Investigación sobre a tecnoloxía de detección de descargas parciais para unidades de anel principal con aislamento sólido
Coa evolución das redes eléctricas urbanas, o número de instalacións de unidades de anel principal (RMU) de aislamento sólido aumentou continuamente. O seu estado operativo ten un impacto significativo na fiabilidade do suministro eléctrico do sistema. As consecuencias das fallos son graves: os danos directos inclúen o dano nas liñas e equipos protexidos, así como a perda de enerxía; as consecuencias indirectas causan cortes xerais aos clientes, interrompendo a vida diaria, a produción e incluso a estabilidade social.
Actualmente, as insuficiencias dos métodos de proba no campo para o equipo de RMU de aislamento sólido e a frecuente ocorrencia de fallos de aislamento en equipos de conmutación en funcionamento supón unha ameaza seria para a operación segura do sistema eléctrico. A detección de descargas parciais (PD) é un método eficaz para avaliar o estado do aislamento do equipo de conmutación e é o foco actual da investigación. Realizar a detección de PD e o diagnóstico de fallos en equipos de alta tensión proporciona información crucial sobre o estado para a mantención basada no estado e é clave para garantir a operación segura e fiable do equipo. No equipo de alta tensión, a degradación do aislamento que leva a fallos de aislamento non só está causada por campos eléctricos, senón que tamén pode desenvolverse debido a forzas mecánicas, calor ou a súa acción combinada co campo eléctrico, afectando finalmente a calidade e a fiabilidade do suministro. Para normalizar e implementar eficazmente as probas en vivo do equipo eléctrico, e facendo referencia a normas nacionais e internacionais relevantes - principalmente baseadas na Notificación de Produción de Subestación da Corporación Estatal de Red [2011] N.º 11 "Notificación sobre a Emissão da 'Especificación Técnica para Probas en Vivo do Equipo Eléctrico (de Ensaio)'" - esta investigación se centra na detección de descargas parciais para RMUs.
II. Métodos de Detección de Descargas Parciais para Unidades de Anel Principal
1. Formas de Energía de PD
A descarga parcial é unha descarga pulsátil. Ademais de implicar a transferencia de carga e a dissipación de potencia, o proceso de PD tamén xera radiación electromagnética, ondas ultrasónicas, luz, calor e novos subproductos químicos. Os métodos de detección destinados a estos fenómenos inclúen a detección eléctrica, acústica, óptica e química. Entre eles, os métodos eléctricos e acústicos son os máis comúns, pero a súa efectividad práctica adoita estar limitada, principalmente debido á significativa interferencia de ruido no local que dificulta distinguir as señais de PD reais. Eliminar eficazmente a interferencia é crucial para mellorar o rendemento de detección do equipo de PD.
Fenómenos Detectados:
- Eléctrico: (sensores TEV, UHF, HFCT)
- Acústico: (sensores ultrasónicos)
- Óptico: (visible a través de ventanas de observación en ubicacións específicas durante a descarga)
- Térmico: (infravermellos, aínda que a efectividade da detección está limitada pola estrutura totalmente cerrada do RMU)
- Químico/Gás: (olor a ozono, etc.)
2. Tecnoloxías de Detección
Actualmente, empreganse numerosas técnicas de detección de PD para equipos de conmutación, xeralmente categorizadas como Métodos Directos (detección da cantidade aparente de descarga) e Métodos Indirectos (TEV, ultrasónico, UHF, detección acústo-eléctrica combinada). O método directo é relativo; implica inxectar unha cantidade coñecida de carga entre os terminais do obxecto de proba para crear un cambio de voltaxe terminal equivalente ao causado por un evento de PD. Esta carga inxectada denomínase entón a Cantidade Aparente de Descarga (Q) da PD, medida en picocoulombs (pC). Na práctica, a cantidade aparente de descarga non é igual á carga real emitida no lugar de descarga dentro do obxecto de proba; esta última non pode medirse directamente. Aínda que a forma de onda de voltaxe xerada a través da impedancia de medida polo pulso de corrente de PD poida diferir da causada polo pulso de calibración, as lecturas de resposta nos instrumentos adoitan considerarse equivalentes. Abaixo están dúas técnicas de detección mainstream para RMUs.
