開閉装置の絶縁状態検出と故障検出

May 11, 2023

電力供給システムの主要機器として、電力開閉装置は、電気機器の開閉、制御、および保護の機能を備えた送電および配電ネットワークで広く使用されています。その動作信頼性は、電源システムの電源品質と安全率に直接影響します。中国経済の急速な発展に伴い、電力システムの安定性と信頼性は、都市の近代化プロセスと生活の質を測定するための重要な基準となり、電力開閉装置などの電気機器の安全性と信頼性に新たな課題をもたらしています。開閉装置の内部絶縁構造は多種多様であり、実際の使用環境は複雑です（高温、粉塵、湿度など）。さらに、生産品質とプロセスの欠陥の可能性があり、長期的な操作プロセスで悪影響を及ぼし、電界の影響下で部分放電 (PD) が発生する可能性があります。局のさらなる発展は絶縁の老化を悪化させ、深刻な場合には電気機器の故障につながる可能性があり、電源システムの安全で安定した動作に影響を与えます。調査によると、絶縁の問題によって引き起こされる動作障害は、開閉装置の事故の主な原因の 1 つです。

現在、電力設備の部分放電検査は、開閉装置の安全・安定運転を確保する上で重要な役割を果たしている開閉装置の絶縁状態を評価する重要な手段であり、電力会社によって推進されています。さまざまな検査原理と信号取得に従って、高電圧開閉装置には主に、超高周波 (UHF) 部分放電検査、過渡電圧 (TEV) 局所検査、超音波 (AE) 部分放電検査、および上記の結合検査が含まれます。技術。中国のState Grid Corporationの「3つのタイプと2つのネットワーク」戦略の提案により、電力供給システムは自動化とインテリジェンスに向けて開発を続けています。高度なセンサー技術、計測技術、ネットワーク技術、開閉装置の故障検出のための通信技術により、電力設備の絶縁状態を検査・評価することは大きな意義があります。

この論文では、最初に開閉装置の主な絶縁問題とさまざまなタイプの部分放電を紹介し、次にさまざまな部分放電検出技術について説明し、新しい状況における電力開閉装置の絶縁状態検出と故障検出の開発動向を楽しみにしています。

1.開閉装置の絶縁状態の評価

不完全な統計によると、開閉装置の障害の 37.2% は開閉装置の絶縁の問題が原因であり、開閉装置の絶縁障害が開閉装置の障害の主な原因であることを示しています。開閉装置の操作中、人員の誤操作、スイッチ操作、および落雷はすべて過電圧を引き起こす可能性があります。製造プロセス、設置プロセス、操作およびメンテナンスにおける絶縁機器の機械的損傷は、絶縁不良の重要な原因です。開閉装置の排水システムでは、導電性回路が酸化、接触不良、または過負荷と接触すると、接触不良、回路抵抗の増加、通電不良、高い接触温度、および環境温度の上昇につながり、絶縁熱につながる可能性がありますエージング。粉塵汚染や空気湿度などの環境要因も、絶縁媒体の化学的劣化につながり、開閉装置の故障につながる可能性があります。したがって、電気的ストレス、機械的ストレス、熱老化、および化学的老化の複合効果が、絶縁材料の悪影響の主な原因です。開閉装置の絶縁状態の評価は、タイムリーな保守、交換、および絶縁不良の防止のための重要な技術的手段です。開閉装置の絶縁状態の評価は、主に部分放電と動作環境 (温度、気圧、湿度などを含む) を検出対象とします。部分放電は、絶縁の問題の主な原因です。したがって、本論文では、開閉装置の部分放電検出方法に焦点を当てています。

