پژوهش درباره فناوری تشخیص تخلیه جزئی برای واحدهای حلقه اصلی عایق‌سازی جامد
با توسعه شبکه‌های برق شهری، تعداد نصب واحدهای حلقه‌ای با عایق جامد (RMU) به طور مداوم افزایش یافته است. وضعیت عملیاتی آنها به طور قابل توجهی بر قابلیت اطمینان تأمین برق سیستم الکتریکی تأثیر می‌گذارد. پیامدهای خرابی‌ها شدید هستند: خسارت مستقیم شامل خسارت به خطوط و تجهیزات محافظ شده و از دست دادن برق؛ پیامدهای غیرمستقیم منجر به قطع برق گسترده مشتریان، مختل کردن زندگی روزمره، تولید و حتی ثبات اجتماعی می‌شود.
در حال حاضر، نقصان در روش‌های تست میدانی تجهیزات RMU با عایق جامد و بروز مکرر خرابی‌های عایقی در تجهیزات کلیدزنی در حال عملیات تهدید جدی بر عملکرد ایمن سیستم برق ایجاد می‌کند. تشخیص تخلیه جزئی (PD) یک روش مؤثر برای ارزیابی وضعیت عایقی تجهیزات کلیدزنی است و موضوع تحقیقات فعلی است. انجام تشخیص و تشخیص خطا PD روی تجهیزات کلیدزنی فشار بالا اطلاعات وضعیتی مهمی برای نگهداری بر اساس وضعیت فراهم می‌کند و کلیدی برای تضمین عملکرد ایمن و قابل اعتماد تجهیزات است. در تجهیزات کلیدزنی فشار بالا، تخریب عایق منجر به خرابی‌های عایقی نه تنها توسط میدان‌های الکتریکی بلکه نیز از طریق نیروهای مکانیکی، گرمایی یا ترکیبی از این نیروها با میدان‌های الکتریکی رخ می‌دهد که در نهایت بر کیفیت و قابلیت اطمینان تأمین برق تأثیر می‌گذارد. برای استانداردسازی و اجرای مؤثر آزمون‌های زنده تجهیزات برق و مراجعه به استانداردهای داخلی و بین‌المللی - عمدتاً بر اساس اعلامیه شرکت برق دولتی [2011] شماره 11 "اعلامیه درباره صدور 'مشخصات فنی آزمون‌های زنده تجهیزات برق (آزمایشی)'" - این تحقیق بر تشخیص تخلیه جزئی برای RMUs تمرکز دارد.
II. روش‌های تشخیص تخلیه جزئی برای واحدهای حلقه‌ای
1. اشکال انرژی PD
تخلیه جزئی یک تخلیه پالسی است. علاوه بر انتقال بار و تلفات انرژی، فرآیند PD همچنین تابش الکترومغناطیسی، امواج فوق صوتی، نور، گرما و محصولات شیمیایی جدید تولید می‌کند. روش‌های تشخیصی مرتبط با این پدیده‌ها شامل تشخیص الکتریکی، صوتی، نوری و شیمیایی هستند. از بین این روش‌ها، روش‌های الکتریکی و صوتی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما اثربخشی عملی آنها اغلب محدود است، عمدتاً به دلیل تداخلات شوشری محلی که تمایز سیگنال‌های واقعی PD را دشوار می‌کند. حذف مؤثر تداخلات برای بهبود عملکرد تشخیصی تجهیزات PD حیاتی است.
پدیده‌های تشخیصی:
- الکتریکی: (سنسورهای TEV، UHF، HFCT)
- صوتی: (سنسورهای فوق صوتی)
- نوری: (قابل مشاهده از طریق پنجره‌های مشاهده در موقعیت‌های خاص در هنگام تخلیه)
- گرمایی: (اینفراروت، اگرچه اثربخشی تشخیصی آن به دلیل ساختار کاملاً بسته RMU محدود است)
- شیمیایی/گاز: (بوی اوزون و غیره)
2. فناوری‌های تشخیصی
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 تخلیه ظاهری) و روش‌های غیرمستقیم (TEV، فوق صوتی، UHF، تشخیص ترکیبی صوتی-الکتریکی). روش مستقیم نسبی است؛ شامل تزریق یک مقدار شار معین بین دو انتهای شیء آزمون برای ایجاد تغییر ولتاژ انتهایی معادل با آنچه توسط رویداد PD ایجاد می‌شود. این مقدار شار تزریقی سپس به عنوان مقدار تخلیه ظاهری (Q) PD اندازه‌گیری می‌شود که در واحد پیکوکولوم (pC) است. در عمل، مقدار تخلیه ظاهری با مقدار شار واقعی منتشر شده در محل تخلیه در داخل شیء آزمون برابر نیست؛ این مقدار نمی‌تواند به طور مستقیم اندازه‌گیری شود. اگرچه موج ولتاژی که توسط پالس جریان PD در مدار مقاومت اندازه‌گیری می‌شود ممکن است با موج تولید شده توسط پالس کالیبراسیون متفاوت باشد، خوانده‌های پاسخ روی دستگاه‌ها به طور کلی معادل در نظر گرفته می‌شوند. در زیر دو تکنیک تشخیصی رایج RMU آورده شده است.
