Pagsasaliksik sa Teknolohiya ng Pagdedetekta ng Partial Discharge para sa Solid-Insulated Ring Main Units

Sa pag-unlad ng mga urban power grids, ang bilang ng solid-insulated ring main unit (RMU) na instalasyon ay patuloy na tumataas. Ang kanilang operasyonal na kalagayan ay may malaking epekto sa reliabilidad ng suplay ng kuryente ng sistema. Ang mga resulta ng mga pagkakamali ay seryoso: ang direktang pinsala ay kasama ang pagkasira ng mga linyang pinoprotektahan at mga kagamitan, pati na rin ang pagkawala ng kuryente; ang mga hindi direktang epekto naman ay nagdudulot ng malawakang pagkawala ng suplay ng kuryente sa mga customer, na nakakaapekto sa pang-araw-araw na pamumuhay, produksyon, at kahit na sa social stability.

Kasalukuyan, ang kakulangan ng mga paraan ng field testing para sa solid-insulated RMU na kagamitan at ang madalas na pagkakaroon ng mga insulation fault sa mga operational switchgear ay isang seryosong banta sa secure na operasyon ng sistema ng kuryente. Ang partial discharge (PD) detection ay isang epektibong paraan para masuriin ang kalagayan ng insulation ng mga switchgear at ito ay isang kasalukuyang paksa ng pagsasaliksik. Ang paggawa ng PD detection at fault diagnosis sa high-voltage switchgear ay nagbibigay ng mahalagang impormasyon tungkol sa kalagayan para sa condition-based maintenance at ito ay kritikal para matiyak ang ligtas at maaswang operasyon ng mga kagamitan. Sa high-voltage switchgear, ang pagbaba ng kalidad ng insulation na nagdudulot ng mga insulation fault ay hindi lamang dulot ng electric fields kundi maaari ring magkaroon dahil sa mekanikal na puwersa, init, o ang kanilang kombinadong aksyon kasama ang electric fields, na huling-una ay nakakaapekto sa kalidad ng kuryente at reliabilidad ng suplay. Upang i-standardize at epektibong ipatupad ang live testing ng mga kagamitang elektriko, at sumunod sa mga lokal at internasyonal na pamantayan—pinaka-batid na batay sa State Grid Corporation Production Substation Notice [2011] No. 11 "Notice on Issuing the 'Technical Specification for Live Testing of Power Equipment (Trial)'"—ang pagsasaliksik na ito ay nakatuon sa partial discharge detection para sa RMUs.

​II. Mga Paraan ng Partial Discharge Detection para sa Ring Main Units​

​1. Mga Anyo ng PD Energy​
Ang partial discharge ay isang pulsed discharge. Bukod sa paglilipat ng charge at pagdisipa ng lakas, ang proseso ng PD ay nagbuuod din ng electromagnetic radiation, ultrasonic waves, liwanag, init, at bagong chemical byproducts. Ang mga paraan ng deteksiyon na nakatuon sa mga ganitong mga phenomena ay kasama ang electrical detection, acoustic detection, optical detection, at chemical detection. Sa mga ito, ang electrical at acoustic methods ang pinaka-karaniwan, ngunit ang kanilang praktikal na epektividad ay madalas limitado, pangunahin dahil sa malaking noise interference sa lugar na nagdudulot ng kahirapan sa paghihiwalay ng tunay na PD signals. Ang epektibong pag-eliminate ng interference ay mahalaga para sa pag-improve ng performance ng mga kagamitang PD.

Mga Phenomena na Nadetect:

• ​Electrical:​​ (TEV, UHF, HFCT sensors)
• ​Acoustic:​​ (Ultrasonic sensors)
• ​Optical:​​ (Visible through viewing windows in specific locations during discharge)
• ​Thermal:​​ (Infrared, though detection effectiveness is limited by the RMU's fully enclosed structure)
• ​Chemical/Gas:​​ (Ozone smell, etc.)

​2. Mga Teknolohiya ng Deteksiyon​
Maraming mga teknik ng PD detection ang kasalukuyang ginagamit para sa mga switchgear, na maaaring ikategorya bilang ​Direct Methods​ (apparent discharge quantity detection) at ​Indirect Methods​ (TEV, ultrasonic, UHF, combined acousto-electric detection). Ang direct method ay relatibo; ito ay kasama ang pag-inject ng isang alam na dami ng charge sa pagitan ng mga terminal ng test object upang lumikha ng pagbabago sa terminal voltage na katumbas ng iyon na dulot ng isang PD event. Ang injected charge na ito ay tinatawag na Apparent Discharge Quantity (Q) ng PD, na inimprenta sa picocoulombs (pC). Sa praktika, ang apparent discharge quantity ay hindi pantay-pantay sa totoong charge na inilabas sa lokasyon ng discharge sa loob ng test object; ang huli ay hindi maaaring masukat direkta. Bagama't ang waveform ng tensyon na nilikha sa across ng measuring impedance ng PD current pulse maaaring magkaiba sa iyon na dulot ng calibration pulse, ang mga response readings sa mga instrumento ay karaniwang itinuturing na pantay-pantay. Sa ibaba ang dalawang mainstream na teknik ng deteksiyon para sa RMUs.

