Forskning på teknologi for deteksjon av delvis utslipp for ringhovedenheter med fast isolasjon
Med utviklingen av bystrømnettet har antallet av installasjoner av fastisolerte ringhovedenheter (RMU) økt stadig. Deres driftsstatus har en betydelig innvirkning på strømforsyningsreliabiliteten i elektriske systemer. Konsekvensene av feil er alvorlige: direkte skader inkluderer skade på beskyttede linjer og utstyr, samt strømtap; indirekte konsekvenser forårsaker omfattende kundeknekking, som forstyrrer dagligliv, produksjon og til og med sosial stabilitet.
For tiden er utilstrekkeligheten av felttestmetoder for fastisolert RMU-utstyr og ofte forekommende isolasjonsfeil i driftsbelasted switchgear en alvorlig trussel mot sikker drift av strømsystemet. Deteksjon av delvis utslipp (PD) er en effektiv metode for å vurdere isolasjonstilstanden til switchgear og er et fokusområde for nåværende forskning. Utførelse av PD-deteksjon og feildiagnose på høyspennings-switchgear gir viktig statusinformasjon for tilstandsbasert vedlikehold og er nøkkelen til å sikre trygge og pålitelige drift av utstyr. I høyspennings-switchgear kan isolasjonsdegenerering som fører til isolasjonsfeil ikke bare skyldes elektriske felt, men kan også utvikle seg på grunn av mekaniske krefter, varme eller deres kombinerte virkning sammen med elektriske felt, og dette påvirker til slutt strømkvaliteten og strømforsyningsreliabiliteten. For å standardisere og effektivt implementere live-testing av strømutsyr, og referere til relevante nasjonale og internasjonale standarder – hovedsakelig basert på State Grid Corporation Production Substation Notice [2011] No. 11 "Notice on Issuing the 'Technical Specification for Live Testing of Power Equipment (Trial)'" – fokuserer denne forskningen på delvis utslippsdeteksjon for RMU-er.
II. Metoder for delvis utslippsdeteksjon av ringhovedenheter
1. Former for PD-energi
Delvis utslipp er en pulserende utløsing. I tillegg til å involvere laddetransfer og energiforbruk, genererer PD-prosessen også elektromagnetisk stråling, ultralyd, lys, varme og nye kjemiske biprodukter. Deteksjonsmetoder rettet mot disse fenomenene inkluderer elektrisk deteksjon, akustisk deteksjon, optisk deteksjon og kjemisk deteksjon. Av disse er elektriske og akustiske metoder de mest brukte, men deres praktiske effektivitet er ofte begrenset, hovedsakelig på grunn av betydelig støyforstyrrelse på stedet som gjør det vanskelig å skille ekte PD-signaler. Effektiv eliminering av forstyrrelser er avgjørende for å forbedre deteksjonsytelsen av PD-utstyr.
Detekterte fenomener:
- Elektrisk: (TEV, UHF, HFCT-sensorer)
- Akustisk: (ultralydsensorer)
- Optisk: (synlig gjennom visningsvinduer i spesifikke lokasjoner under utløsning)
- Termisk: (infra rød, selv om deteksjonsytelsen er begrenset av RMUens fullt lukkede struktur)
- Kjemisk/Gass: (ozonlukt, etc.)
2. Deteksjonsteknologier
Mange PD-deteksjonsteknikker er for tiden i bruk for switchgear, inndelt i Direkte Metoder (oppdagelse av synlig utslippmengde) og Indirekte Metoder (TEV, ultralyd, UHF, kombinert akustisk-elektrisk deteksjon). Den direkte metoden er relativ; den innebærer at en kjent laddemengde injiseres mellom testobjektets terminaler for å opprette en endring i terminalspenning som er ekvivalent med den forårsaket av en PD-hendelse. Denne injiserte ladningen refereres så til som den synlige utslippmengden (Q) av PD, målt i pikokulomb (pC). I praksis er den synlige utslippmengden ikke lik den faktiske ladningen frigitt ved utløsningssiden i testobjektet; den siste kan ikke måles direkte. Mens den spenningsformen generert over målingsimpedansen av PD-strømpuls kan være annerledes enn den forårsaket av kalibreringspulsen, anses responsmålinger på instrumentene generelt som ekvivalente. Nedenfor er to hovedstrømmer for RMU-deteksjonsteknikker.
