Forskning i teknologi til detektion af partielle udladninger for ringhovedenheder med fast isolering

Med udviklingen af byelektriske netværk har antallet af installationer af fastisolerede ringhovedenheder (RMU) konstant vokset. Deres driftsstatus har en betydelig indflydelse på strømforsyningsreliabiliteten i elektricitetssystemet. Konsekvenserne af fejl er alvorlige: direkte skader inkluderer skade på de beskyttede linjer og udstyr, samt strømnedbrydelse; indirekte konsekvenser forårsager omfattende kundenedbrydelse, der forstyrrelser dagligliv, produktion og endda social stabilitет.

I øjeblikket indebærer mangel på effektive felttestmetoder for fastisolerede RMU-udstyr og hyppige isolationsfejl i driftende switchgear en alvorlig trussel mod sikker drift af strømsystemet. Detektering af delvis udslip (PD) er en effektiv metode til at vurdere isolationstillstanden af switchgear og er et fokusområde for nuværende forskning. At udføre PD-detektering og fejldiagnose på højspændings-switchgear giver vigtige statusoplysninger for tilstandsbaseret vedligeholdelse og er afgørende for at sikre sikkert og pålideligt udstyr. I højspændings-switchgear kan nedbrydning af isolation, der fører til isolationsfejl, ikke kun skyldes elektriske felter, men kan også udvikle sig på grund af mekaniske kræfter, varme eller deres kombinerede virkning med elektriske felter, hvilket i sidste ende påvirker strømkvalitet og forsyningssikkerhed. For at standardisere og effektivt implementere live-test af strømudstyr, og med henvisning til relevante interne og internationale standarder – primært baseret på State Grid Corporation Production Substation Notice [2011] No. 11 "Notice on Issuing the 'Technical Specification for Live Testing of Power Equipment (Trial)'" – fokuserer denne forskning på detektering af delvis udslip for RMU-enheder.

​II. Metoder til detektering af delvis udslip for ringhovedenheder​

​1. Former for PD-energi​
Delvis udslip er en pulserende udslip. Uden for ladefordeling og effektforbrug genererer PD-processen også elektromagnetisk stråling, ultralyd, lys, varme og nye kemiske biprodukter. Detektionsmetoder, der retter sig mod disse fænomener, inkluderer elektrisk detektion, akustisk detektion, optisk detektion og kemisk detektion. Af disse er elektriske og akustiske metoder mest almindelige, men deres praktiske effektivitet er ofte begrænset, primært på grund af betydelig støjforstyrrelse på stedet, der gør det svært at skelne ægte PD-signaler. Effektiv fjernelse af forstyrrelser er afgørende for at forbedre detektionsydeevnen af PD-udstyr.

Detekterede fænomener:

• ​Elektrisk:​​ (TEV, UHF, HFCT sensorer)
• ​Akustisk:​​ (ultralydsensorer)
• ​Optisk:​​ (synligt gennem seetablerede vinduer under udslip)
• ​Termisk:​​ (infrarød, selvom detektionsvirksomheden er begrænset af RMU's fuldt lukkede struktur)
• ​Kemisk/Gas:​​ (ozonlukt osv.)

​2. Detektionsteknikker​
Der anvendes i øjeblikket mange PD-detektionsteknikker for switchgear, som bredt kan kategoriseres som ​Direkte Metoder​ (synligt udslipsmængdedetektion) og ​Indirekte Metoder​ (TEV, ultralyd, UHF, kombineret lyd-elektrisk detektion). Den direkte metode er relativ; den involverer indsprøjtning af en kendt ladningsmængde mellem testobjektets terminaler for at oprette en terminalspændingsændring, der er ekvivalent med den, der er forårsaget af en PD-hændelse. Denne indsprøjtet ladning refereres herefter som den synlige udslipsmængde (Q) af PD, målt i pikocoulombs (pC). I praksis er den synlige udslipsmængde ikke lig med den faktiske ladning, der udsendes ved udslipstedet inden for testobjektet; den sidste kan ikke måles direkte. Selvom spændingsbølgeformen, der genereres over målingsimpedancen af PD-strømpuls, kan være forskellig fra den, der er forårsaget af kalibreringspuls, anses responslæsningerne på instrumenterne generelt for at være ækvivalente. Nedenfor er to mainstream RMU-detektionsteknikker.

