Analyse van aardfouten in substation busbars en hun oplossingen

1. Methoden voor het detecteren van busbar-ontlading

1.1 Isolatieweerstandstest

De isolatieweerstandstest is een eenvoudige en veel gebruikte methode in elektrische isolatietesting. Het is zeer gevoelig voor doorlatende isolatiedefecten, algemene vochtigheid en oppervlakvervuiling - omstandigheden die doorgaans leiden tot aanzienlijk gereduceerde weerstandswaarden. Echter, het is minder effectief bij het detecteren van lokale veroudering of partiële ontladingfouten.

Afhankelijk van de isolatieklasse van de apparatuur en de testvereisten, gebruiken gangbare isolatieweerstandsmeters uitgangsspanningen van 500 V, 1.000 V, 2.500 V of 5.000 V.

1.2 Netfrequentie AC spanninghouderproef

De AC spanninghouderproef brengt een hoogspannings AC-signaal - hoger dan de genoemde spanning van de apparatuur - gedurende een bepaalde periode (meestal 1 minuut, tenzij anders aangegeven) aan op de isolatie. Deze test identificeert effectief lokale isolatiedefecten en evalueert de vermogen van de isolatie om overspanningen onder werkelijke bedrijfsomstandigheden te weerstaan. Het is de meest realistische en beslissende isolatietest om isolatiefouten te voorkomen.

Het is echter een destructieve test die bestaande isolatiedefecten kan versnellen en cumulatieve degradatie kan veroorzaken. Daarom moeten de testspanningsniveaus zorgvuldig worden gekozen volgens GB 50150–2006 Norm voor acceptatietests van elektrische apparatuur in elektrische installatieprojecten. Testnormen voor porselein- en vaste organische isolatie staan in Tabel 1.

Tabel 1: AC spanninghouderstandaarden voor porselein- en vaste organische isolatie

Er bestaan verschillende AC spanninghoudermethoden, waaronder netfrequentietests, serie-resonantie, parallel-resonantie en serie-parallel resonantie. Voor busbar-ontladingsproeven is standaard netfrequentie AC spanninghouderproeven voldoende. De testopstelling moet worden bepaald op basis van de testspanning, capaciteit en beschikbare apparatuur, meestal met behulp van een complete AC hoogspanningstestset.

1.3 Infraroodtesten

Alle objecten met een temperatuur boven het absolute nulpunt stralen continu infraroodstraling uit. De hoeveelheid infraroodenergie en de golflengteverdeling zijn nauw gerelateerd aan de oppervlaktetemperatuur van het object. Door deze straling te meten, kan infraroodthermografie de oppervlaktetemperatuur nauwkeurig bepalen - wat de wetenschappelijke basis vormt voor infraroodtemperatuurmeting.

Vanuit het perspectief van infraroodmonitoring en diagnostiek kunnen fouten in hoogspanningsapparatuur in twee categorieën worden ingedeeld: externe en interne. Externe fouten komen voor op blootgestelde delen en kunnen direct worden gedetecteerd met infraroodinstrumenten. Interne fouten zijn echter verborgen binnen vaste isolatie, olie of behuizingen en zijn moeilijk direct te detecteren vanwege blokkering door isolatiematerialen.

Infrarooddiagnose van busbar-ontlading omvat temperatuurmeting, berekening van relatieve temperatuurdifferentie (rekening houdend met omgevingstemperatuur), en vergelijking met normaal werkende busbars. Dit stelt intuïtieve identificatie van oververhitting en ontladingslocaties mogelijk.

2. Toepassing van nieuwe technologieën

2.1 Ultraviolette (UV) beeldvormingstechnologie

Wanneer de lokale elektrische spanning op geladen apparatuur een kritische drempel overschrijdt, vindt lucht-ionisatie plaats, wat leidt tot corona-ontlading. Hoogspanningsapparatuur ervaart vaak ontladingen als gevolg van slechte ontwerp, productie, installatie of onderhoud. Afhankelijk van de kracht van het elektrisch veld kan dit resulteren in corona, flashover of bogen. Tijdens ontlading krijgen elektronen in de lucht energie en geven deze energie af - ultraviolette (UV) licht wordt uitgestraald wanneer energie wordt afgegeven.

