Как создать комплексную систему диагностики частичных разрядов

Создание комплексной системы диагностики частичных разрядов необходимо для мониторинга и оценки состояния электрической изоляции в высоковольтном оборудовании. В данной статье рассматривается процесс разработки такой системы, выделяются ключевые концепции, компоненты и методологии.

Введение

Ухудшение состояния изоляции в высоковольтных системах может быть вызвано различными факторами, в том числе частичными разрядами (ЧР). Частичные разряды — это небольшие электрические разряды, которые не полностью перекрывают изоляцию между проводниками. Они постепенно разрушают изоляцию, что в конечном итоге приводит к пробою (полной потере изоляции). Разработка комплексной системы диагностики частичных разрядов имеет решающее значение для раннего обнаружения, мониторинга в реальном времени и прогнозирования срока службы высоковольтного оборудования.

Как возникают частичные разряды?

Частичные разряды возникают в локализованных областях внутри или на поверхности изоляции из-за небольших пробоев диэлектрического материала. По мере разрушения изоляции частота и интенсивность этих разрядов возрастают. Они характеризуются кратковременными высокочастотными электромагнитными импульсами, которые могут быть обнаружены и проанализированы для оценки состояния изоляции.

Для того чтобы произошел частичный разряд, система должна соответствовать хотя бы одному из следующих пусковых факторов:

• Градиент напряжения: Высокая разность электрических потенциалов на изоляции.
• Градиент крутизны: Быстрые изменения в распределении электрического поля, особенно на пиках напряжения.
• Градиент скорости: Быстрые колебания напряжения, например, вызванные работой преобразователей мощности или переключениями.

Каковы основные типы частичных разрядов?

Существует три формы частичных разрядов:

• Внутренний разряд: Вызывается неоднородностью изоляционных материалов, приводящей к появлению слабых мест внутри изоляции.
• Внешний разряд: Из-за загрязнения поверхности или недостаточного изоляционного зазора, особенно на открытом воздухе.
• Коронный разряд: Возникает в областях с высокой напряженностью электрического поля вблизи проводников, часто обусловленных геометрией проводников или расстоянием между ними.

Что такое цепь измерения частичного разряда?

Во-первых, измерительный датчик обнаруживает электромагнитный импульс, либо напрямую через емкостной делитель, либо косвенно через ток, протекающий через катушку Роговского. Во-вторых, слабый сигнал частичного разряда должен быть усилен с помощью корректирующего усилителя.

Наконец, локальный блок обработки удаляет окружающий шум и обрабатывает ЧР-импульс, чтобы определить его появление и величину. Для фильтрации шумов и точного извлечения ЧР-сигнала используются широкополосные и узкополосные методы обработки.

Все собранные данные архивируются и представляются в передовой системе, такой как PD Doctor. Эта система записывает важную информацию, такую как время разряда, его величина и фаза основной гармоники, на которой он произошел. Она также обеспечивает автоматический мониторинг и диагностику в режиме реального времени, уведомляя пользователя в случае возникновения события, и использует искусственный интеллект для прогнозирования оставшегося срока службы оборудования на основе тенденций активности ЧР.

Как распознать частичные разряды?

При обнаружении частичных разрядов мы используем метод обнаружения электромагнитных импульсов. Частичные разряды генерируют электромагнитные импульсы, по форме напоминающие импульсы Дирака, с широким частотным спектром, похожим на белый шум. Эти импульсы могут быть обнаружены в различных частотных диапазонах, а их свойства могут быть проанализированы в диагностических целях.

Существуют различные возможные методы зондирования. Для получения наилучшей частотной характеристики используйте активное зондирование с помощью емкостного или резистивного делителя, непосредственно подключенного к высоковольтному оборудованию, или емкостных датчиков, прикрепленных к изолированным частям кабеля. Другой, менее чувствительный способ — измерение наведенного тока утечки в проводнике с помощью катушек Роговского или антенн УВЧ, улавливающих высокочастотные излучения от БП без необходимости физического подключения к высоковольтной цепи.

Как оценивать измеренные данные?

Пределы активности ЧР, определяющие рабочие зоны, основаны на рекомендациях производителя и данных операторов. Непрерывная онлайн-диагностика, в отличие от автономной, позволяет осуществлять мониторинг в режиме реального времени и быстрее выявлять неисправности, снижая риск неожиданных отказов.

Это позволяет проводить базовую оценку достижения определенных пороговых значений, требующих дальнейшего исследования, локализовать источник разряда путем установки датчиков на обоих концах кабеля и рассчитать остаточный срок службы изоляции оборудования благодаря алгоритмам прогнозирования.

Для автономной диагностики в критических точках системы можно установить портативные регистраторы ЧР. Эти устройства сохраняют данные о ЧР-активности на SD-карте для последующего анализа. Это полезно, когда непрерывный онлайн-мониторинг невозможен, обеспечивая промежуточный этап для оценки состояния изоляции во время планового обслуживания.

Заключение

Создание комплексной системы диагностики частичных разрядов включает в себя несколько этапов — от обнаружения и фильтрации сигналов ЧР до их анализа и архивирования для прогнозирования срока службы. С помощью современных систем, таких как PD Doctor, операторы могут обеспечить диагностику в режиме реального времени, предотвращая внезапные сбои и оптимизируя срок службы оборудования. По мере деградации изоляционных систем мониторинг ЧР является незаменимым инструментом для поддержания безопасности и надежности высоковольтного оборудования.

Хотите попробовать нашу комплексную систему PD Doctor?