การวิจัยเทคโนโลยีการตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วนสำหรับวงจรป้อนริงที่มีฉนวนเป็นของแข็ง

ด้วยการพัฒนาของระบบไฟฟ้าในเมือง จำนวนการติดตั้งหน่วยควบคุมวงจรริง (RMU) ที่มีฉนวนแข็งได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การทำงานของพวกมันส่งผลอย่างมากต่อความเชื่อถือได้ในการจ่ายไฟฟ้าของระบบไฟฟ้า ผลกระทบที่เกิดจากความผิดพลาดมีความรุนแรง: ความเสียหายโดยตรงรวมถึงความเสียหายต่อสายและอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน และการขาดแคลนพลังงาน; ผลกระทบที่เป็นอ้อมทำให้เกิดการหยุดใช้งานของลูกค้าอย่างกว้างขวาง ทำให้ชีวิตประจำวัน การผลิต และแม้กระทั่งความมั่นคงทางสังคมถูกขัดขวาง

ขณะนี้ ความไม่เพียงพอของวิธีทดสอบในภาคสนามสำหรับอุปกรณ์ RMU ที่มีฉนวนแข็งและการเกิดข้อผิดพลาดของฉนวนที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในสวิตช์เกียร์ที่กำลังทำงานเป็นภัยคุกคามอย่างร้ายแรงต่อการทำงานอย่างปลอดภัยของระบบไฟฟ้า การตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วน (PD) เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการประเมินสภาพของฉนวนสวิตช์เกียร์และเป็นจุดสนใจในการวิจัยในปัจจุบัน การดำเนินการตรวจสอบ PD และการวินิจฉัยความผิดปกติในสวิตช์เกียร์แรงสูงให้ข้อมูลสถานะที่สำคัญสำหรับการบำรุงรักษาตามสภาพและเป็นกุญแจสำคัญในการรับประกันการทำงานอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ของอุปกรณ์ ในสวิตช์เกียร์แรงสูง การเสื่อมสภาพของฉนวนที่นำไปสู่ความผิดพลาดของฉนวนไม่ได้เกิดจากการกระทำของสนามไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังสามารถเกิดขึ้นจากการกระทำของแรงกล ความร้อน หรือการผสมผสานระหว่างแรงเหล่านี้กับสนามไฟฟ้า ส่งผลต่อคุณภาพและความเชื่อถือได้ในการจ่ายไฟฟ้า เพื่อให้การทดสอบสดของอุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นมาตรฐานและมีประสิทธิภาพ โดยอ้างอิงถึงมาตรฐานภายในประเทศและระหว่างประเทศหลักๆ ซึ่งมีฐานมาจากประกาศของ State Grid Corporation Production Substation [2011] No. 11 "Notice on Issuing the 'Technical Specification for Live Testing of Power Equipment (Trial)'" งานวิจัยนี้มุ่งเน้นที่การตรวจจับ PD สำหรับ RMUs

​II. วิธีการตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วนสำหรับหน่วยควบคุมวงจรริง​

​1. รูปแบบของพลังงาน PD​
การปล่อยประจุบางส่วนเป็นการปล่อยประจุแบบพัลส์ นอกจากจะมีการโอนย้ายประจุและการสลายพลังงานแล้ว กระบวนการ PD ยังสร้างการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นอัลตราโซนิก แสง ความร้อน และสารเคมีใหม่ๆ วิธีการตรวจจับที่มุ่งเน้นไปที่ปรากฏการณ์เหล่านี้ประกอบด้วยการตรวจจับทางไฟฟ้า การตรวจจับทางเสียง การตรวจจับทางแสง และการตรวจจับทางเคมี ซึ่งในนั้น วิธีการตรวจจับทางไฟฟ้าและเสียงเป็นที่นิยมมากที่สุด แต่ประสิทธิภาพในการใช้งานจริงมักจำกัด เนื่องจากมีการรบกวนจากเสียงบนไซต์ที่ทำให้ยากต่อการแยกสัญญาณ PD ที่แท้จริง การกำจัดการรบกวนอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของการตรวจจับ PD

