پژوهش درباره فناوری تشخیص تخلیه جزئی برای واحدهای حلقه اصلی با عایق جامد

با توسعه شبکه‌های برق شهری، تعداد نصب واحدهای حلقه اصلی (RMU) عایق جامد به طور مداوم افزایش یافته است. وضعیت عملیاتی آنها به طور قابل توجهی بر قابلیت اطمینان تأمین برق سیستم الکتریکی تأثیر می‌گذارد. پیامدهای شکست‌ها شدید هستند: خسارات مستقیم شامل خسارت به خطوط و تجهیزات محافظ شده و همچنین از دست دادن برق؛ پیامدهای غیرمستقیم باعث قطع برق گسترده مشتریان می‌شود که زندگی روزمره، تولید و حتی ثبات اجتماعی را مختل می‌کند.

در حال حاضر، نقصان روش‌های تست میدانی برای تجهیزات RMU عایق جامد و بروز مکرر خرابی‌های عایق در تجهیزات کلیدزنی عملیاتی تهدید جدی برای عملیات ایمن سیستم برق است. تشخیص تخلخل جزئی (PD) روش مؤثری برای ارزیابی وضعیت عایق تجهیزات کلیدزنی است و موضوع تحقیقات فعلی است. انجام تشخیص و تشخیص خطا PD روی تجهیزات کلیدزنی با فشار بالا اطلاعات وضعیت مهمی برای نگهداری مبتنی بر وضعیت ارائه می‌دهد و کلیدی برای تضمین عملیات ایمن و قابل اعتماد تجهیزات است. در تجهیزات کلیدزنی با فشار بالا، تخریب عایق منجر به خرابی‌های عایق نه تنها توسط میدان‌های الکتریکی بلکه می‌تواند به دلیل نیروهای مکانیکی، گرما یا ترکیب این نیروها با میدان‌های الکتریکی ایجاد شود که در نهایت بر کیفیت و قابلیت اطمینان تأمین برق تأثیر می‌گذارد. برای استانداردسازی و اجرای موثر آزمون‌های زنده تجهیزات برق و با مراجعه به استانداردهای داخلی و بین‌المللی - به طور اصلی بر اساس اعلان شرکت تولید برق کشور [2011] شماره 11 "اعلان درباره انتشار 'مشخصات فنی آزمون‌های زنده تجهیزات برق (آزمایشی)'" - این تحقیق بر تشخیص تخلخل جزئی برای RMU تمرکز دارد.

​II. روش‌های تشخیص تخلخل جزئی برای واحدهای حلقه اصلی​

​1. فرم‌های انرژی PD​
تخلخل جزئی یک تخلخل ضربه‌ای است. علاوه بر انتقال بار و تلفات قدرت، فرآیند PD نیز تابش الکترومغناطیسی، امواج فوق صوتی، نور، گرما و محصولات شیمیایی جدید ایجاد می‌کند. روش‌های تشخیصی که به این پدیده‌ها می‌پردازند شامل تشخیص الکتریکی، صوتی، نوری و شیمیایی هستند. از این میان، روش‌های الکتریکی و صوتی بیشترین کاربرد را دارند، اما اثربخشی عملی آنها اغلب محدود است، عمدتاً به دلیل تداخلات شلوغ محلی که تمایز سیگنال‌های واقعی PD را دشوار می‌کند. حذف موثر تداخلات برای بهبود عملکرد تشخیصی تجهیزات PD ضروری است.

پدیده‌های تشخیصی:

• ​الکتریکی:​​ (سنسورهای TEV، UHF، HFCT)
• ​صوتی:​​ (سنسورهای فوق صوتی)
• ​نوری:​​ (قابل مشاهده از طریق پنجره‌های مشاهده در موقعیت‌های خاص در زمان تخلخل)
• ​گرمایی:​​ (اینفراروت، اگرچه اثربخشی تشخیص به دلیل ساختار بسته RMU محدود است)
• ​شیمیایی/گاز:​​ (بوی اوزون و غیره)

​2. فناوری‌های تشخیص​
در حال حاضر روش‌های متعددی برای تشخیص PD در تجهیزات کلیدزنی استفاده می‌شود که به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند: ​روش‌های مستقیم​ (تشخیص مقدار تخلخل ظاهری) و ​روش‌های غیرمستقیم​ (TEV، فوق صوتی، UHF، تشخیص ترکیبی صوت-الکتریک). روش مستقیم نسبی است؛ شامل تزریق یک مقدار شار معین بین دو انتهای شیء آزمون برای ایجاد تغییر ولتاژی در انتهای شیء معادل با تخلخل PD. این مقدار شار تزریقی به عنوان مقدار تخلخل ظاهری (Q) PD اندازه‌گیری می‌شود که به پیکوکولوم (pC) است. در عمل، مقدار تخلخل ظاهری با مقدار شار واقعی منتشر شده در محل تخلخل در شیء آزمون برابر نیست؛ این مقدار نمی‌تواند به طور مستقیم اندازه‌گیری شود. در حالی که موج ولتاژی که توسط پالس جریان PD در مانع اندازه‌گیری ایجاد می‌شود ممکن است با موج ایجاد شده توسط پالس کالیبراسیون متفاوت باشد، خواندن‌های واکنشی در ابزارها معمولاً معادل در نظر گرفته می‌شوند. در زیر دو تکنیک تشخیصی رایج RMU آورده شده است.