1) Detección Ultrasónica para RMUs de Aislamento Sólido
Recibindo sinais ultrasónicos transmitidos a través do aire e midendo a presión acústica do sinal de PD, pode inferirse a intensidade da descarga. Durante a proba ultrasónica, o sensor debe escanearse ao longo das costuras/gap no superficie do equipo de conmutación. Os diagramas de referencia proporcionan orientación sobre as ubicacións típicas de detección.
2) Principio da Detección de Voltaxe Transitorio a Terra (TEV)
Cando ocorre una PD dentro dun armario de equipo de alta tensión, fluye unha corrente pulsátil de duración extremadamente curta ao longo do canal de descarga, excitando ondas electromagnéticas transitorias. A rapidez do proceso de descarga resulta nun pulso de corrente escarpado con forte capacidade de radiación electromagnética de alta frecuencia. Esta radiación pode propagarse a través de aberturas na carcasa metálica, como juntas de sellado ou gaps ao redor do aislamento. Cando estas ondas electromagnéticas de alta frecuencia se propagan fóra do armario, inducen unha voltaxe transitoria na superficie exterior en relación coa terra. Esta voltaxe transitoria na terra (TEV) varía desde milivolts a volts con un tempo de subida de poucas nanosegundos. Un sensor TEV dedicado colocado fóra do armario pode detectar este sinal de xeito non invasivo.
Ubicacións Principales de Detección de TEV (nas paredes opostas do armario):
- Barras de distribución (conexións, bushings de pared, aisladores de soporte)
- Interruptores
- Transformadores de Corrente (TC)
- Transformadores de Tensión (TT)
- Terminacións de Cabos
Estes compoñentes adoitan estar situados nas seccións media e inferior do panel frontal, nas seccións superior, media e inferior do panel traseiro, e nas seccións superior, media e inferior dos paneles laterais.
III. Localización e Identificación de Fase de PD
Unha vez confirmado que as señais dos sensores proceden do interior do equipo, usa-se a localización por Diferenza de Tempo de Arribo (TDOA) para un análise posicional adicional. Colócanse dous sensores na superficie do equipo; analízase a diferenza de tempo entre as súas señais recibidas (t2 - t1) para determinar a localización da PD, xeralmente dentro dun rango de 1 metro da fonte.
1. Método de Diferenza de Tempo:
Supónse que a fonte de PD está a unha distancia X do sensor 1, a velocidade da onda electromagnética = c (velocidade da luz), e a diferenza de tempo t2 - t1 mídese mediante un osciloscopio.
X = (t2 - t1) * c / 2
Usando esta fórmula e unha cinta métrica, pode determinarse a posición X.
2. Método do Bisector Plano:
- Move os dous sensores no espazo ata que o tempo de arribo do sinal de PD sexa idéntico en ambos. Isto localiza o punto de descarga no plano bisector perpendicular entre os dous sensores (Localizando o Plano).
- Move os sensores dentro deste plano bisector ata que o tempo de arribo sexa idéntico de novo. Isto localiza o punto de descarga na liña bisector perpendicular dentro desa plano (Localizando a Liña).
- Move os sensores ao longo desta liña bisector ata que o tempo de arribo sexa idéntico unha vez máis. Isto identifica a localización da descarga (Localizando o Punto).
Para identificar a fase específica que experimenta PD, usa-se o método HFCT para detectar sinais nos conductos de terra (ou corpo) dos cabos de saída trifásicos adxacentes. A señal de corrente da fase defectuosa presenta unha amplitude maior e polaridade oposta comparada cos sinais nas outras dúas fases, permitindo unha identificación simple da fase defectuosa.
