Изследване на технологията за откриване на частични разряди в твърдото изолиращо обвивко на кръговите главни агрегати

С развитието на градските електрически мрежи, броят на инсталацията на твърдото изолирано кръгово разпределително устройство (RMU) непрекъснато се увеличава. Неговият оперативен статус значително влияе върху надеждността на доставката на електроенергия. Последиците от повреди са сериозни: пряка вреда включва повреди на защитените линии и оборудване, както и загуба на енергия; косвените последици причиняват широко разпространени прекъсвания при потребителите, разстройват всекидневния живот, производството и дори социалната стабилност.

В момента, недостатъците на полевите методи за изпитване на твърдоизолираното RMU оборудване и честото създаване на изолационни повреди в функциониращите превключватели представляват сериозна заплаха за сигурната работа на електрическата система. Детекцията на частични разряди (PD) е ефективен метод за оценка на състоянието на изолацията на превключвателите и е фокус на текущите изследвания. Изпълнението на PD детекция и диагностика на повреди високонапреговото оборудване предоставя ключова информация за състоянието, необходима за обслужване въз основа на състоянието, и е ключов фактор за осигуряване на безопасна и надеждна работа на оборудването. В високонапреговото оборудване, деградацията на изолацията, водеща до изолационни повреди, не само е причинена от електрически полета, но може да се развива и поради механични сили, топлина или техните комбинирани действия с електрическите полета, които в крайна сметка влияят върху качеството на енергията и надеждността на доставката. За стандартизиране и ефективно изпълнение на живо изпитване на електрическото оборудване, и с оглед на съответните домакински и международни стандарти – главно на основата на Уведомление [2011] № 11 на Государствената електрическа компания "Уведомление за издадените 'Технически спецификации за живо изпитване на електрическото оборудване (пробно)'" – това изследване се фокусира върху детекцията на частични разряди за RMU.

​II. Методи за детекция на частични разряди за кръгови разпределителни устройства​

​1. Форми на енергията на PD​
Частичният разряд е импулсивен разряд. Освен това, че включва преход на заряд и разсейване на мощност, процесът на PD също генерира електромагнитна радиация, ултразвук, светлина, топлина и нови химически продукти. Методите за детекция, насочени към тези явления, включват електрическо детектиране, акустично детектиране, оптично детектиране и химическо детектиране. Сред тях, най-често се използват електрически и акустични методи, но техната практическа ефективност често е ограничена, главно поради значителното шумово заблуждаване на място, което затруднява различаването на истинските сигнали на PD. Ефективното премахване на интерференцията е ключово за подобряване на производителността на оборудването за детекция на PD.

Феномени, обект на детекция:

• ​Електрически:​​ (TEV, UHF, HFCT сензори)
• ​Акустични:​​ (ултразвукови сензори)
• ​Оптични:​​ (видими през прозорци за наблюдение в специфични места по време на разряд)
• ​Термални:​​ (инфрачервено, макар че ефективността на детекцията е ограничена от напълно затворената конструкция на RMU)
• ​Химически/газови:​​ (мих на озон, и т.н.)

​2. Технологии за детекция​
В момента се използват много методи за детекция на PD за превключвателно оборудване, общо класифицирани като ​Директни методи​ (детекция на явен разряд) и ​Индиректни методи​ (TEV, ултразвук, UHF, комбинирано акусто-електрическо детектиране). Директният метод е относителен; включва инжектиране на известно количество заряд между терминалите на тестиран обект, за да създаде промяна в терминалното напрежение, еквивалентна на тази, причинена от събитие на PD. Този инжектиран заряд след това се нарича Явно количество на разряд (Q) на PD, измервано в пикокулоуми (pC). На практика, явното количество на разряд не е равно на реалния заряд, излъчен в местонахождението на разряда в тестиран обект; последният не може да бъде измерен директно. Макар формата на напрежението, генерирана от PD импулсния ток в измерващата импеданс, може да се различава от тази, причинена от калибровъчен импулс, отговорите на инструментите обикновено се считат за еквивалентни. По-долу са представени два основни метода за детекция на RMU.

​1) Ултразвукова детекция за твърдоизолираните RMU​
Приемайки ултразвукови сигнали, предавани през въздуха, и измервайки звуковото налягане на сигнала на PD, може да се извлече интензитетът на разряда. По време на ултразвуковото изпитване, сензорът трябва да бъде сканиран във видими шевове/интервали по повърхността на превключвателя. Ръководни чертежи дават указания за типични места за детекция.

​2) Принцип на детекцията на преходно земно напрежение (TEV)​
Когато PD се случи във високонапрегов кабинет, изключително краткосрочен импулсен ток протича по канала на разряда, възбуден от преходни електромагнитни вълни. Бързината на процеса на разряда води до стръмен импулс на тока с силна високочестотна електромагнитна радиационна способност. Тази радиация може да се разпространи през отвори в металната обвивка, такива като герметизиращи прокладки или разкриви около изолацията. Когато тези високочестотни електромагнитни вълни се разпространяват извън кабинета, те индуцират преходно напрежение на външната повърхност спрямо земята. Това преходно напрежение на земята (TEV) варира от милivolts до volts с време на нарастване от няколко наносекунди. Специализиран сензор TEV, поставен отвън на кабинета, може да детектира този сигнал безинвазивно.

Основни места за детекция на TEV (на стените на кабинета):

• Шини (връзки, стенни изолатори, опорни изолатори)
• Превключватели
• Токоизмерватели (CT)
• Напрежения измерватели (PT)
• Крайни точки на кабели
  Тези компоненти обикновено се намират на средната и долна секция на предната панел, горната, средната и долната секция на задната панел, и горната, средната и долната секция на странните панели.

​III. Локализация и фазова идентификация на PD​

След като се потвърди, че сигнали от сензорите произтичат от вътрешността на оборудването, се използва метода на ​Разликата в време на пристигане (TDOA)​ за допълнителен анализ на позицията. Два сензора се поставят на повърхността на оборудването; разликата в време между техните приемани сигнали (t2 - t1) се анализира, за да се определи местонахождението на PD, обикновено в рамките на 1 метър от източника.

​1. Метод на разликата във време:​​
Приемаме, че източникът на PD е на разстояние X от сензор 1, скоростта на електромагнитната вълна = c (скоростта на светлината), и разликата във време t2 - t1 се измерва чрез осцилоскоп.
X = (t2 - t1) * c / 2
Използвайки тази формула и мерна лента, позицията X може да бъде определена.

​2. Метод на перпендикулярната бисектриса:​​

• Премествайте двата сензора в пространството, докато времето на пристигане на сигнала на PD е еднакво в двете. Това определя точката на разряда на перпендикулярната бисектриса между двата сензора (Локализация на равнината).
• Премествайте сензорите в рамките на тази бисектриса, докато времето на пристигане е отново еднакво. Това определя точката на разряда на перпендикулярната бисектриса в тази равнина (Локализация на линията).
• Премествайте сензорите по тази бисектриса, докато времето на пристигане е отново еднакво. Това определя точката на разряда (Локализация на точката).

​За идентификация на конкретната фаза, изпитваща PD, се използва методът HFCT​ за детекция на сигнали в земните водачи (или корпуса) на съседните трифазни изходящи кабели. Сигналът на тока от дефектната фаза показва по-голяма амплитуда и противоположна полярност в сравнение със сигнали от другите две фази, позволявайки лесна идентификация на дефектната фаза.