​1) Ultralyddetektion for fastisolerede RMU-enheder​
Ved at modtage ultralydsignaler, der sendes gennem luften, og måle akustisk tryk af PD-signalet, kan udslipintensiteten infereres. Under ultralydtest skal sensoren scanes langs sømmene/klokker på switchgear-overfladen. Referencediagrammer giver vejledning om typiske detektionssteder.

​2) Princip for Transient Earth Voltage (TEV)-detektion​
Når PD forekommer indeni en højspændings-switchgear-kabinet, flyder en ekstremt kortvarig pulserende strøm langs udslipskanalen, hvilket stimulerer transiente elektromagnetiske bølger. Hastigheden af udslipprocessen resulterer i en stejl strømpuls med stærk højfrekvent elektromagnetisk strålingskapacitet. Denne stråling kan propageres gennem åbninger i metalbeholderen, såsom tætningsklinger eller huller omkring isolation. Når disse højfrekvente elektromagnetiske bølger propagerer uden for kabinetet, inducerer de en transient spænding på ydersiden i forhold til jorden. Denne transient spænding på jorden (TEV) ligger mellem millivolts og volts med en stigningstid på nogle nanosekunder. En dedikeret TEV-sensor, placeret på ydersiden af kabinetet, kan detektere dette signal ikke-invasivt.

Hoved TEV-detektionssteder (på kabinetvægge modsat):

• Busbarer (forbindelser, væggenbusser, støtteisolatorer)
• Kontaktorer
• Strømtransformatorer (CT)
• Spændingstransformatorer (PT)
• Kabelafslutninger
  Disse komponenter er typisk placeret på midten og nederst på frontpanellet, øverst, midten og nederst på bagpanellet, og øverst, midten og nederst på sidepanellet.

​III. PD-lokalisation og fasenavn​

Når sensor-signaler bekræftes at stamme fra indeni udstyret, bruges ​Tidsforskelsmetoden (TDOA)​ til yderligere positionsanalyse. To sensorer placeres på udstyrets overflade; tidsforskellen mellem deres modtagne signaler (t2 - t1) analyseres for at bestemme PD-placeringen, normalt inden for en 1-meter afstand fra kilden.

​1. Tidsforskelsmetode:​​
Antag, at PD-kilden er afstand X fra sensor 1, elektromagnetisk bølgehastighed = c (lysets hastighed), og tidsforskellen t2 - t1 måles via oscilloskop.
X = (t2 - t1) * c / 2
Ved hjælp af denne formel og en målestok kan position X bestemmes.

​2. Planhalveringsmetode:​​

• Flyt de to sensorer i rummet, indtil PD-signalets ankomsttid er identisk på begge. Dette lokaliserer udslipspunktet på den vinkelrette halveringsplan mellem de to sensorer (Lokalisering af plan).
• Flyt sensorerne inden for denne halveringsplan, indtil ankomsttiden er identisk igen. Dette lokaliserer udslipspunktet på den vinkelrette halveringslinje inden for denne plan (Lokalisering af linje).
• Flyt sensorerne langs denne halveringslinje, indtil ankomsttiden er identisk igen. Dette peger præcist på udslipsplaceringen (Lokalisering af punkt).

​Til at identificere den specifikke fase, der oplever PD, anvendes HFCT-metoden​ til at detektere signaler på jordledninger (eller krop) af de nærliggende trefas-forsendelseskabler. Strømsignal fra den defekte fase viser en større amplitude og modsat polaritet sammenlignet med signaler på de to andre faser, hvilket gør det let at identificere den fejlbehæftede fase.