Ricerca sulla tecnologia di rilevamento della scarica parziale per unità a anello principale con isolamento solido
Con lo sviluppo delle reti elettriche urbane, il numero di installazioni di unità principali ad anello (RMU) con isolamento solido è aumentato costantemente. Il loro stato operativo ha un impatto significativo sulla affidabilità dell'approvvigionamento elettrico del sistema. Le conseguenze dei guasti sono gravi: i danni diretti includono danni alle linee e agli apparecchi protetti, nonché la perdita di energia; le conseguenze indirette causano interruzioni diffuse ai clienti, disturbando la vita quotidiana, la produzione e persino la stabilità sociale.
Attualmente, l'insufficienza dei metodi di test sul campo per l'equipaggiamento RMU con isolamento solido e la frequente occorrenza di guasti di isolamento negli apparati in funzione costituiscono una minaccia seria per l'operatività sicura del sistema elettrico. La rilevazione della scarica parziale (PD) è un metodo efficace per valutare la condizione di isolamento degli apparati e rappresenta l'attuale focus di ricerca. L'esecuzione della rilevazione PD e la diagnosi dei guasti sugli apparati ad alta tensione forniscono informazioni cruciali sullo stato per la manutenzione basata sullo stato e sono fondamentali per garantire l'operatività sicura e affidabile dell'equipaggiamento. Negli apparati ad alta tensione, la degradazione dell'isolamento che porta a guasti di isolamento non è causata solo dai campi elettrici, ma può anche svilupparsi a causa di forze meccaniche, calore o la loro combinazione con i campi elettrici, influendo infine sulla qualità e la affidabilità dell'energia. Per standardizzare e implementare efficacemente i test su impianti elettrici in esercizio, e facendo riferimento a standard nazionali e internazionali rilevanti - principalmente basati sull'avviso della State Grid Corporation Production Substation [2011] No. 11 "Avviso sulla Pubblicazione della 'Specifiche Tecniche per i Test su Impianti Elettrici in Esercizio (Prova)'", questa ricerca si concentra sulla rilevazione della scarica parziale per RMU.
II. Metodi di Rilevazione della Scarica Parziale per Unità Principali ad Anello
1. Forme di Energia PD
La scarica parziale è una scarica pulsante. Oltre a coinvolgere il trasferimento di carica e la dissipazione di potenza, il processo PD genera anche radiazione elettromagnetica, onde ultrasonore, luce, calore e nuovi sottoprodotti chimici. I metodi di rilevazione mirati a questi fenomeni includono rilevazione elettrica, acustica, ottica e chimica. Tra questi, i metodi elettrici e acustici sono i più comunemente utilizzati, ma la loro effettiva efficacia è spesso limitata, principalmente a causa dell'interferenza rumorosa significativa sul sito che rende difficile distinguere i segnali PD autentici. Eliminare efficacemente l'interferenza è cruciale per migliorare le prestazioni di rilevazione dell'equipaggiamento PD.
Fenomeni Rilevati:
- Elettrico: (sensori TEV, UHF, HFCT)
- Acustico: (sensori ultrasonori)
- Ottico: (visibile attraverso finestre di visualizzazione in posizioni specifiche durante la scarica)
- Termico: (infrarosso, sebbene l'efficacia del rilevamento sia limitata dalla struttura completamente chiusa dell'RMU)
- Chimico/Gas: (odore di ozono, ecc.)
2. Tecnologie di Rilevazione
Attualmente vengono utilizzate numerose tecniche di rilevazione PD per gli apparati, generalmente categorizzate come Metodi Diretti (rilevazione della quantità di scarica apparente) e Metodi Indiretti (TEV, ultrasonico, UHF, rilevazione acusto-elettrica combinata). Il metodo diretto è relativo; prevede l'iniezione di una quantità nota di carica tra i terminali dell'oggetto da testare per creare una variazione di tensione terminale equivalente a quella causata da un evento PD. Questa carica iniettata viene poi definita come la Quantità di Scarica Apparente (Q) del PD, misurata in picocoulomb (pC). Nella pratica, la quantità di scarica apparente non è uguale alla carica effettivamente emessa nel sito di scarica all'interno dell'oggetto da testare; quest'ultima non può essere misurata direttamente. Sebbene la forma d'onda di tensione generata attraverso l'impedenza di misura dal pulso di corrente PD possa differire da quella causata dal pulso di taratura, le letture di risposta sugli strumenti sono generalmente considerate equivalenti. Di seguito sono riportate due tecniche di rilevazione RMU mainstream.