1) تشخیص فوق صوتی برای RMU با عایق جامد
با دریافت سیگنال‌های فوق صوتی ارسال شده از طریق هوا و اندازه‌گیری فشار صوتی سیگنال PD، می‌توان شدت تخلیه را استنباط کرد. در هنگام تست فوق صوتی، سنسور باید در طول جوین‌ها/شکاف‌ها روی سطح تجهیزات کلیدزنی اسکن شود. نمودارهای مرجع راهنمایی برای مکان‌های تشخیصی معمول ارائه می‌دهند.
2) اصل تشخیص ولتاژ موقت زمین (TEV)
هنگامی که PD در داخل قاب کلیدزنی فشار بالا رخ می‌دهد، یک جریان پالسی با مدت بسیار کوتاه از طریق کانال تخلیه جریان می‌یابد و موج‌های الکترومغناطیسی موقتی را تحریک می‌کند. سرعت فرآیند تخلیه باعث ایجاد یک پالس جریان تند با توان تابش الکترومغناطیسی بالا می‌شود. این تابش می‌تواند از طریق دهانه‌های موجود در قاب فلزی، مانند لایه‌های پوششی یا شکاف‌های حول عایق، منتشر شود. وقتی این موج‌های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا خارج از قاب منتشر می‌شوند، ولتاژ موقتی روی سطح خارجی نسبت به زمین القاء می‌کنند. این ولتاژ موقتی زمین (TEV) از میلی‌ولت تا ولت با زمان بالا ریزی چند نانوثانیه‌ای متغیر است. یک سنسور TEV اختصاصی که روی بیرون قاب قرار داده شده، می‌تواند این سیگنال را بدون نفوذ تشخیص دهد.
مکان‌های اصلی تشخیص TEV (روی دیواره‌های مقابل):
- میله‌های اصلی (اتصالات، بوشینگ‌های دیواری، 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 پنل جانبی قرار دارند.
III. مکان‌یابی و شناسایی فاز PD
پس از تأیید اینکه سیگنال‌های سنسوری از داخل تجهیزات نشأت می‌گیرند، از روش تفاوت زمانی رسیدن (TDOA) برای تحلیل مکانی بیشتر استفاده می‌شود. دو سنسور روی سطح تجهیزات قرار داده می‌شوند؛ تفاوت زمانی بین سیگنال‌های دریافتی آنها (t2 - t1) برای تعیین مکان PD تحلیل می‌شود، معمولاً در محدوده یک متر از منبع.
1. روش تفاوت زمانی:
فرض کنید منبع PD فاصله X از سنسور 1 دارد، سرعت موج الکترومغناطیسی = c (سرعت نور)، و تفاوت زمانی t2 - t1 از طریق اسکیلوسکوپ اندازه‌گیری می‌شود.
X = (t2 - t1) * c / 2
با استفاده از این فرمول و یک نیمساز، می‌توان مکان X را تعیین کرد.
2. روش نیمساز صفحه:
- دو سنسور را در فضا حرکت دهید تا زمان رسیدن سیگنال PD در هر دو یکسان شود. این مکان تخلیه را روی صفحه عمودی نیمساز بین دو سنسور (تعیین صفحه) می‌یابد.
- سنسورها را در این صفحه نیمساز حرکت دهید تا زمان رسیدن دوباره یکسان شود. این مکان تخلیه را روی خط عمودی نیمساز در آن صفحه (تعیین خط) می‌یابد.
- سنسورها را در امتداد این خط نیمساز حرکت دهید تا زمان رسیدن دوباره یکسان شود. این مکان تخلیه را دقیقاً تعیین می‌کند (تعیین نقطه).
برای شناسایی فاز خاصی که PD رخ می‌دهد، از روش HFCT برای تشخیص سیگنال‌ها روی سیم‌های 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 این امر به شناسایی ساده فاز معیوب کمک می‌کند.
