Ученые предложили высокоточный метод СВЧ-регистрации частичных разрядов

Ученые и инженеры из Китая предложили модель размещения сверхвысокочастотных датчиков для определения местоположения утечки тока через изоляцию. Предложенный метод потенциально имеет более высокую точность обнаружения частичных разрядов в распределительных устройствах с элегазовой изоляцией. Это ценное качество, которое востребованно в современной энергетике.

Ученые предложили высокоточный метод СВЧ-регистрации частичных разрядов

Решаемая проблема

Нарушение целостности изоляции высоковольтного оборудования приводит к появлению частичного разряда (ЧР) с последующим разрушением оборудования. ЧР могут стать причиной короткого замыкания, дуговой вспышки, пожара и крупной техногенной катастрофы. Поэтому важно своевременно обнаружить ЧР и установить точное местоположение поврежденного участка изоляции. В отдельных случаях это крайне сложная задача, например, в комплектных распределительных устройствах с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Подобные устройства для изоляции используют газ SF6 вместо воздуха или твердой изоляции. 
ЧР ускоряет электроны, которые нарушают молекулярную структуру элегаза. Это приводит к появлению свободных радикалов, ионов и других химически нестабильных продуктов, которые ускоряют разрушение оборудования и могут спровоцировать дуговую вспышку.

Помимо обычных негативных последствий, частичные разряды меняют характеристики SF6, причем сильный нагрев элегаза является причиной появления токсичных соединений, которые могут нанести серьезный вред здоровью людей.

В настоящее время основные работы по контролю ЧР в КРУЭ проводятся на этапе сдачи-приемки и запуска оборудования. В итоге примерно 30% аварий КРУЭ происходят из-за развития скрытых дефектов, которые не были обнаружены вовремя. Сегодня существуют системы непрерывного мониторинга ЧР, например, HVPD Longshot с набором высокочастотных датчиков HFCT.

Устройство HVPD Longshot с датчиком HFCT
Устройство HVPD Longshot с датчиком HFCT

Многие предприятия не используют подобные системы, считая, что их высокая стоимость оправдана только в особых случаях. В то же время, повреждения изоляции приводят к незапланированным простоям оборудования, которые обходятся, например, для нефтегазовых предприятий в среднем в $220 тыс. в час, по подсчетам экспертов компании ABB.
Большие сроки межсервисных интервалов КРУЭ и сложности в обнаружении ЧР в закрытых газовых резервуарах требуют особых подходов к мониторингу. В настоящее время наиболее часто используется дефектоскопия оборудования при помощи ультразвука, а также обнаружение ЧР в элегазе по амплитудным спектрам частичных разрядов. 

Ученые из Китайского горно-технологического университета в Сюйчжоу и ряда других учреждений предложили и практически испытали новую модель измерения ЧР с помощью датчиков СВЧ.

Суть эксперимента

В эксперименте китайские ученые использовали КРУЭ, включающее автомат защиты цепи, размыкатель цепи, переключатель заземления, трансформатор и шину питания. Подобные КРУЭ широко применяются из-за высокой надежности и компактного размера. Однако ЧР в таких устройствах вызывают рост температуры и образование озона, что может спровоцировать быструю деградацию элегаза и твердой изоляции. Напряжённость поля при пробое очень высока. Когда ЧР случается в небольшом объеме, пробой происходит очень быстро со скачком напряжения за наносекунду.
Такие короткие аномалии могут быть обнаружены СВЧ-датчиками по колебаниям электромагнитных волн на частотах 300 МГц - 3 ГГц. Важно разместить датчики в наиболее подходящем месте, чтобы измерения были непрерывными и достаточно точными для практического применения.
В предложенном методе обнаружение местоположения ЧР происходит с помощью расчета времени прибытия электромагнитного сигнала к расположенным в разных местах СВЧ-датчикам (метод TDOA, временная разница приёма). Точность локализации ЧР можно улучшить путем анализа данных с нескольких датчиков, соединенных оптоволоконными линиями связи.

Метод TDOA, примененный в эксперименте
Метод TDOA, примененный в эксперименте


Для сравнения векторов сигналов применяется простая евклидова метрика, которая подходит для сравнения неизвестной и известной величины.

Алгоритм поиска 
Алгоритм поиска 

Приблизительная локализация ЧР требует четырех вычислительных действий. Еще три действия требуются для высокоточного определения местоположения ЧР. При этом китайские ученые предложили усовершенствованный метод дуального разложения с применением комплексного вейвлет-преобразования (DTCWT). Это цифровая фильтрация сильно зашумленных сигналов.

