Forskning om teknik för detektion av partiella släppningar för ringhuvuden med fast isolering

Med utvecklingen av stadsnät har antalet installationer av ringhuvuden (RMU) med fast isolering kontinuerligt ökat. Deras driftstatus påverkar kraftigt elsystemets tillförlitlighet i leverans. Konsekvenserna av fel är allvarliga: direkt skador inkluderar skador på skyddade linjer och utrustning, samt strömavbrott; indirekta konsekvenser orsakar omfattande kundavbrott, vilket stör daglig livsstil, produktion och till och med social stabilitи.

För närvarande innebär bristerna i fälttestmetoder för RMU-utrustning med fast isolering och den frekventa förekomsten av isolationsfel i driftande växlingsutrustning ett allvarligt hot mot det säkra driftsättet av elkraftsystemet. Partiell utsläppsdetektion (PD) är en effektiv metod för att bedöma isolationsstatusen hos växlingsutrustning och är en aktuell forskningsfokus. Genom att utföra PD-detektion och felidentifiering på högspänningsväxlingsutrustning får man viktig statusinformation för tillståndsbaserad underhållning, vilket är nyckeln till att garantera säker och tillförlitlig drift av utrustningen. I högspänningsväxlingsutrustning leder isoleringsdegradering som resulterar i isolationsfel inte bara till elektriska fält utan kan också utvecklas på grund av mekaniska krafter, värme eller deras kombinerade verkan med elektriska fält, vilket till slut påverkar strömkvalitet och leveranstillförlitlighet. För att standardisera och effektivt genomföra livstest av elkraftutrustning, och med referens till relevanta nationella och internationella standarder - främst baserat på State Grid Corporation Production Substation Notice [2011] No. 11 "Notice on Issuing the 'Technical Specification for Live Testing of Power Equipment (Trial)'" - fokuserar denna studie på partiell utsläppsdetektion för RMU.

​II. Metoder för partiell utsläppsdetektion av ringhuvuden​

​1. Former av PD-energi​
Partiell utsläppning är en pulserande utsläppning. Förutom att involvera laddningsöverföring och effektdissipation genererar PD-processen även elektromagnetisk strålning, ultraljudsvågor, ljus, värme och nya kemiska biprodukter. Detektionsmetoder riktade mot dessa fenomen inkluderar elektrisk detektion, akustisk detektion, optisk detektion och kemisk detektion. Av dessa används elektriska och akustiska metoder mest, men deras praktiska effektivitet begränsas ofta, främst på grund av betydande platsstörningar som gör det svårt att särskilja äkta PD-signaler. Att effektivt eliminera störningar är avgörande för att förbättra detektionsprestandan av PD-utrustning.

Detekterade fenomen:

• ​Elektrisk:​​ (TEV, UHF, HFCT-sensorer)
• ​Akustisk:​​ (ultraljudssensorer)
• ​Optisk:​​ (synligt genom tittarfönster vid specifika platser under utsläppning)
• ​Värmekamera:​​ (infraröd, dock är detektionsprestandan begränsad av RMUs fullständigt slutna struktur)
• ​Kemisk/Gas:​​ (ozonlukt, etc.)

​2. Detektionstekniker​
Många PD-detektionstekniker används för närvarande för växlingsutrustning, som grovt kan kategoriseras som ​Direkta metoder​ (detektion av synbar utsläpps kvantitet) och ​Indirekta metoder​ (TEV, ultraljud, UHF, kombinerad acousto-elektrisk detektion). Den direkta metoden är relativ; den innebär att en känd laddningskvantitet injiceras mellan testobjektets terminaler för att skapa en terminalspänningförändring motsvarande den orsakad av en PD-händelse. Denna injicerade laddning hänvisas sedan till som den synbara utsläppskvantiteten (Q) av PD, mätt i pikokulomb (pC). I praktiken är den synbara utsläppskvantiteten inte lika med den faktiska laddningen som utsläpps vid utsläppsplatsen inuti testobjektet; senare kan inte mätas direkt. Även om spänningsformen genererad över mätimpedansen av PD-strömpuls kan skilja sig från den orsakad av kalibreringspulsen anses instrumentens responsläsningar generellt vara ekvivalenta. Nedan följer två huvudströms RMU-detektionstekniker.