UV-beeldvormingstechnologie detecteert deze UV-straling, verwerkt het signaal en legt het over op een zichtbaar lichtbeeld dat op een scherm wordt weergegeven. Dit stelt precieze locatie en intensiteitsbeoordeling van corona mogelijk, waardoor betrouwbare gegevens worden geleverd voor de evaluatie van de toestand van de apparatuur.

2.2 Ultrasoon testing (UT)

Ultrasoon testing (UT) is een draagbare, niet-destructieve industriële inspectiemethode. Het stelt snelle, nauwkeurige en niet-invasieve detectie, lokaliseren, evalueren en diagnosticeren van interne defecten zoals scheuren, holten, porositeit en vervuiling mogelijk - zowel in laboratoria als in veldomgevingen.

Ultrasone golven zijn elastische golven die zich door gassen, vloeistoffen en vaste stoffen voortplanten. Ze worden ingedeeld op basis van frequentie: infrasound (<20 Hz), hoorbaar geluid (20–20.000 Hz), ultrasoon (>20.000 Hz) en hypersonische golven. Ultrasoon gedraagt zich vergelijkbaar met licht in termen van reflectie en breking.

Terwijl ultrasone golven door een materiaal reizen, beïnvloeden veranderingen in akoestische eigenschappen en interne structuur de golfvoortplanting. Door deze veranderingen te analyseren, evalueert ultrasoon testing materialeigenschappen en structurele integriteit. Gewone methoden omvatten doortransmissie, pulseecho en tandemtechnieken.

Digitale ultrasoon gebreken detectors sturen ultrasone golven naar het testobject en analyseren reflecties, Dopplereffecten of transmissie om interne informatie te verkrijgen, die vervolgens wordt verwerkt tot beelden. Deze technologie is zeer effectief voor het beoordelen van de isolatieconditie van werkende hoogspanningsbusbars.

3. Specifieke oplossingen voor hoogspanningsbusbar-ontlading

Als abnormale ontlading in hoogspanningsbusbars niet snel wordt aangepakt, kan dit leiden tot isolatie-oververhitting, uiteindelijke isolatiefouten en zelfs grote stroomuitval. Daarom moeten ontladingsfouten snel worden opgelost en proactief worden voorkomen.

3.1 Strikte inbedrijfstelling en acceptatietests

Veel busbar-ontladingsfouten ontstaan door slechte arbeidskwaliteit of gebrek aan verantwoordelijkheid tijdens de bouw. Testpersoneel moet tijdens de acceptatietests van nieuwe apparatuur strikt codes en normen volgen, potentiële ontladingsrisico's vroeg identificeren en deze corrigeren voordat de inbedrijfstelling plaatsvindt.

3.2 Oudere busbar-isolatoren vervangen

De meeste operationele busbar-ontladingen worden veroorzaakt door veroudering van steunisolatoren. Er moet een gedetailleerd inventaris worden bijgehouden en isolatoren moeten op basis van dienstleeftijd worden vervangen om voldoende isolatiesterkte te waarborgen.

3.3 Algemene analyse met isolatie- en diagnostische tests

Isolatietests kunnen ernstige ontladingsfouten effectief detecteren. Echter, voor vroege of verborgen ontladingen zijn geavanceerde diagnostische methoden zoals infraroodbeelden, UV-beelden en ultrasoon testing nodig voor vroege detectie en interventie. Daarom is een alomvattende analyse die zowel isolatietests als diagnostische tests combineert essentieel om busbar-ontladingen effectief te voorkomen en te verminderen.