Raziskave o tehnologijah za detekcijo in metodah analize delne razsevne v SF6 napolnilnem posodni preklopniku

Nastavni preklopnik z rezervoarjem na podlago je ključno napravo za nadzor in zaščito v preobratnih postajah in električnih sistemih. Uporablja se predvsem za prekinjanje, zapiranje in prenašanje normalnih naložnih tokov v vodih ter za prekinjanje kratkih tokov ob nezgodah v sistemu. Sestavljen je iz komponent, kot so elementi za prekinjanje, izolacijske cevi, pretokomeri tipa cev, komore za ugasanje luka, pogonskih mehanizmov in zazemljenega omara. Komora za ugasanje luka nastavnega preklopnika z rezervoarjem na podlago je skrita znotraj zazemljenega kovinskega omara.

SF₆ služi kot izolacijsko in lukougasilno sredstvo za preklopnike z rezervoarjem. V enakomernem električnem polju je njegova izolacijska moč približno trikrat večja od zračne, njegova zmogljivost za uganjanje luka pa je približno sto-krat večja od zračne. Zaradi tega so SF₆ preklopniki značilni po kompaktni strukturi in majhnem površinskem prostoru. Poleg tega ponujajo nastavni preklopniki z rezervoarjem na podlago prednosti, kot so nizko centriranje opreme, stabilna struktura, dobra protipotresna zmogljivost, vgrajeni pretokomeri, močna odpornost na onesnaženost in preprosta vzdrževanja.

Vendar lahko med izdelavo, montažo, prevozom in delovanjem preklopnikov z rezervoarjem zaradi dejavnikov, kot so slaba obdelava, trčenja, udari in preklopne operacije, pride do izolacijskih defektov. Tipični izolacijski defekti vključujejo izstopajoče kovinske predmete na vodih ali omarih, plavajoče elektrode in proste kovinske delce. Ko koncentrirana moč električnega polja na izolacijskem defektu doseže moč razpadnega polja ob preskusni ali nominalni napetosti, se pojavi delni razpad (DR). Delni razpad je glavni vzrok degradacije izolacije v preklopnikih in predznak izolacijskih nezgod. Zato online nadzor signala delnega razpada lahko zazna izolacijske defekte pred nastankom nezgod, kar je ključen način za zagotavljanje varnega in stabilnega delovanja nastavnih preklopnikov z rezervoarjem na podlago in električnega sistema.

Glede na fizične signale, ki jih generira pri razpadu, so glavne metode za zaznavanje delnega razpada v preklopnikih impulzni tokovna metoda, ultrazvočna metoda (AE), metoda prehodnega talnega napetosti (TEV) in ultra visokofrekvenčna metoda (UHF) [2 - 3]. Ta članek kombinira poskuse in izkušnje na mestu, da pregleda različne metode zaznavanja in analize delnega razpada za SF₆ nastavne preklopnike z rezervoarjem na podlago in povzroči značilnosti vsake metode.

Impulzni tokovna metoda

Ko se zgodi delni razpad, generira gibanje nabojev impulzni tok, ki ga lahko zazna sklop za združevanje ali senzor toka, povezan v preskusni vezavi. Impulzni tokovna metoda je edina metoda, določena v IEC 60270 in relevantnih standardih za kvantitativno merjenje delnega razpada. Druge metode se uporabljajo predvsem za zaznavanje ali lokacijo delnega razpada. Impulzni tokovna metoda ima visoko občutljivost, vendar je zelo občutljiva na elektromagnetno motnjo na mestu. Zato je potrebno iz zaznanih signalov izluščiti bleščeči razpadni signal. Fizična količina, ki predstavlja velikost delnega razpada, je vidni naboj q, ki ga lahko dobimo s spodnjo formulo.

V formuli i(t ) predstavlja impulzni tok delnega razpada, Um(t) je impulzna napetost, Rm je vrednost meritnega upora, q je vidni naboj z enoto pC (picoculomb).

Impulzni tokovna metoda, temelječa na senzorjih toka, je primerne za online zaznavanje delnega razpada. Visokofrekvenčni senzorji toka običajno delujejo v frekvenčnem območju 16 kHz do 30 MHz in so zasnovani v ohišju oblike klešča, kar olajša njihovo namestitev na zazemljenem koncu nastavnega preklopnika z rezervoarjem na podlago.

Ultrazvočna metoda

Delni razpad povzroči intenzivne molekularne trčenja, ki generirajo ultrazvočne valove, ki se širijo znotraj preklopnika. Ultrazvočni senzorji, nameščeni na omari preklopnika, lahko zaznajo signale delnega razpada. Piezo-električni elementi znotraj ultrazvočnih senzorjev pretvorijo ultrazvočne signale, generirane delnim razpadom, v napetostne signale, ki so nato preneseni v zaznavni obvod. Zaznavni obvod za ultrazvočno metodo se glavno sestoji iz decuplekatorja (za ločevanje napajalnih signalov od ultrazvočnih signalov), pojačevalnika signala in filtra.

Časovni in frekvenčni domeni ultrazvočnih valov delnega razpada znotraj nastavnih preklopnikov z rezervoarjem na podlago so prikazani na Sliki 2, z frekvenčnim obsegom, ki je predvsem porazen med 50 in 250 kHz. Ultrazvočna metoda ponuja prednosti, kot so nizka cena, preprosto namestitev, močna odpornost na elektromagnetno motnjo in primeren za lokacijo delnega razpada. Vendar je notranja izolacijska struktura preklopnikov kompleksna, ultrazvočni vali se v SF₆ plinu premikajo počasi in doživljajo veliko pristransko, zato je potrebno identificirati optimalno mesto za zaznavanje.

