Nghiên cứu về Công nghệ Phát hiện Xả Riêng phần cho Máy chủ Nhẫn có Cách điện Rắn

Với sự phát triển của lưới điện đô thị, số lượng thiết bị phân phối vòng (RMU) cách điện rắn được lắp đặt liên tục tăng lên. Tình trạng hoạt động của chúng có ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện. Hậu quả của các sự cố là nghiêm trọng: thiệt hại trực tiếp bao gồm hư hỏng đường dây và thiết bị được bảo vệ, cũng như mất điện; hậu quả gián tiếp gây ra sự gián đoạn rộng rãi cho khách hàng, làm gián đoạn cuộc sống hàng ngày, sản xuất, thậm chí là ổn định xã hội.

Hiện nay, những hạn chế trong phương pháp kiểm tra thực địa cho thiết bị RMU cách điện rắn và tần suất xảy ra lỗi cách điện trong thiết bị chuyển mạch đang hoạt động tạo ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với hoạt động an toàn của hệ thống điện. Phát hiện phóng điện cục bộ (PD) là một phương pháp hiệu quả để đánh giá tình trạng cách điện của thiết bị chuyển mạch và là điểm tập trung nghiên cứu hiện nay. Việc thực hiện phát hiện PD và chẩn đoán sự cố trên thiết bị chuyển mạch cao áp cung cấp thông tin trạng thái quan trọng cho bảo trì dựa trên trạng thái và là chìa khóa đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy của thiết bị. Trong thiết bị chuyển mạch cao áp, sự suy giảm cách điện dẫn đến lỗi cách điện không chỉ do trường điện mà còn có thể phát triển do lực cơ học, nhiệt, hoặc sự kết hợp giữa chúng với trường điện, cuối cùng ảnh hưởng đến chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện. Để chuẩn hóa và thực hiện hiệu quả việc kiểm tra thiết bị điện khi đang vận hành, và tham chiếu các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế liên quan - chủ yếu dựa trên Thông báo [2011] Số 11 của Công ty Điện lực Quốc gia về "Quy phạm kỹ thuật thử nghiệm thiết bị điện khi đang vận hành (thử nghiệm)" - nghiên cứu này tập trung vào phát hiện PD cho RMU.

​II. Các Phương Pháp Phát Hiện Phóng Điện Cục Bộ cho Thiết Bị Phân Phối Vòng​

​1. Hình Thức Năng Lượng PD​
Phóng điện cục bộ là một loại phóng điện xung. Ngoài việc liên quan đến chuyển đổi điện tích và tiêu hao năng lượng, quá trình PD cũng tạo ra bức xạ điện từ, sóng siêu âm, ánh sáng, nhiệt và các sản phẩm hóa học mới. Các phương pháp phát hiện nhắm vào các hiện tượng này bao gồm phát hiện điện, phát hiện âm thanh, phát hiện quang học và phát hiện hóa học. Trong số đó, các phương pháp điện và âm thanh được sử dụng phổ biến nhất, nhưng hiệu quả thực tế thường bị hạn chế, chủ yếu do nhiễu tiếng ồn tại hiện trường lớn khiến khó phân biệt tín hiệu PD thực sự. Loại bỏ hiệu quả nhiễu là điều quan trọng để cải thiện hiệu suất phát hiện của thiết bị PD.

Các Hiện Tượng Được Phát Hiện:

• ​Điện:​​ (cảm biến TEV, UHF, HFCT)
• ​Âm Thanh:​​ (cảm biến siêu âm)
• ​Quang Học:​​ (có thể nhìn thấy qua cửa sổ quan sát ở các vị trí cụ thể trong quá trình phóng điện)
• ​Nhiệt:​​ (hồng ngoại, mặc dù hiệu quả phát hiện bị hạn chế bởi cấu trúc kín hoàn toàn của RMU)
• ​Hóa Học/Khí:​​ (mùi ozone, v.v.)

