Penyelidikan Teknologi Pengesanan Pembebasan Separuh untuk Unit Utama Cincin dengan Insulasi Pepejal

Dengan perkembangan grid elektrik bandar, bilangan pemasangan unit utama cincin (RMU) yang diisolasi padat telah terus meningkat. Status operasional mereka mempengaruhi ketepatan bekalan tenaga sistem elektrik secara signifikan. Akibat kegagalan adalah serius: kerusakan langsung termasuk kerosakan pada laluan dan peralatan yang dilindungi, serta kehilangan tenaga; akibat tidak langsung menyebabkan pemadaman pelanggan yang meluas, mengganggu kehidupan seharian, pengeluaran, dan bahkan kestabilan sosial.

Pada masa ini, ketidakcukupan kaedah ujian lapangan untuk peralatan RMU yang diisolasi padat dan kejadian kerapnya kesalahan isolasi dalam switchgear operasional menimbulkan ancaman serius terhadap operasi selamat sistem tenaga. Pengesanan pelepasan separa (PD) adalah kaedah yang berkesan untuk menilai keadaan isolasi switchgear dan merupakan fokus penyelidikan semasa. Melakukan pengesanan PD dan diagnosis kesalahan pada switchgear voltan tinggi memberikan maklumat status penting untuk pemeliharaan berdasarkan keadaan dan merupakan kunci untuk memastikan operasi peralatan yang selamat dan boleh dipercayai. Dalam switchgear voltan tinggi, penurunan isolasi yang menyebabkan kesalahan isolasi tidak hanya disebabkan oleh medan elektrik tetapi juga boleh berkembang akibat daya mekanikal, haba, atau tindakan gabungan mereka dengan medan elektrik, akhirnya mempengaruhi kualiti dan ketepatan bekalan tenaga. Untuk mengstandardisasi dan melaksanakan ujian hidup peralatan tenaga dengan berkesan, dan merujuk kepada standard domestik dan antarabangsa yang berkaitan—terutamanya berdasarkan Notis Substansi Produksi Syarikat Tenaga Negara [2011] No. 11 "Notis tentang Penerbitan 'Spesifikasi Teknikal untuk Ujian Hidup Peralatan Tenaga (Ujian)'"—penyelidikan ini bertumpu pada pengesanan pelepasan separa untuk RMU.

​II. Kaedah Pengesanan Pelepasan Separuh Unit Utama Cincin​

​1. Bentuk Energi PD​
Pelepasan separa adalah pelepasan pulsed. Selain melibatkan pemindahan cas dan penggunaan kuasa, proses PD juga menghasilkan radiasi elektromagnetik, gelombang ultrasonik, cahaya, haba, dan hasil kimia baru. Kaedah pengesanan yang ditujukan kepada fenomena-fenomena ini termasuk pengesanan elektrik, akustik, optik, dan kimia. Di antara ini, kaedah elektrik dan akustik paling sering digunakan, tetapi keberkesanan praktikal mereka sering terhad, terutamanya disebabkan gangguan bunyi yang signifikan di tapak yang membuatnya sukar untuk membezakan isyarat PD yang sebenar. Menghapuskan gangguan dengan berkesan adalah penting untuk meningkatkan prestasi pengesanan peralatan PD.

Fenomena yang Disesap:

• ​Elektrik:​​ (sensor TEV, UHF, HFCT)
• ​Akustik:​​ (sensor ultrasonik)
• ​Optik:​​ (boleh dilihat melalui jendela pandang di lokasi tertentu semasa pelepasan)
• ​Termal:​​ (infra merah, walaupun keberkesanan pengesanan terhad oleh struktur sepenuhnya tertutup RMU)
• ​Kimia/Gas:​​ (bau ozon, dll.)

​2. Teknologi Pengesanan​
Banyak teknik pengesanan PD kini digunakan untuk switchgear, secara umum dikategorikan sebagai ​Kaedah Langsung​ (pengesanan jumlah pelepasan yang nyata) dan ​Kaedah Tidak Langsung​ (TEV, ultrasonik, UHF, pengesanan akustik-elektrik bergabung). Kaedah langsung bersifat relatif; ia melibatkan penyuntikan jumlah cas yang diketahui antara terminal objek ujian untuk mencipta perubahan voltan terminal yang setara dengan yang disebabkan oleh acara PD. Jumlah cas yang disuntikkan ini kemudian dirujuk sebagai Jumlah Pelepasan Yang Nyata (Q) dari PD, diukur dalam picocoulombs (pC). Dalam amalan, jumlah pelepasan yang nyata tidak sama dengan jumlah cas sebenar yang dilepaskan di tempat pelepasan dalam objek ujian; yang terakhir tidak dapat diukur secara langsung. Walaupun bentuk gelombang voltan yang dihasilkan di seluruh impedans pengukuran oleh puls arus PD mungkin berbeza daripada yang disebabkan oleh puls kalibrasi, bacaan respons pada instrumen biasanya dianggap setara. Berikut adalah dua teknik pengesanan RMU mainstream.