​1) تشخیص فوق صوتی برای RMU عایق جامد​
با دریافت سیگنال‌های فوق صوتی ارسال شده از طریق هوا و اندازه‌گیری فشار صوتی سیگنال PD، شدت تخلخل قابل استنباط است. در طی آزمون فوق صوتی، سنسور باید در طول فواصل/شکاف‌ها روی سطح تجهیزات کلیدزنی اسکن شود. نمودارهای مرجع راهنمایی برای مکان‌های تشخیصی معمول ارائه می‌دهند.

​2) اصل تشخیص ولتاژ زمین موقت (TEV)​
هنگامی که PD در داخل جعبه کلیدزنی با فشار بالا رخ می‌دهد، یک جریان پالسی با مدت زمان بسیار کوتاه در طول کانال تخلخل جریان می‌یابد و موج‌های الکترومغناطیسی موقتی را تحریک می‌کند. سرعت فرآیند تخلخل منجر به یک پالس جریان با شیب تند و قابلیت تابش الکترومغناطیسی با فرکانس بالا می‌شود. این تابش می‌تواند از طریق دهانه‌هایی در پوشش فلزی، مانند لایه‌های ختم‌کننده یا شکاف‌های حول عایق‌ها، منتشر شود. هنگامی که این موج‌های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا خارج از جعبه منتشر می‌شوند، ولتاژ موقتی روی سطح خارجی نسبت به زمین القاء می‌کنند. این ولتاژ موقتی روی زمین (TEV) از میلی‌ولت تا ولت با زمان بالا ریزی چند نانوثانیه‌ای متغیر است. یک سنسور TEV اختصاصی که روی بیرون جعبه قرار داده شده است می‌تواند این سیگنال را بدون ورود به داخل جعبه تشخیص دهد.

مکان‌های اصلی تشخیص TEV (روی دیواره‌های مقابل):

• موتورهای اصلی (اتصالات، بوشینگ‌های دیوار، عایق‌های پشتیبان)
• کلیدزن‌ها
• ترانسفورماتورهای جریان (CT)
• ترانسفورماتورهای ولتاژ (PT)
• پایانه‌های کابل
  این اجزا معمولاً در بخش‌های میانی و پایین پنل جلو، بخش‌های بالا، میانی و پایین پنل عقب و بخش‌های بالا، میانی و پایین پنل‌های جانبی قرار دارند.

​III. محل‌یابی و شناسایی فاز PD​

پس از تأیید اینکه سیگنال‌های سنسور از داخل تجهیزات نشأت گرفته‌اند، از روش محل‌یابی ​اختلاف زمان رسیدن (TDOA)​ برای تحلیل مکانی بیشتر استفاده می‌شود. دو سنسور روی سطح تجهیزات قرار داده می‌شوند؛ تفاوت زمانی بین سیگنال‌های دریافتی آنها (t2 - t1) تحلیل می‌شود تا محل PD تعیین شود، معمولاً در محدوده یک متر از منبع.

​1. روش اختلاف زمان:​​
فرض کنید منبع PD فاصله X از سنسور 1 دارد، سرعت موج الکترومغناطیسی = c (سرعت نور)، و اختلاف زمان t2 - t1 از طریق اسکوپ اندازه‌گیری می‌شود.
X = (t2 - t1) * c / 2
با استفاده از این فرمول و یک خط کش، مکان X قابل تعیین است.

​2. روش میان‌بخش صفحه:​​

• دو سنسور را در فضا حرکت دهید تا زمان رسیدن سیگنال PD در هر دو یکسان باشد. این مکان تخلخل را روی صفحه عمودی میان‌بخش بین دو سنسور (تعیین صفحه) تعیین می‌کند.
• سنسورها را در این صفحه میان‌بخش حرکت دهید تا زمان رسیدن دوباره یکسان باشد. این مکان تخلخل را روی خط عمودی میان‌بخش در آن صفحه (تعیین خط) تعیین می‌کند.
• سنسورها را در امتداد این خط میان‌بخش حرکت دهید تا زمان رسیدن دوباره یکسان باشد. این مکان تخلخل را (تعیین نقطه) تعیین می‌کند.

​برای شناسایی فاز خاصی که PD را تجربه می‌کند، از روش HFCT​ برای تشخیص سیگنال‌ها در مسیرهای زمین (یا بدنه) کابل‌های خروجی سه‌فاز مجاور استفاده می‌شود. سیگنال جریان از فاز معیوب دارای دامنه بزرگتر و قطبیت مخالف نسبت به سیگنال‌های دو فاز دیگر است که به شناسایی ساده فاز معیوب کمک می‌کند.