ปรากฏการณ์ที่ตรวจจับ:

• ​ไฟฟ้า:​​ (เซ็นเซอร์ TEV, UHF, HFCT)
• ​เสียง:​​ (เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก)
• ​แสง:​​ (มองเห็นผ่านหน้าต่างเฉพาะตำแหน่งในระหว่างการปล่อยประจุ)
• ​ความร้อน:​​ (อินฟราเรด แม้ว่าประสิทธิภาพในการตรวจจับจะจำกัดโดยโครงสร้างที่ปิดสนิทของ RMU)
• ​เคมี/แก๊ส:​​ (กลิ่นโอโซน ฯลฯ)

​2. เทคโนโลยีการตรวจจับ​
ปัจจุบันมีเทคนิคการตรวจจับ PD จำนวนมากที่ใช้สำหรับสวิตช์เกียร์ แบ่งออกเป็น ​วิธีตรง​ (การตรวจจับปริมาณการปล่อยประจุที่เห็นได้) และ ​วิธีอ้อม​ (TEV, อัลตราโซนิก, UHF, การตรวจจับทางเสียงและไฟฟ้าร่วมกัน) วิธีตรงเป็นวิธีที่ค่อนข้างสัมพัทธ์ มันเกี่ยวข้องกับการฉีดประจุที่ทราบค่าระหว่างปลายของวัตถุทดสอบเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงแรงดันที่เท่ากับที่เกิดจากเหตุการณ์ PD ประจุที่ฉีดนี้ถูกเรียกว่าปริมาณการปล่อยประจุที่เห็นได้ (Q) ของ PD วัดเป็นพิโคคูลอมบ์ (pC) ในทางปฏิบัติ ปริมาณการปล่อยประจุที่เห็นได้ไม่เท่ากับประจุที่ปล่อยออกมาที่จุดปล่อยประจุภายในวัตถุทดสอบ ซึ่งไม่สามารถวัดได้โดยตรง แม้ว่ารูปคลื่นแรงดันที่สร้างขึ้นที่อิมพีแดนซ์การวัดโดยพัลส์กระแส PD อาจแตกต่างจากที่เกิดจากพัลส์การสอบเทียบ แต่การอ่านค่าตอบสนองบนเครื่องมือทั่วไปถือว่าเท่ากัน ด้านล่างนี้เป็นเทคนิคการตรวจจับ RMU สองวิธีหลัก

​1) การตรวจจับด้วยอัลตราโซนิกสำหรับ RMU ที่มีฉนวนแข็ง​
โดยรับสัญญาณอัลตราโซนิกที่ส่งผ่านอากาศและวัดแรงดันเสียงของสัญญาณ PD สามารถอนุมานความเข้มของการปล่อยประจุได้ ในระหว่างการทดสอบอัลตราโซนิก เซ็นเซอร์ควรสแกนตามตะเข็บ/ช่องว่างบนพื้นผิวสวิตช์เกียร์ แผนภาพอ้างอิงให้คำแนะนำเกี่ยวกับตำแหน่งการตรวจจับที่พบบ่อย

​2) หลักการของการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (TEV)​
เมื่อ PD เกิดขึ้นภายในตู้สวิตช์เกียร์แรงสูง จะมีกระแสพัลส์ที่มีระยะเวลาสั้นมากไหลตามช่องปล่อยประจุ กระตุ้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชั่วขณะ ความรวดเร็วของกระบวนการปล่อยประจุทำให้เกิดพัลส์กระแสที่มีความชันสูงและมีความสามารถในการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงสูง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงนี้สามารถกระจายผ่านช่องว่างในโครงสร้างโลหะ เช่น ซีลยางหรือช่องว่างรอบฉนวน เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงเหล่านี้กระจายออกไปนอกตู้ จะทำให้เกิดแรงดันชั่วขณะบนพื้นผิวด้านนอกเทียบกับพื้นดิน แรงดันชั่วขณะบนพื้นดิน (TEV) อยู่ในช่วงจากมิลลิโวลต์ถึงโวลต์ พร้อมเวลาขึ้นสูงไม่กี่นาโนวินาที เซ็นเซอร์ TEV ที่เฉพาะเจาะจงวางไว้ภายนอกตู้สามารถตรวจจับสัญญาณนี้ได้อย่างไม่รบกวน

