinaan Internet of Things kuasa yang meluas, pelaksanaan teknologi-tekhnologi penting seperti pengesan tanpa wayar, rangkaian komunikasi nirkabel rendah tenaga, pengkomputan tepi, dan data besar mewakili trend pembangunan masa depan deteksi pelepasan separa untuk pemutus litar bertangki jenis diletakkan di lantai.