​1) Ultraljudsdetektion för RMU med fast isolering​
Genom att ta emot ultraljudssignaler som sänds genom luften och mäta ljudtrycket av PD-signalen kan utsläppsintensiteten utläsas. Under ultraljudstestning bör sensorn skannas längs sömmar/fickor på växlingsytan. Referensdiagram ger vägledning för typiska detektionsplatser.

​2) Princip för Transient Earth Voltage (TEV)-detektion​
När PD inträffar inuti en högspänningsväxlingskabinett flödar en extremt kortvarig pulserande ström längs utsläppskanalen, vilket upphettar transitoriska elektromagnetiska vågor. Snabbheten i utsläppsförfarandet resulterar i en brant strömpuls med stark högfrekvent elektromagnetisk strålning. Denna strålning kan propagera genom öppningar i metallomhöljet, såsom tätningsringar eller gap runt isolering. När dessa högfrekventa elektromagnetiska vågor propagerar utanför kabinetten inducerar de en transitoriell spänning på ytan i förhållande till jord. Denna transitoriella spänning på jorden (TEV) ligger mellan millivolts och volt med en stigtid på några nanosekunder. En dedikerad TEV-sensor placerad på utsidan av kabinetten kan detektera detta signalen icke-invasivt.

Huvud TEV-detektionsplatser (på motsatta väggarna):

• Busbarer (anslutningar, väggpassager, stödjande isolatorer)
• Brytare
• Strömförstärkare (CT)
• Spänningsförstärkare (PT)
• Kabelförtjänster
  Dessa komponenter finns vanligtvis på mitten- och nedre delen av frontpanelen, den övre, mittersta och nedre delen av baksidan, och den övre, mittersta och nedre delen av sidopanelerna.

​III. PD-lokaliserings- och fasidentifiering​

När sensorernas signaler bekräftas komma från inuti utrustningen används ​Tidsskillnad vid ankomst (TDOA)-lokaliseringsmetod​ för ytterligare positionsanalys. Två sensorer placeras på utrustningens yta; tidsskillnaden mellan deras mottagna signaler (t2 - t1) analyseras för att bestämma PD-platsen, vanligtvis inom ett område på 1 meter från källan.

​1. Tidsskillnadsmetod:​​
Antag att PD-källan ligger på avstånd X från sensor 1, hastigheten för elektromagnetiska vågor = c (ljushastigheten), och tidsskillnaden t2 - t1 mäts via oscilloskop.
X = (t2 - t1) * c / 2
Med hjälp av denna formel och en måttband kan positionen X fastställas.

​2. Planbisectormetod:​​

• Flytta de två sensorerna i rummet tills PD-signalens ankomsttid är identisk på båda. Detta lokaliseras utsläppspunkten på den vinkelräta bisectande planet mellan de två sensorerna (Lokalisering av planet).
• Flytta sensorerna inom denna bisectande plan tills ankomsttiden är identisk igen. Detta lokaliseras utsläppspunkten på den vinkelräta bisectande linjen inom det planet (Lokalisering av linjen).
• Flytta sensorerna längs denna bisectande linje tills ankomsttiden är identisk en gång till. Detta pinpointer utsläppsplatsen (Lokalisering av punkten).

​För att identifiera den specifika fasen som upplever PD används HFCT-metoden​ för att detektera signaler på jordledningarna (eller kroppen) av de intilliggande trefasiga utgående kablar. Strömsignalen från den defekta fasen visar en större amplitud och motsatt polaritet jämfört med signalerna på de andra två faserna, vilket möjliggör enkel identifiering av den felaktiga fasen.