​1) Ultrasonic Detection para sa Solid-Insulated RMUs​
Sa pamamagitan ng pagtanggap ng ultrasonic signals na ipinadala sa pamamagitan ng hangin at pagsukat sa acoustic pressure ng PD signal, maaaring iminungkahing ang intensity ng discharge. Sa panahon ng ultrasonic testing, ang sensor ay dapat iscan sa pamamagitan ng mga seams/gaps sa ibabaw ng switchgear. Ang mga reference diagrams ay nagbibigay ng gabay sa mga typical na lokasyon ng deteksiyon.

​2) Prinsipyong Transient Earth Voltage (TEV) Detection​
Kapag nangyari ang PD sa loob ng high-voltage switchgear cabinet, isang napakabilis na pulsed current ang naglalakbay sa pamamagitan ng discharge channel, na nag-eexcite ng transient electromagnetic waves. Ang bilis ng proseso ng discharge ay nagreresulta sa isang steep current pulse na may malakas na high-frequency electromagnetic radiation capability. Ang radiation na ito ay maaaring magpropagate sa pamamagitan ng mga bukas sa metal enclosure, tulad ng sealing gaskets o gaps sa paligid ng insulation. Kapag ang mga high-frequency electromagnetic waves ay nagpropagate sa labas ng cabinet, sila ay nag-iinduce ng isang transient voltage sa outer surface relative sa earth ground. Ang transient voltage sa earth (TEV) na ito ay nasa rango mula millivolts hanggang volts na may rise time ng ilang nanoseconds. Isang dedicated TEV sensor na inilagay sa labas ng cabinet ay maaaring makadetect ng signal na ito nang hindi invasive.

Pangunahing Lokasyon ng TEV Detection (sa kabila ng mga cabinet walls):

• Busbars (connections, wall bushings, support insulators)
• Circuit Breakers
• Current Transformers (CT)
• Voltage Transformers (PT)
• Cable Terminations
  Ang mga komponentong ito ay karaniwang matatagpuan sa gitna at babang bahagi ng front panel, sa itaas, gitna, at babang bahagi ng rear panel, at sa itaas, gitna, at babang bahagi ng side panels.

​III. PD Localization at Phase Identification​

Kapag ang mga signal ng sensor ay napatunayan na nagmumula sa loob ng kagamitan, ang ​Time Difference Of Arrival (TDOA) localization​ ay ginagamit para sa karagdagang positional analysis. Dalawang sensor ang inilalagay sa ibabaw ng kagamitan; ang pagkakaiba ng oras sa pagitan ng kanilang mga natanggap na signal (t2 - t1) ay sinuri upang matukoy ang lokasyon ng PD, karaniwang nasa 1-meter range mula sa pinagmulan.

​1. Time Difference Method:​​
Ipagpalagay na ang PD source ay nasa layong X mula sa sensor 1, electromagnetic wave speed = c (speed of light), at ang pagkakaiba ng oras t2 - t1 ay inimprenta sa pamamagitan ng oscilloscope.
X = (t2 - t1) * c / 2
Gamit ang formula at tape measure, maaaring matukoy ang posisyon X.

​2. Plane Bisector Method:​​

• Ilipat ang dalawang sensor sa espasyo hanggang ang oras ng pagdating ng PD signal ay pantay-pantay sa parehong sensor. Ito ay naglalokasyon ng discharge point sa perpendicular bisecting plane sa pagitan ng dalawang sensor (Locating the Plane).
• Ilipat ang mga sensor sa loob ng bisecting plane hanggang ang oras ng pagdating ay pantay-pantay muli. Ito ay naglalokasyon ng discharge point sa perpendicular bisecting line sa loob ng plane (Locating the Line).
• Ilipat ang mga sensor sa pamamagitan ng bisecting line hanggang ang oras ng pagdating ay pantay-pantay muli. Ito ay nagtutukoy ng exact na lokasyon ng discharge (Locating the Point).

​Upang matukoy ang partikular na phase na naranasan ang PD, ang HFCT method​ ay ginagamit upang makadetect ng mga signal sa ground leads (o body) ng adjacent three-phase outgoing cables. Ang current signal mula sa defective phase ay nagpapakita ng mas malaking amplitude at opposite polarity kumpara sa mga signal sa ibang dalawang phases, na nagbibigay ng straightforward na pag-identify ng faulty phase.