Ultra visokofrekvenčna (UHF) metoda

Čas narasta in trajanje tokovnih impulzov, generiranih delnim razpadom, so na nanosekundni lestvici, ki sprožajo elektromagnetske valove z ekvivalentnimi frekvencami v ultra visokofrekvenčnem območju 300 MHz do 3 GHz. Trenutno je detektorsko frekvenčno območje večine UHF senzorjev na trgu 300 MHz do 1,5 GHz. Zaradi šibkih in visokofrekvenčnih signalov UHF metoda zahteva kondicioniranje vhodnih signalov skozi filtre, pojačevalnike in integratorske obvoke, preden jih prenese na kartico za zajemanje podatkov za nadaljnjo analizo.

Sicer pa je pri uporabi UHF metode potrebno izločiti šume, kot so komunikacijski signali in napetosti osvetlitve, s programskim in strojnim vidika. UHF metoda je značilna po visoki občutljivosti, močni odpornosti na motnje in je primerna za lokacijo delnega razpada. Fazno rešena PRPD vzorec UHF signalov delnega razpada na plavajočem potencialu je prikazan na Sliki 3, ki vsebuje informacije o amplitudi, fazi in številu pojavitev razpada.

Metoda prehodne talne napetosti (TEV)

Ko se elektromagnetski valovi, generirani delnim razpadom, širijo do kovinskega omara nastavnega preklopnika z rezervoarjem na podlago, se generira inducirani tok na površini omara, kar povzroči prehodno talno napetost preko valnega upora zazemljenega telesa. Delovanje TEV senzorja je enakovredno delovanju kapacitivnega napajalnega delilnika. Zaznava pojav delnega razpada s pomočjo merjenja napetosti preko ekvivalentnega kondenzatorja med senzorskim elektrodom in izolacijskim slojem. Prehodne talne napetosti signalov delnega razpada znotraj SF₆ preklopnika so prikazane na Sliki 4, z glavnim frekvenčnim obsegom 1-100 MHz. Metoda TEV je značilna po preprosti uporabi in ni potreben dodaten zaznavni obvod.

Metode analize delnega razpada

Metode analize delnega razpada se uporabljajo za ocenjevanje razine tveganja razpadov, odstranjevanje šuma iz signalov in izluščevanje značilnic razpada za klasifikacijo vrst napak. Te metode vključujejo metode impulznega valovnega oblika, fazno rešene PRPD vzorce, vzorec odnosov amplitud treh faz, časovno-frekvenčni vzorec in statistični značilnosti na osnovi časa.

Metoda impulznega valovnega oblika analizira en sam razpadni valovni oblik na podlagi parametrov, kot so čas narasta, padca, širina impulza, kurtoza in skezenost. Metoda PRPD vzorca akumulira signale delnega razpada pod AC-napetostjo na frekvenci omrežja, da bi pridobila razporeditev faz, amplitud in število pojavitev razpada. Zato je tudi znana kot \(\varphi -q -n\) vzorec metoda. Metoda odnosov amplitud treh faz se uporablja za analizo delnega razpada pod trofazno AC napetostjo.

Pridobi razporeditev razpadov z zbiranjem amplitud enega enotnega razpadnega signala pod različnimi faznimi napetostmi. Časovno-frekvenčni vzorec zbirata razpadne impulze, izračuna njihove ekvivalentne čase in frekvence in nariše vzorec razporeditve razpadov v ekvivalentnem času-ekvivalentnem frekvenčnem domeni. Statistične značilnosti na osnovi časa so uporabne za analizo delnega razpada pod visokonapetostnim enosmerenim tokom. Statistično analizira značilnosti razporeditve razpadov glede na velikost količine razpada in časovno razliko med razpadnimi impulzi.

Za lokacijo delnega razpada znotraj SF₆ nastavnih preklopnikov z rezervoarjem na podlago se lahko uporabi absolutna metoda časovne razlike ali relativna metoda časovne razlike. Absolutna metoda časovne razlike uporablja signale impulznega toka razpada ali ultra visokofrekvenčne (UHF) signale kot začetni čas razpada. Po izračunu časovne razlike med ultrazvočnim signalom in začetnim signalom razpada določi vir razpada. Relativna metoda časovne razlike uporablja samo več ultrazvočnih senzorjev, nameščenih na različnih mestih na omari preklopnika. Lokacija izolacijskih defektov se določi z izračunom časovne razlike med vsakim ultrazvočnim signalom in referenčnim ultrazvočnim signalom.

Zaključek

Online nadzor delnega razpada lahko učinkovito oceni izolacijsko zmogljivost SF₆ nastavnih preklopnikov z rezervoarjem na podlago pred nastankom nezgod in je eno izmed pomembnih sredstev za zagotavljanje njihove varne in stabilne operacije. Ta članek pregleduje metode zaznavanja in analize delnega razpada v nastavnih preklopnikih z rezervoarjem na podlago, kombiniran s poskusi in izkušnjami na mestu.

Med uporabo na mestu bi morali biti uporabljene več zaznavnih sredstev in metod analize, da se izboljša natančnost in zanesljivost online nadzora. S tem ko se prilega zahtevam za gradnjo omnipresentnega električnega interneta stvari, izvajanje ključnih tehnologij, kot so brezžična pasivna zaznavanje, nizkonapetostna brezžična komunikacijska omrežja, robovno računanje in veliki podatki, predstavlja prihodnji trend zaznavanja delnega razpada za nastavne preklopnike z rezervoarjem na podlago.