絶縁不良の潜伏期間は、放電現象につながる可能性があります。開閉装置には主に4つのタイプがあります。絶縁媒体に導入された磁気密度や不純物など、絶縁媒体の内部欠陥によって引き起こされる内部放電。空気にさらされた金属表面のバリによって引き起こされるチップアーク放電。絶縁媒体の表面の汚染物質によって引き起こされるラインに沿った放電。動作中の構造上の欠陥による構造設計上の欠陥、輸送や接触不良による浮遊電位放電。さまざまなタイプの放電の概略図を図 1 に示します。さまざまなタイプの部分放電相分析 (PRPD) のスペクトルを図 2 に示します。さまざまな放電タイプの PRPD スペクトルにはさまざまな特性があり、重要なデータとして使用できます。放電位相と振幅値の違いに基づくパターン認識の基礎。

局所的な直接的で明白な現象により、電極間の電荷が移動します。主な症状は次のとおりです。 ① 放電部位での荷電粒子の変化。部分放電の場合、荷電粒子は荷電体から非荷電体（開閉装置など）に急速に移動し、非荷電体に高周波電流が発生します。 ②高周波電磁波信号を放射する。マクスウェルの電磁界理論によれば、部分放電は変化する電界を生成し、変化する電界が磁界を励起するため、交番電界と磁界が互いに励起し、外側に伝播して電磁波を生成します。放電パルスは、短時間のうちに高周波の電磁波を発生させ、外側に放射します。以上の2つの原則から、部分放電の発生には電流と電磁波の発生が伴う必要があります。実際、部分放電には超音波、ガス生成物、光、熱が伴います。これらの部分放電に伴う物理的変化により、検出方法は電気的測定法と非電気的測定法に分けられます。

配電盤の絶縁状態検出と故障検出は、検出状態によりオフライン検出と活電検出に分けられます。オフライン検出は、バックグラウンド干渉が少ないという利点がありますが、停電保守の必要性、高コスト、および長時間の消費により、徐々にライブ検出に置き換えられています。ライブ検出は、通常の検出とオンライン監視に分けることができます。定期検査は、機器の動作中に隠れた障害を特定するために、機器を使用して動作中の電力機器の動作状態を確認します。オンライン監視では、一般的に監視機器のセンサーを試験機器の内部または表面に長時間配置して、機器の稼働状況をリアルタイムで監視します。定期的なテストとオンライン監視には、テスト対象の機器に継続的に電力を供給できるという利点があり、検出条件は動作条件と完全に一致しています。オンライン監視には、開閉装置の現在の絶縁状態をリアルタイムで監視および分析する機能があり、障害の早期兆候を特定して予測し、発生した干渉に対してより高い応答と精度を実現する機能が含まれます。現在の状態検出と障害検出の開発方向になっています。

2. 部分放電検出技術

部分放電検出法は、部分放電によって形成される様々な物理的変化に基づいており、部分放電の強さは、様々な現象によって形成される物理量を測定することによって表されます。開閉装置の絶縁状態検出方式には、主に超高周波（UHF）検出方式、過渡電圧（TEV）検出方式、超音波（AE）検出方式、赤外線検出方式、化学検出方式があります。その中でも超高周波。開閉装置の部分放電検出には、主に（UHF）検出方式、過渡電圧（TEV）検出方式、超音波（AE）検出方式が用いられます。

2.1 超高周波 (UHF) 検出方法

超高周波 (UHF) 検波法は、周波数が 500 ～ 1500mHz の局所的な電磁波信号を収集、分析、判断するための検波法です [5]。 UHF 電磁波は UHF センサー (カプラーとも呼ばれます) を介して放射を受信し、電磁波信号を電圧信号に変換して部分放電検出を実現します。 UHF センサーは、内蔵センサーと外部センサーに分けられます。 UHF検出方法は、検出信号周波数が高く、外部干渉信号が少ないという特徴があり、電気機器の部分放電検出能力を大幅に向上させることができます。特にオンライン監視の開発により、UHF は優れた耐干渉性、信頼性、および感度を備えています。 UHF 検出方式の部分放電検出を図 3 に示します。各国の研究により、超高周波方式は高圧開閉装置のオンライン監視に有望であることが示されています。