​2. Công Nghệ Phát Hiện​
Hiện nay có nhiều kỹ thuật phát hiện PD được sử dụng cho thiết bị chuyển mạch, được phân loại thành ​Các Phương Pháp Trực Tiếp​ (phát hiện lượng phóng điện biểu kiến) và ​Các Phương Pháp Gián Tiếp​ (TEV, siêu âm, UHF, phát hiện kết hợp âm-thanh-điện). Phương pháp trực tiếp là tương đối; nó bao gồm việc tiêm một lượng điện tích đã biết giữa các đầu cuối của vật thử để tạo ra sự thay đổi điện áp đầu cuối tương đương với sự kiện PD. Lượng điện tích tiêm này sau đó được gọi là Lượng Phóng Điện Biểu Kiến (Q) của PD, đo bằng picocoulomb (pC). Trên thực tế, lượng phóng điện biểu kiến không bằng với lượng điện tích thực sự được phát ra tại vị trí phóng điện bên trong vật thử;后者无法直接测量。尽管由局部放电电流脉冲在测量阻抗上产生的电压波形可能与校准脉冲引起的电压波形不同，但仪器上的响应读数通常被认为是等效的。以下是两种主流的环网柜检测技术。 **1) 固体绝缘环网柜的超声波检测** 通过接收通过空气传播的超声波信号并测量局部放电信号的声压，可以推断放电强度。在进行超声波测试时，传感器应沿着开关设备表面的接缝/间隙扫描。参考图提供了典型的检测位置指导。 **2) 暂态地电压(TEV)检测原理** 当高压开关柜内部发生局部放电时，沿放电通道流动的极短持续时间脉冲电流会激发瞬态电磁波。放电过程的快速性导致了一个具有强高频电磁辐射能力的陡峭电流脉冲。这种辐射可以通过金属外壳上的开口（如密封垫或绝缘周围的缝隙）传播。当这些高频电磁波传播到机柜外部时，它们会在相对于地线的外表面感应出瞬态电压。这种地面上的瞬态电压（TEV）范围从毫伏到伏特，上升时间为几纳秒。放置在机柜外部的专用TEV传感器可以非侵入式地检测到该信号。 主要TEV检测位置（在机柜对面墙壁上）： - 母线（连接、壁套管、支撑绝缘子） - 断路器 - 电流互感器（CT） - 电压互感器（PT） - 电缆终端 这些组件通常位于前面板的中下部、后面板的上中下部以及侧面板的上中下部。 **III. 局部放电定位和相位识别** 一旦确认传感器信号来自设备内部，使用**到达时间差（TDOA）定位**进行进一步的位置分析。将两个传感器放置在设备表面；通过示波器分析它们接收到的信号之间的时间差（t2 - t1），以确定局部放电源的位置，通常在源点1米范围内。 **1. 时间差法：** 假设局部放电源距离传感器1为X，电磁波速度=c（光速），并通过示波器测量时间差t2 - t1。 X = (t2 - t1) * c / 2 使用此公式和卷尺，可以确定位置X。 **2. 平面平分法：** - 在空间中移动两个传感器，直到在两个传感器处局部放电信号到达时间相同。这将放电点定位在两个传感器之间的垂直平分面上（定位平面）。 - 在该平分面内移动传感器，直到再次到达时间相同。这将放电点定位在该平面内的垂直平分线上（定位线）。 - 沿着该平分线移动传感器，直到再次到达时间相同。这将精确定位放电位置（定位点）。 **为了识别发生局部放电的具体相位，使用HFCT方法**检测相邻三相出线的地线（或壳体）上的信号。缺陷相的电流信号幅度较大且极性与其他两相相反，从而可以简单地识别出故障相。 【注意事项】 - 严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。 - 若是没有语种书写体要求，且存在多种书写体的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。 - 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果，不得多语种混合特备注意不能出现夹杂中文。 - 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。- 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。 【输出内容】

​1. Hình Thức Năng Lượng PD​
Phóng điện cục bộ là một loại phóng điện xung. Ngoài việc liên quan đến chuyển đổi điện tích và tiêu hao năng lượng, quá trình PD cũng tạo ra bức xạ điện từ, sóng siêu âm, ánh sáng, nhiệt và các sản phẩm hóa học mới. Các phương pháp phát hiện nhắm vào các hiện tượng này bao gồm phát hiện điện, phát hiện âm thanh, phát hiện quang học và phát hiện hóa học. Trong số đó, các phương pháp điện và âm thanh được sử dụng phổ biến nhất, nhưng hiệu quả thực tế thường bị hạn chế, chủ yếu do nhiễu tiếng ồn tại hiện trường lớn khiến khó phân biệt tín hiệu PD thực sự. Loại bỏ hiệu quả nhiễu là điều quan trọng để cải thiện hiệu suất phát hiện của thiết bị PD.

Các Hiện Tượng Được Phát Hiện:

• ​Điện:​​ (cảm biến TEV, UHF, HFCT)
• ​Âm Thanh:​​ (cảm biến siêu âm)
• ​Quang Học:​​ (có thể nhìn thấy qua cửa sổ quan sát ở các vị trí cụ thể trong quá trình phóng điện)
• ​Nhiệt:​​ (hồng ngoại, mặc dù hiệu quả phát hiện bị hạn chế bởi cấu trúc kín hoàn toàn của RMU)
• ​Hóa Học/Khí:​​ (mùi ozone, v.v.)

