Έρευνα στη Τεχνολογία Ανίχνευσης Μερικών Διαφορικών για Κύκλους Κυκλικής Διανομής με Στερεή Επένδυση

Με την ανάπτυξη των αστικών ηλεκτροδοτικών δικτύων, ο αριθμός εγκαταστάσεων συστημάτων κυκλικής μεταφοράς ρεύματος (RMU) με στερεή διαίλεκτη συνεχίζει να αυξάνεται. Η λειτουργική κατάστασή τους επηρεάζει σημαντικά την αξιοπιστία της παροχής ρεύματος του ηλεκτρικού συστήματος. Οι συνέπειες των αποτυχιών είναι σοβαρές: άμεση ζημία περιλαμβάνει ζημία στις προστατευόμενες γραμμές και εξοπλισμό, καθώς και απώλεια ρεύματος· έμμεσες συνέπειες προκαλούν ευρείες απορρυθμίσεις, παρεμποδίζοντας την καθημερινή ζωή, την παραγωγή και ακόμη και την κοινωνική σταθερότητα.

Επί του παρόντος, οι ελλείψεις των μεθόδων πεδιακών δοκιμών για εξοπλισμό RMU με στερεή διαίλεκτη και η συχνή εμφάνιση λάθων διάλεκτης σε λειτουργικό εξοπλισμό συντομεύσεων αποτελούν σοβαρή απειλή για την ασφαλή λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος. Η ανίχνευση μερικής διάλεκτης (PD) είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για την εκτίμηση της κατάστασης της διάλεκτης των συντομεύσεων και αποτελεί τον τρέχοντα επικεντρωμένο τομέα έρευνας. Η εκτέλεση ανίχνευσης PD και διάγνωσης λαθών σε υψηλής τάσης συντομεύσεις παρέχει βασικές πληροφορίες για την κατάσταση, οι οποίες είναι κρίσιμες για την εγγύηση της ασφαλούς και αξιόπιστης λειτουργίας του εξοπλισμού. Στις υψηλής τάσης συντομεύσεις, η κατάρρευση της διάλεκτης που οδηγεί σε λάθη διάλεκτης προκαλείται όχι μόνο από ηλεκτρικά πεδία, αλλά μπορεί επίσης να αναπτυχθεί λόγω μηχανικών δυνάμεων, θερμότητας ή της συνδυασμένης ενέργειας των ηλεκτρικών πεδίων, προκαλώντας τελικά επιπτώσεις στην ποιότητα και την αξιοπιστία της παροχής ρεύματος. Για την προώθηση και την αποτελεσματική εφαρμογή των ζωντανών δοκιμών ηλεκτρικού εξοπλισμού, και αναφερόμενοι σε σχετικές εθνικές και διεθνείς προδιαγραφές—κυρίως βασιζόμενοι στην Ειδική Παραγωγική Διατύπωση [2011] Αρ. 11 "Διατύπωση για τις Τεχνικές Προδιαγραφές Ζωντανών Δοκιμών Ηλεκτρικού Εξοπλισμού (Δοκιμαστική)"—αυτή η έρευνα εστιάζει στην ανίχνευση μερικής διάλεκτης για RMUs.

​II. Μεθόδοι Ανίχνευσης Μερικής Διάλεκτης για Συστήματα Κυκλικής Μεταφοράς Ρεύματος​

​1. Φόρμες Ενέργειας PD​
Η μερική διάλεκτης είναι μια παλμική διάλεκτη. Εκτός από τη μεταφορά φορτίου και την διασπαστική δύναμη, ο προσωρινός διακοπτικός διαδικαστικός προκαλεί επίσης ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, υπερηχητικές κύματα, φως, θερμότητα και νέα χημικά προϊόντα. Οι μεθόδοι ανίχνευσης που εστιάζουν σε αυτά τα φαινόμενα περιλαμβάνουν ηλεκτρική ανίχνευση, ηχητική ανίχνευση, οπτική ανίχνευση και χημική ανίχνευση. Απ' αυτές, οι ηλεκτρικές και ηχητικές μεθόδοι είναι οι πιο κοινές, αλλά η πρακτική τους αποτελεσματικότητα είναι συχνά περιορισμένη, κυρίως λόγω της σημαντικής θορύβησης στον χώρο, που καθιστά δύσκολη τη διάκριση των πραγματικών σημάτων PD. Η αποτελεσματική εξάλειψη της παρεμβολής είναι κρίσιμη για τη βελτίωση της απόδοσης του εξοπλισμού ανίχνευσης PD.