ตำแหน่งการตรวจจับ TEV หลัก (บนผนังตู้ตรงข้าม):

• บัสบาร์ (การเชื่อมต่อ, ช่องผนัง, ฉนวนรองรับ)
• สวิตช์ตัดวงจร
• ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแส (CT)
• ทรานส์ฟอร์เมอร์แรงดัน (PT)
• ขั้วต่อสายเคเบิล
  ส่วนประกอบเหล่านี้มักจะตั้งอยู่ในส่วนกลางและล่างของแผงหน้า ส่วนบน กลาง และล่างของแผงหลัง และส่วนบน กลาง และล่างของแผงข้าง

​III. การระบุตำแหน่งและเฟสของการปล่อยประจุบางส่วน​

เมื่อสัญญาณเซ็นเซอร์ได้รับการยืนยันว่ามาจากภายในอุปกรณ์ จะใช้การระบุตำแหน่งด้วย การคำนวณความแตกต่างของเวลาที่มาถึง (TDOA) สำหรับการวิเคราะห์ตำแหน่งต่อไป วางเซ็นเซอร์สองตัวบนพื้นผิวของอุปกรณ์ วิเคราะห์ความแตกต่างของเวลาที่สัญญาณมาถึง (t2 - t1) เพื่อกำหนดตำแหน่งของ PD ทั่วไปอยู่ในระยะ 1 เมตรจากแหล่งกำเนิด

​1. วิธีการคำนวณความแตกต่างของเวลา:​​
สมมติว่าแหล่งกำเนิด PD อยู่ห่างจากเซ็นเซอร์ที่ 1 ระยะทาง X ความเร็วคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า = c (ความเร็วของแสง) และความแตกต่างของเวลา t2 - t1 วัดได้โดยออสซิลโลสโคป
X = (t2 - t1) * c / 2
โดยใช้สูตรนี้และเทปวัด สามารถกำหนดตำแหน่ง X ได้

​2. วิธีการแบ่งครึ่งระนาบ:​​

• ย้ายเซ็นเซอร์สองตัวในพื้นที่จนกว่าเวลาที่สัญญาณ PD มาถึงทั้งสองตัวจะเท่ากัน นี่จะระบุจุดปล่อยประจุบนระนาบแบ่งครึ่งที่ตั้งฉากระหว่างเซ็นเซอร์ทั้งสอง (การระบุระนาบ)
• ย้ายเซ็นเซอร์ภายในระนาบนี้จนกว่าเวลาที่สัญญาณมาถึงจะเท่ากันอีกครั้ง นี่จะระบุจุดปล่อยประจุบนเส้นแบ่งครึ่งที่ตั้งฉากภายในระนาบนั้น (การระบุเส้น)
• ย้ายเซ็นเซอร์ตามเส้นแบ่งครึ่งนี้จนกว่าเวลาที่สัญญาณมาถึงจะเท่ากันอีกครั้ง นี่จะระบุตำแหน่งปล่อยประจุ (การระบุจุด)

​เพื่อระบุเฟสที่มี PD วิธี HFCT​ ใช้สำหรับตรวจจับสัญญาณบนสายดิน (หรือตัวอุปกรณ์) ของสายเคเบิลขาออกสามเฟสที่อยู่ใกล้เคียง กระแสสัญญาณจากเฟสที่มีปัญหาจะมีขนาดใหญ่กว่าและมีขั้วตรงข้ามกับสัญญาณบนเฟสอื่นๆ ทำให้สามารถระบุเฟสที่มีปัญหาได้ง่าย