1) Rilevazione Ultrasonica per RMU con Isolamento Solido
Ricevendo i segnali ultrasonori trasmessi attraverso l'aria e misurando la pressione acustica del segnale PD, si può inferire l'intensità della scarica. Durante i test ultrasonici, il sensore dovrebbe essere scansionato lungo le giunture/fessure sulla superficie dell'apparato. Le diagrammi di riferimento forniscono indicazioni sulle posizioni tipiche di rilevamento.
2) Principio di Rilevazione della Tensione Transitoria a Terra (TEV)
Quando si verifica una PD all'interno di un armadio di apparati ad alta tensione, scorre un breve impulso di corrente lungo il canale di scarica, eccitando onde elettromagnetiche transitorie. La rapidità del processo di scarica produce un impulso di corrente con una forte capacità di radiazione elettromagnetica ad alta frequenza. Questa radiazione può propagarsi attraverso aperture nella custodia metallica, come guarnizioni di sigillaggio o fessure intorno all'isolamento. Quando queste onde elettromagnetiche ad alta frequenza si propagano all'esterno dell'armadio, inducono una tensione transitoria sulla superficie esterna rispetto al terreno. Questa tensione transitoria a terra (TEV) varia da millivolt a volt con un tempo di salita di pochi nanosecondi. Un sensore TEV dedicato posizionato all'esterno dell'armadio può rilevare questo segnale in modo non invasivo.
Principali Posizioni di Rilevamento TEV (sulle pareti opposte dell'armadio):
- Barre di distribuzione (connessioni, bushing di parete, isolatori di supporto)
- Interruttori di circuito
- Trasformatori di corrente (TC)
- Trasformatori di tensione (PT)
- Terminazioni dei cavi
Questi componenti si trovano tipicamente nelle sezioni medie e inferiori del pannello frontale, nelle sezioni superiore, media e inferiore del pannello posteriore, e nelle sezioni superiore, media e inferiore dei pannelli laterali.
III. Localizzazione PD e Identificazione della Fase
Una volta confermato che i segnali dei sensori provengono dall'interno dell'equipaggiamento, viene utilizzata la localizzazione Time Difference Of Arrival (TDOA) per ulteriori analisi posizionali. Vengono posizionati due sensori sulla superficie dell'equipaggiamento; la differenza temporale tra i segnali ricevuti (t2 - t1) viene analizzata per determinare la posizione della PD, solitamente entro un raggio di 1 metro dalla sorgente.
1. Metodo della Differenza Temporale:
Si supponga che la fonte di PD sia a una distanza X dal sensore 1, la velocità dell'onda elettromagnetica = c (velocità della luce), e la differenza temporale t2 - t1 è misurata tramite oscilloscopio.
X = (t2 - t1) * c / 2
Utilizzando questa formula e un metro, la posizione X può essere determinata.
2. Metodo del Bisettrice del Piano:
- Muovere i due sensori nello spazio fino a quando il tempo di arrivo del segnale PD è identico in entrambi. Questo localizza il punto di scarica sul piano bisettrice perpendicolare tra i due sensori (Localizzazione del Piano).
- Muovere i sensori all'interno di questo piano bisettrice fino a quando il tempo di arrivo è identico di nuovo. Questo localizza il punto di scarica sulla linea bisettrice perpendicolare all'interno di quel piano (Localizzazione della Linea).
- Muovere i sensori lungo questa linea bisettrice fino a quando il tempo di arrivo è identico ancora una volta. Questo individua la posizione della scarica (Localizzazione del Punto).
Per identificare la fase specifica che sta sperimentando la PD, il metodo HFCT viene utilizzato per rilevare i segnali sui cavi di uscita trifase adiacenti (o corpo). Il segnale di corrente della fase difettosa presenta un'ampiezza maggiore e una polarità opposta rispetto ai segnali sulle altre due fasi, consentendo un'identificazione semplice della fase difettosa.