1) Ultralyddeteksjon for fastisolerte RMU-er
Ved å motta ultralydsignaler sendt gjennom luften og måle lydtrykket av PD-signalet, kan utløsningsintensiteten formodes. Under ultralydtesting bør sensor skannes langs sømmene/gapene på switchgear-overflaten. Referanseganger gir veiledning om typiske deteksjonslokasjoner.
2) Prinsippet bak Transient Earth Voltage (TEV)-deteksjon
Når PD forekommer inne i en høyspennings-switchgear-kabinet, strømmer en svært kortvarig pulsstrøm langs utløsningskanalen, som oppvekker transiente elektromagnetiske bølger. Hurtigheten i utløsningsprosessen resulterer i en bratt strømpuls med sterke høyfrekvente elektromagnetiske strålingskapasiteter. Denne strålingen kan propageres gjennom åpninger i metallbeholderen, som tettingsstripper eller gap rundt isolasjonen. Når disse høyfrekvente elektromagnetiske bølgene propagerer utenfor kabinetet, inducerer de en transient spenning på ytre overflate i forhold til jord. Denne transiente spenningen på jorden (TEV) varierer fra millivolts til volts med en stigningstid på noen nanosekunder. En dedikert TEV-sensor plassert på utsiden av kabinetet kan detektere dette signalet invasivt.
Hoved TEV-deteksjonslokasjoner (på motsatt side av kabinetveggene):
- Busbarer (tilkoblinger, veggbushing, støtteisolatorer)
- Sirkuitsbrytere
- Strømtransformatorer (CT)
- Spenningstransformatorer (PT)
- Kabeltermineringer
Disse komponentene er typisk plassert på midten og nederste seksjon av frontpanellet, øvre, midtre og nedre seksjon av bakpanellet, og øvre, midtre og nedre seksjon av sidepanellet.
III. PD-lokaliserings- og fasidentifikasjon
Når sensursignaler bekreftes å stamme fra innenfra utstyret, brukes Tidsforskjell for Ankomst (TDOA)-lokaliseringsmetode for videre posisjonsanalyse. To sensorer plasseres på utstyrets overflate; tidsforskjellen mellom deres mottatte signaler (t2 - t1) analyseres for å bestemme PD-posisjonen, vanligvis innenfor et 1-meter område fra kilde.
1. Tidsforskjellsmetode:
Anta at PD-kilden er avstand X fra sensor 1, elektromagnetiske bølghastighet = c (lyshastighet), og tidsforskjellen t2 - t1 måles via oscilloskop.
X = (t2 - t1) * c / 2
Ved hjelp av denne formelen og en måleband, kan posisjon X bestemmes.
2. Planbisector-metode:
- Flytt de to sensorer i rommet til PD-signalets ankomsttid er identisk på begge. Dette lokaliserer utløsningspunktet på den perpendikulære bisectoren mellom de to sensorer (Lokalisering av Planet).
- Flytt sensorer innenfor denne bisectoren til ankomsttiden er identisk igjen. Dette lokaliserer utløsningspunktet på den perpendikulære bisectorlinjen innenfor planet (Lokalisering av Linjen).
- Flytt sensorer langs denne bisectorlinjen til ankomsttiden er identisk en gang til. Dette pinpointer utløsningsposisjonen (Lokalisering av Punktet).
For å identifisere den spesifikke fasen som opplever PD, brukes HFCT-metoden for å detektere signaler på jordledene (eller kroppen) av de nærliggende trefaserte utgående kabler. Strømsignalet fra den defekte fasen viser en større amplitud og motsatt polaritet sammenlignet med signalene på de andre to fasene, noe som gjør det enkelt å identifisere den feilaktige fasen.