​2. Công Nghệ Phát Hiện​
Hiện nay có nhiều kỹ thuật phát hiện PD được sử dụng cho thiết bị chuyển mạch, được phân loại thành ​Các Phương Pháp Trực Tiếp​ (phát hiện lượng phóng điện biểu kiến) và ​Các Phương Pháp Gián Tiếp​ (TEV, siêu âm, UHF, phát hiện kết hợp âm-thanh-điện). Phương pháp trực tiếp là tương đối; nó bao gồm việc tiêm một lượng điện tích đã biết giữa các đầu cuối của vật thử để tạo ra sự thay đổi điện áp đầu cuối tương đương với sự kiện PD. Lượng điện tích tiêm này sau đó được gọi là Lượng Phóng Điện Biểu Kiến (Q) của PD, đo bằng picocoulomb (pC). Trên thực tế, lượng phóng điện biểu kiến không bằng với lượng điện tích thực sự được phát ra tại vị trí phóng điện bên trong vật thử; lượng điện tích này không thể đo trực tiếp. Mặc dù dạng sóng điện áp được tạo ra trên trở kháng đo lường bởi xung dòng điện PD có thể khác với dạng sóng do xung hiệu chuẩn tạo ra, nhưng các đọc số trên các thiết bị thường được coi là tương đương. Dưới đây là hai kỹ thuật phát hiện RMU chính lưu.

​1) Phát hiện Siêu Âm cho RMU Cách Điện Rắn​
Bằng cách nhận các tín hiệu siêu âm truyền qua không khí và đo áp suất âm của tín hiệu PD, cường độ phóng điện có thể được suy luận. Khi thực hiện kiểm tra siêu âm, cảm biến nên được quét dọc theo các đường nối/giữa trên bề mặt thiết bị chuyển mạch. Các sơ đồ tham khảo cung cấp hướng dẫn về các vị trí phát hiện điển hình.

​2) Nguyên Lý Phát Hiện Áp Suất Đất Tạm Thời (TEV)​
Khi PD xảy ra bên trong tủ chuyển mạch cao áp, một dòng điện xung cực ngắn kéo dài dọc theo kênh phóng điện, kích thích sóng điện từ tạm thời. Sự nhanh chóng của quá trình phóng điện tạo ra xung dòng điện dốc với khả năng bức xạ điện từ cao tần mạnh. Sóng điện từ này có thể lan truyền qua các lỗ hổng trong vỏ kim loại, chẳng hạn như gioăng kín hoặc khe hở xung quanh cách điện. Khi các sóng điện từ cao tần này lan truyền ra ngoài tủ, chúng tạo ra một điện áp tạm thời trên bề mặt bên ngoài so với đất. Điện áp tạm thời này (TEV) dao động từ milivolt đến volt với thời gian lên đến vài nanosecond. Một cảm biến TEV chuyên dụng đặt bên ngoài tủ có thể phát hiện tín hiệu này mà không cần can thiệp.

Các Vị Trí Phát Hiện Chính (trên các bức tường đối diện của tủ):

• Thanh Bus (kết nối, bushing tường, insulator hỗ trợ)
• Circuit Breakers
• Current Transformers (CT)
• Voltage Transformers (PT)
• Cable Terminations
  Các thành phần này thường được đặt ở các phần giữa và dưới của bảng trước, các phần trên, giữa và dưới của bảng sau, và các phần trên, giữa và dưới của các bảng bên.

​III. Định Vị PD và Xác Định Pha​

Một khi các tín hiệu cảm biến được xác nhận là bắt nguồn từ bên trong thiết bị, phương pháp ​Thời Gian Đến Chậm (TDOA) định vị​ được sử dụng để phân tích vị trí thêm. Hai cảm biến được đặt trên bề mặt thiết bị; thời gian chênh lệch giữa các tín hiệu được nhận (t2 - t1) được phân tích để xác định vị trí PD, thường nằm trong khoảng 1 mét từ nguồn.

​1. Phương Pháp Thời Gian Chênh Lệch:​​
Giả sử nguồn PD cách cảm biến 1 là khoảng cách X, tốc độ sóng điện từ = c (tốc độ ánh sáng), và thời gian chênh lệch t2 - t1 được đo bằng oscilloscope.
X = (t2 - t1) * c / 2
Sử dụng công thức này và thước dây, vị trí X có thể được xác định.

​2. Phương Pháp Mặt Phẳng Phân Giác:​​

• Di chuyển hai cảm biến trong không gian cho đến khi thời gian đến của tín hiệu PD giống nhau tại cả hai. Điều này xác định điểm phóng điện trên mặt phẳng phân giác vuông góc giữa hai cảm biến (Định vị Mặt Phẳng).
• Di chuyển các cảm biến trong mặt phẳng phân giác này cho đến khi thời gian đến giống nhau một lần nữa. Điều này xác định điểm phóng điện trên đường phân giác vuông góc trong mặt phẳng đó (Định vị Đường).
• Di chuyển các cảm biến dọc theo đường phân giác này cho đến khi thời gian đến giống nhau một lần nữa. Điều này xác định chính xác vị trí phóng điện (Định vị Điểm).

​Để xác định pha cụ thể đang gặp phải PD, phương pháp HFCT​ được sử dụng để phát hiện tín hiệu trên dây dẫn đất (hoặc thân) của cáp ra ba pha liền kề. Tín hiệu dòng điện từ pha có lỗi có biên độ lớn hơn và cực tính ngược so với tín hiệu trên hai pha khác, cho phép xác định dễ dàng pha có lỗi.