Φαινόμενα Ανίχνευσης:

• ​Ηλεκτρικά:​​ (αισθητήρες TEV, UHF, HFCT)
• ​Ηχητικά:​​ (υπερηχητικοί αισθητήρες)
• ​Οπτικά:​​ (ορατά μέσω οπτικών θυρών σε συγκεκριμένες θέσεις κατά τη διάλεκτη)
• ​Θερμικά:​​ (υπερακτίνιο, αν και η αποτελεσματικότητα της ανίχνευσης περιορίζεται από τον πλήρως κλειστό κατασκευαστικό τύπο του RMU)
• ​Χημικά/Αέρια:​​ (όζωνος, κλπ.)

​2. Τεχνολογίες Ανίχνευσης​
Πολλές τεχνικές ανίχνευσης PD είναι επί του παρόντος σε εφαρμογή για συντομεύσεις, που κατηγοριοποιούνται ευρέως ως ​Ευθείες Μέθοδοι​ (ανίχνευση ορατής ποσότητας διάλεκτης) και ​Άμεσες Μέθοδοι​ (TEV, υπερηχητικά, UHF, συνδυασμένη ηχητική-ηλεκτρική ανίχνευση). Η ευθεία μέθοδος είναι σχετική· περιλαμβάνει την εισαγωγή γνωστής ποσότητας φορτίου μεταξύ των καταλήξεων του εξοπλισμού δοκιμής για τη δημιουργία μιας αλλαγής τάσης στις καταλήξεις ισοδύναμης με αυτή που προκαλείται από ένα γεγονός PD. Αυτό το εισαχθέν φορτίο αναφέρεται στη συνέχεια ως Ορατή Ποσότητα Διάλεκτης (Q) του PD, μετρημένη σε πικοκουλόμπια (pC). Στην πράξη, η ορατή ποσότητα διάλεκτης δεν είναι ίση με το πραγματικό φορτίο που εκπέμπεται στο σημείο διάλεκτης εντός του εξοπλισμού δοκιμής· το τελευταίο δεν μπορεί να μετρηθεί άμεσα. Ενώ το πλάνο τάσης που παράγεται μέσω της διασπαστικής αντίστασης από τον παλμό ρεύματος PD μπορεί να διαφέρει από αυτό που προκαλείται από τον παλμό καλιβροποίησης, οι αναγνώσεις των όργανων είναι γενικά θεωρούμενες ισοδύναμες. Υπόθεση δύο κύριων τεχνικών ανίχνευσης RMU.

​1) Υπερηχητική Ανίχνευση για RMUs με Στερεή Διάλεκτη​
Λαμβάνοντας τα υπερηχητικά σήματα που μεταδίδονται μέσω του αέρα και μετρώντας την ηχητική πίεση του σήματος PD, μπορεί να εκτιμηθεί η ένταση της διάλεκτης. Κατά τη διάρκεια της υπερηχητικής δοκιμής, ο αισθητήρας θα πρέπει να σαρωθεί κατά μήκος των συνδέσεων/διαστάσεων στην επιφάνεια της συντομεύσεως. Διαγράμματα αναφοράς παρέχουν οδηγίες για τις τυπικές θέσεις ανίχνευσης.

​2) Αρχή της Ανίχνευσης Παροχής Εφήμερης Χθονικής Τάσης (TEV)​
Όταν συμβαίνει μερική διάλεκτης μέσα σε θυρίδα υψηλής τάσης, ένα πολύ σύντομος παλμός ρεύματος ρέει μέσα στο κανάλι διάλεκτης, ενεργοποιώντας εφήμερα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Η ταχύτητα της διαδικασίας διάλεκτης παράγει έναν απότομο παλμό ρεύματος με ισχυρή δυναμική ακτινοβολία υψηλής συχνότητας. Αυτή η ακτινοβολία μπορεί να διαδοθεί μέσω άνοιγματος στο μεταλλικό κάλυμμα, όπως σφραγίδες ή διαστάσεις γύρω από τη διάλεκτη. Όταν αυτά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας διαδίδονται έξω από τη θυρίδα, προκαλούν μια εφήμερη τάση στην εξωτερική επιφάνεια σε σχέση με την χθονική γη. Αυτή η εφήμερη τάση στη γη (TEV) είναι από μιλιβόλτια έως βόλτια με χρόνο αύξησης λίγα νανώσεκοντα. Ένας ειδικός αισθητήρας TEV που τοποθετείται έξω από τη θυρίδα μπορεί να ανιχνεύσει αυτό το σήμα μη εισακτικά.

