固体絶縁リングメインユニットの部分放電検出技術に関する研究
都市の電力網の発展に伴い、固体絶縁リングメインユニット（RMU）の設置数は継続的に増加しています。その運転状態は電力システムの供給信頼性に大きく影響します。故障の結果は深刻で、直接的な損傷としては保護線路や設備の損傷、停電が挙げられ、間接的な結果としては広範な顧客への停電、日常生活、生産、さらには社会の安定性にまで影響を与えます。
現在、固体絶縁RMU装置のフィールド試験方法の不足と、運用中の開閉器での絶縁障害の頻発により、電力システムの安全な運転に重大な脅威が存在しています。部分放電（PD）検出は開閉器の絶縁状態を評価する効果的な方法であり、現在の研究の焦点となっています。高圧開閉器でのPD検出と故障診断は、状態ベースのメンテナンスに重要な状態情報を提供し、安全かつ信頼性のある設備運転の鍵となります。高圧開閉器では、絶縁劣化による絶縁障害は電界だけでなく、機械的な力、熱、またはそれらと電界の組み合わせによっても発生し、最終的には電力品質と供給信頼性に影響を与えます。電力設備のライブ試験を標準化し、効果的に実施するために、関連する国内および国際規格を参照し、主に国家電網公司生産変電通知[2011]第11号「電力設備のライブ試験技術規格（試行）」に基づいて、この研究はRMUの部分放電検出に焦点を当てています。
II. リングメインユニットの部分放電検出方法
1. PDエネルギーの形式
部分放電はパルス放電です。電荷移動や電力消費だけでなく、PD過程では電磁放射、超音波、光、熱、新たな化学生成物が発生します。これらの現象を対象とする検出方法には、電気検出、音響検出、光学検出、化学検出があります。これらの中でも電気と音響方法が最も一般的に使用されますが、その実用的な効果はしばしば制限されます。これは主に現場のノイズ干渉が強く、真のPD信号を区別するのが困難であるためです。効果的に干渉を排除することは、PD設備の検出性能を向上させる上で重要です。
検出される現象:
- 電気: (TEV、UHF、HFCTセンサー)
- 音響: (超音波センサー)
- 光学: (特定の場所の視察窓を通じて放電時に可視)
- 熱: (赤外線、ただしRMUの完全密閉構造により検出効果は限定的)
- 化学/ガス: (オゾン臭など)
2. 検出技術
現在、開閉器のPD検出には多くの技術が使用されており、大まかに分けて 直接法 (表向き放電量検出) と 間接法 (TEV、超音波、UHF、音響電気複合検出) があります。直接法は相対的なもので、試験対象の端子間に既知の電荷量を注入し、PDイベントによって引き起こされる端子電圧変化と同等のものを生成します。この注入された電荷はPDの表向き放電量（Q）として測定され、ピコクーロン（pC）単位で表示されます。実際には、表向き放電量は試験対象内の放電部位で放出される実際の電荷量とは等しくありません。後者は直接測定することはできません。PD電流パルスによって測定インピーダンス間で生成される電圧波形は、キャリブレーションパルスによって生成されるものとは異なるかもしれませんが、計器上の応答読み取りは一般に同等とみなされます。以下は2つの主流のRMU検出技術です。
1) 固体絶縁RMUの超音波検出
空気中を伝播する超音波信号を受信し、PD信号の音圧を測定することで、放電強度を推定できます。超音波検査では、センサーを開閉器表面のシームや隙間沿いでスキャンします。参考図は典型的な検出位置を示しています。
2) 一時地電圧（TEV）検出の原理
高圧開閉器内でのPDが発生すると、放電チャネルを沿って極めて短時間のパルス電流が流れ、一時的な電磁波を励起します。放電過程の迅速さにより、急峻な電流パルスが発生し、強い高周波電磁放射能力を持ちます。この放射は金属製の筐体の密封パッキンや絶縁部の隙間を通じて外部に伝播し、筐体外側に接地に対する一時的な電圧を誘導します。この地電圧（TEV）はミリボルトからボルトの範囲で、上昇時間は数ナノ秒です。専用のTEVセンサーを筐体の外部に配置することで、非侵襲的にこの信号を検出できます。
主要なTEV検出位置（筐体壁の反対側）:
- 母線（接続部、壁貫通部、支持絶縁体）
- 遮断器
- 電流変換器（CT）
- 電圧変換器（PT）
- ケーブル終端部
これらのコンポーネントは通常、前面パネルの中央部と下部、背面パネルの上部、中央部、下部、側面パネルの上部、中央部、下部に位置しています。
III. PDの位置特定と位相識別
センサ信号が設備内部からのものであることが確認されたら、さらに位置分析のために 到達時間差（TDOA）位置特定 を使用します。2つのセンサーを設備表面に配置し、それぞれの受信信号の時間差（t2 - t1）を分析してPDの位置を特定します。通常、源からの1メートル以内の範囲で位置を特定できます。
1. 時間差法:
PD源がセンサー1から距離X離れていると仮定し、電磁波の速度 = c（光速）、そして時間差t2 - t1をオシロスコープで測定します。
X = (t2 - t1) * c / 2
この式と巻尺を使用して、位置Xを決定することができます。
2. 平面二等分法:
- 2つのセンサーを空間内で移動させて、PD信号の到達時間が両方で同じになるようにします。これにより、2つのセンサーの垂直二等分平面に放電点が位置付けられます（平面の位置付け）。
- この二等分平面内でセンサーを移動させて、再び到達時間が同じになるようにします。これにより、その平面内の垂直二等分線上に放電点が位置付けられます（直線の位置付け）。
- この二等分線上でセンサーを移動させて、再び到達時間が同じになるようにします。これにより、放電位置が特定されます（点の位置付け）。
具体的な位相のPDを識別するには、HFCT法を使用して隣接する三相送り出しケーブルの接地線（または筐体）上の信号を検出します。欠陥のある位相の電流信号は他の2位相の信号と比較して振幅が大きく、極性が逆になります。これにより、故障した位相を容易に識別することができます。