2.2 超音波（AE）試験方法

超音波は、音波と同様に、物体の機械的振動の伝播形式です。部分放電は、急速な電荷の解放または転送プロセスです。部分放電が発生すると、局所的な電界ストレス、機械的ストレス、および粒子力がアンバランスになり、超音波信号が生成されます。通常、超音波信号には 20kHz を超える周波数の超音波が伴い、さまざまな媒体を介して周囲に伝播します。超音波センサーはキャビネット内に設置されており、主に環境ノイズと振動信号の影響を受けます。開閉装置の表面に設置された超音波センサーはノイズが少ない反面、超音波が金属間を伝搬する際の減衰が大きくなります。したがって、超音波信号は主に開閉装置シェル間のギャップを介して送信されます。開閉装置の隙間に設置された超音波センサーの点検効果は良好です。超音波センサーは、超音波信号を電気信号に変換するための音響電気変換部品として圧電結晶を使用します。さらなる増幅と信号処理の後、それらは分析のために収集システムに送信され、検査局に配置するという目的を達成します。図4に示すように、天津の特定の電力機器会社によって開発および製造された典型的な外部非接触超音波センサーは、自己吸着設計を採用しており、開閉装置シェル間のギャップに簡単に設置でき、動作に影響しません元の開閉装置の構造。中心周波数は 40kHz で、電力開閉装置のローカルオンライン監視システムで広く使用されています。

2.3 地球波（TEV）の検出方法

過渡接地電圧 (TEV) 理論は、1974 年に Dr. John Reves によって提案されました。開閉装置の古典的な部分放電検出方法として、TEV 検出方法が開発され、サポートされています。マクスウェルの理論によると、電磁波が空間を伝播して導体に遭遇すると、導体はそれを刺激する電磁波と同じ周波数の誘導電流を生成します。部分放電パルスによって発生する電磁波は、一般的に数千HZから数十メガヘルツであるため、スイッチキャビネット内の電磁波がスイッチキャビネットの内面に伝達され、放電に近い金属表面に短いパルス電流が誘導されます点。「表皮効果」の影響を受けて、パルス電流は最初に金属シールドの内層内を伝播します。金属シェルがシールドし続けると、外部信号を検出できなくなります。ただし、実際には、絶縁ガスケット、ボックスジョイント、端子、およびその他の開閉装置の金属シェルの位置に不連続なギャップがあります。高周波パルス電流信号は、これらのギャップを介して開閉装置の表面に送信され、一時的な接地電圧 (TEV) と呼ばれる一時的な電圧を生成します。この信号は、特別な結合容量センサーを介してスイッチキャビネットの表面で測定できます。この信号により、配電盤内に部分放電や放電強度がないことが判断できます。超音波と TEV 法の検査原理を図 5 に示します。

開閉装置の構造と設置場所の環境の役割を考慮し、試験担当者による現場試験の結果、電力開閉装置の絶縁状態は良好であることがわかりました。音と電気を組み合わせた検出方法は、動作状態をよりよく反映できます。 EATechnology の部分放電検出技術と製品は、世界 40 か国以上の電力会社や電力会社に適用されており、TEV 開閉装置の部分放電検出技術の開発をリードし、多機能スイッチの製造と開発を行っています。携帯型部分放電検出器 UltraTEVPlus (UTP1) は、部分放電を日常的に検査するための携帯型定量ツールです。

中国では、関連する研究が比較的遅れて開始されましたが、依然として大きな進歩が見られます。現在、Tianjin Xuezi Power Equipment Technology Co.、Ltd.のPEV-100などの同様の部分放電検出製品も登場しています。これは、超音波とTEVに基づいたハンドヘルド部分放電検出装置であり、内蔵されていません。 -超音波センサーとTEVセンサーに接触して、スイッチキャビネットの絶縁状態を検出し、部分放電の振幅、周波数、重大度指数、およびその他のパラメーターを表示し、障害警告機能と情報を提供します

製品写真の例

FYG-12 6