Κύριες Θέσεις Ανίχνευσης TEV (στις αντίθετες πλευρές της θυρίδας):

• Σύνδεσμοι (συνδέσεις, τοίχια σύνδεσης, υποστηρικτικά διαίλεκτη)
• Ενεργειακοί Διακόπτεις
• Τρανσφορμητές Ρεύματος (CT)
• Τρανσφορμητές Τάσης (PT)
• Τελεστές Καλωδιών
  Αυτά τα συστατικά βρίσκονται συνήθως στα μέσα και κάτω τμήματα της μπροστινής πάνελ, τα πάνω, μέσα και κάτω τμήματα της πίσω πάνελ, και τα πάνω, μέσα και κάτω τμήματα της πλευρικής πάνελ.

​III. Τοποθέτηση και Εντοπισμός Φάσης PD​

Μόλις επιβεβαιωθεί ότι τα σήματα των αισθητήρων προέρχονται από μέσα στον εξοπλισμό, χρησιμοποιείται η ​Τοποθέτηση Ανάλυσης Διαφοράς Χρόνου Άφιξης (TDOA)​ για περαιτέρω ανάλυση θέσης. Δύο αισθητήρες τοποθετούνται στην επιφάνεια του εξοπλισμού· η διαφορά χρόνου μεταξύ των ληφθέντων σημάτων (t2 - t1) αναλύεται για την καθορίστηκη της θέσης της PD, συνήθως εντός 1 μέτρου από την πηγή.

​1. Μέθοδος Διαφοράς Χρόνου:​​
Υποθέτοντας ότι η πηγή PD βρίσκεται σε απόσταση X από τον αισθητήρα 1, η ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων = c (ταχύτητα του φωτός), και η διαφορά χρόνου t2 - t1 μετρείται μέσω οσκιλλοσκόπου.
X = (t2 - t1) * c / 2
Χρησιμοποιώντας αυτή την τύπο και ένα μέτρο, η θέση X μπορεί να καθοριστεί.

​2. Μέθοδος Βισεκτίσεως Επιπέδου:​​

• Μετακινήστε τους δύο αισθητήρες στο χώρο μέχρι να γίνει η χρονική άφιξη του σήματος PD ίδια σε και τους δύο. Αυτό τοποθετεί το σημείο διάλεκτης στο επίπεδο βισεκτίσεως μεταξύ των δύο αισθητήρων (Τοποθέτηση του Επιπέδου).
• Μετακινήστε τους αισθητήρες εντός αυτού του επιπέδου βισεκτίσεως μέχρι να γίνει η χρονική άφιξη ίδια ξανά. Αυτό τοποθετεί το σημείο διάλεκτης στη γραμμή βισεκτίσεως μέσα σε αυτό το επίπεδο (Τοποθέτηση της Γραμμής).
• Μετακινήστε τους αισθητήρες κατά μήκος αυτής της γραμμής βισεκτίσεως μέχρι να γίνει η χρονική άφιξη ίδια ξανά. Αυτό καθορίζει τη θέση της διάλεκτης (Τοποθέτηση του Σημείου).

​Για τον εντοπισμό της συγκεκριμένης φάσης που υφίσταται PD, χρησιμοποιείται η μέθοδος HFCT​ για την ανίχνευση σημάτων στις ηφαιστειακές οδηγίες (ή στο σώμα) των τριφασικών εξερχόμενων καλωδίων. Το σήμα ρεύματος από την ελλειμματική φάση παρουσιάζει μεγαλύτερη ένταση και αντίθετη πολικότητα σε σύγκριση με τα σήματα των άλλων δύο φάσεων, επιτρέποντας την απλή ταυτοποίηση της ελλειμματικής φάσης.