Новый метод опробовали на испытательном стенде с КРУЭ 500 кВ, источником питания, детектором ЧР, встроенным СВЧ-датчиком, широкополосным осциллографом и т. д.

Схема и фото экспериментальной установки и ее топология
Схема и фото экспериментальной установки и ее топология

Эксперимент показал существенное преимущество в скорости и точности перед традиционными методами. Так, в секции с датчиками 8-9 время обнаружения ЧР составило 20 наносекунд на расстоянии 1000 мм от СВЧ-датчика №8. Абсолютная погрешность в определении расстояния составила 6,5 мм, или 0,7%.

Схема расположения датчиков
Схема расположения датчиков

В целом, абсолютная погрешность для всей тестовой системы составила 22,8 мм, что почти вдвое лучше, чем 50 мм у традиционных методов с использованием индикаторов мощности принятого сигнала (RSSI).

Практическое применение

Преимуществом предложенного метода является точность, отказоустойчивость, синхронизация на уровне наносекунд, что означает высокое быстродействие. СВЧ-датчики уже используются для обнаружения ЧР в некоторых типах оборудования, например, трансформаторах с твердой изоляцией. Новый метод предлагает способ размещения СВЧ-датчиков на устройствах с элегазовой изоляцией. Новшество может повысить безопасность эксплуатации подобных энергоустановок и замедлить их моральное старение, связанное с отставанием от других типов оборудования, уде уже используются надежные автоматизированные системы непрерывного мониторинга ЧР.

Если вам нужна профессиональная консультация по вопросам измерения и анализа частичных разрядов, просто отправьте нам сообщение!

Примеры оборудования:

Анализаторы сети электропитания Приборы для испытания силовых кабелей, измерения и диагностики частичных разрядов
   
Тепловизоры Приборы для поиска повреждений силового кабеля
Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

 

Последние новости

27.10.2022

Компания «СвязьКомплект» начинает продажи муфт холодной усадки для кабельных линий среднего напряжения 6/10-35 кВ. Муфты производятся под маркой «ИМАГ» и поставляются на замену аналогичной продукции компании 3М.

20.09.2022

Воздушные ЛЭП весьма уязвимы для всевозможных воздействий. Но наиболее распространенным видом аварий на них являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Так называют вид повреждения, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или предмет, электрически связанный с землей. По статистике, на ОЗЗ приходится до 90% всех электрических повреждений ЛЭП.

29.08.2022

Кабельные линии (КЛ) постоянно подвергаются внешним неблагоприятным воздействиям (природным явлениям, механическим нагрузкам). Нередко в обрыве кабеля виноват сам человек (к примеру, в процессе проведения земляных работ). Рассмотрим самые распространенные методы определения поврежденного участка кабельной линии.

26.08.2022

На складе компании «СвязьКомплект» в наличии большой ассортимент продукции 3M. При этом товарные запасы ограничены. Спешите сделать закупки по текущим ценам!

29.06.2022

В компанию «СвязьКомплект» поступил запрос от компании “Россети Сибирь” на оснащение воздушных линий электропередач (ЛЭП) 10 и 110 кВ индикаторами короткого замыкания.

06.06.2022

Новые тепловизионные камеры промышленного применения китайского производителя Jiahehengde доступны в России! Оборудование сертифицировано и доступно под заказ!  

25.05.2022

Поиск мест повреждений кабельных линий распределительных сетей низкого напряжения является серьезной проблемой, а с учетом их распространенности, это может служить причиной значительного недоотпуска электроэнергии потребителям.

12.05.2022

Профессиональное высоковольтное оборудование b2 electronic GmbH (Австрия), предназначенное для испытания и диагностики высоковольтных кабельных линий доступно для заказа! Цены снижены и зафиксированы до конца года. Сроки поставки основной номенклатуры – около 2 недель.

12.04.2022

Нормальная эксплуатация силовых трансформаторов предполагает своевременное проведение диагностики и ремонтов. На практике используются различные методы диагностики, определяющие состояние тех или иных узлов и систем трансформатора. В ряду применяемых методов диагностики измерение температуры является самым быстрым. Измеряют температуру поверхности открытых конструктивных элементов, температуру охлаждающего масла и температуру функциональных узлов внутри трансформатора.

07.04.2022

Одним из ключевых вопросов, влияющих на надежность распределительной сети, является вопрос поиска поврежденных линий. Традиционные методы поиска места неисправности могут полагаться только на внешний осмотр во время патрулирования линии. Это сопряжено с необходимостью иметь в штате персонал, ответственный за поиск неисправностей, что приводит к дополнительным затратам человеческих, материальных и финансовых ресурсов. Поиск места повреждения занимает время и особенно осложнен в труднодоступных местах и в условиях неблагоприятных погодных условий.