​1) Pengesanan Ultrasonik untuk RMU yang Diisolasi Padat​
Dengan menerima isyarat ultrasonik yang ditransmisikan melalui udara dan mengukur tekanan akustik isyarat PD, intensiti pelepasan boleh ditentukan. Semasa ujian ultrasonik, sensor harus dipindai sepanjang sambungan/celah pada permukaan switchgear. Diagram rujukan memberikan panduan pada lokasi pengesanan yang biasa.

​2) Prinsip Pengesanan Voltan Bumi Sementara (TEV)​
Apabila PD berlaku di dalam kabinet switchgear voltan tinggi, arus pulsed yang sangat singkat mengalir sepanjang saluran pelepasan, menggetarkan gelombang elektromagnetik sementara. Kecepatan proses pelepasan menghasilkan puls arus yang curam dengan keupayaan radiasi elektromagnetik frekuensi tinggi yang kuat. Radiasi ini boleh berpropagasi melalui lubang di dalam rangka logam, seperti gasket segel atau celah di sekitar isolasi. Apabila gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi ini berpropagasi di luar kabinet, ia menginduksi voltan sementara pada permukaan luar relatif terhadap tanah. Voltan sementara ini (TEV) berkisar dari millivolts hingga volts dengan masa naik beberapa nanoseconds. Sensor TEV khusus yang ditempatkan di luar kabinet boleh mendeteksi isyarat ini secara non-invasif.

Lokasi Utama Pengesanan TEV (di dinding kabinet yang berlawanan):

• Busbars (sambungan, bushing dinding, insulator sokongan)
• Pemutus Litar
• Transformator Arus (CT)
• Transformator Voltan (PT)
• Penamat Kabel
  Komponen-komponen ini biasanya terletak di bahagian tengah dan bawah panel depan, bahagian atas, tengah, dan bawah panel belakang, dan bahagian atas, tengah, dan bawah panel sisi.

​III. Lokalisasi PD dan Pengenalpastian Fasa​

Setelah isyarat sensor disahkan berasal dari dalam peralatan, ​Lokalisasi Perbezaan Masa Kedatangan (TDOA)​ digunakan untuk analisis posisi lanjutan. Dua sensor diletakkan pada permukaan peralatan; perbezaan masa antara isyarat yang diterima (t2 - t1) dianalisis untuk menentukan lokasi PD, biasanya dalam lingkungan 1 meter dari sumber.

​1. Kaedah Perbezaan Masa:​​
Anggap sumber PD berjarak X dari sensor 1, kelajuan gelombang elektromagnetik = c (kelajuan cahaya), dan perbezaan masa t2 - t1 diukur melalui osiloskop.
X = (t2 - t1) * c / 2
Dengan menggunakan formula ini dan pembaris, kedudukan X boleh ditentukan.

​2. Kaedah Pembahagi Bidang:​​

• Pindahkan kedua-dua sensor dalam ruang sehingga masa kedatangan isyarat PD adalah sama di kedua-duanya. Ini menentukan titik pelepasan pada bidang pembahagi tegak lurus antara kedua-dua sensor (Menentukan Bidang).
• Pindahkan sensor-sensor dalam bidang pembahagi tersebut sehingga masa kedatangan adalah sama lagi. Ini menentukan titik pelepasan pada garis pembahagi tegak lurus dalam bidang tersebut (Menentukan Garis).
• Pindahkan sensor-sensor sepanjang garis pembahagi tersebut sehingga masa kedatangan adalah sama sekali lagi. Ini menentukan lokasi pelepasan (Menentukan Titik).

​Untuk mengenal pasti fasa spesifik yang mengalami PD, kaedah HFCT​ digunakan untuk mendeteksi isyarat pada talian tanah (atau badan) kabel keluaran tiga fasa yang bersebelahan. Isyarat arus dari fasa yang cacat menunjukkan amplitudo yang lebih besar dan polariti yang bertentangan berbanding isyarat pada dua fasa lain, membolehkan pengenalpastian fasa yang rosak dengan mudah.