배전반의 절연 상태 감지 및 오류 감지

May 11, 2023

배전반은 전력 공급 시스템의 핵심 장비로서 전기 장비를 개폐, 제어 및 보호하는 기능을 가지고 있어 송배전망에 널리 사용되고 있습니다. 작동 신뢰성은 전원 공급 장치 품질 및 전원 공급 시스템의 안전 계수에 직접적인 영향을 미칩니다. 중국 경제의 급속한 발전과 함께 전력 시스템의 안정성과 신뢰성은 도시의 현대화 과정과 삶의 질을 측정하는 중요한 기준이 되었으며 전력 개폐 장치와 같은 전기 장비의 안전성과 신뢰성에 새로운 도전을 제시하고 있습니다. 수배전반의 내부 절연 구조가 다양하고 실제 사용 환경이 복잡합니다(고온, 먼지, 다습 등). 또한 가능한 생산 품질 및 공정 결함은 장기간의 작동 공정에서 불리한 변화를 일으켜 전기장의 영향으로 부분 방전(PD)을 유발할 수 있습니다. 국의 추가 개발은 절연 노후화를 악화시켜 심각한 경우 전기 장비 고장으로 이어져 전원 공급 시스템의 안전하고 안정적인 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 연구에 따르면 절연 문제로 인한 작동 결함은 배전반 사고의 주요 원인 중 하나입니다.

현재 전력기기의 부분방전 검사는 개폐기의 절연상태를 평가하는 중요한 수단으로 개폐기의 안전하고 안정적인 작동을 보장하는 핵심적인 역할을 하며 그리드 회사에서 추진하고 있다. 다양한 검사 원리 및 신호 획득에 따라 고전압 개폐 장치는 주로 초고주파(UHF) 부분 방전 검사, 과도 전압(TEV) 국부 검사, 초음파(AE) 부분 방전 검사 및 위의 합동 검사를 포함합니다. 기술. 중국 State Grid Corporation의 "Three Types and Two Networks" 전략 제안으로 전력 공급 시스템은 자동화 및 지능화를 향해 계속 발전하고 있습니다. 배전반의 고장검출을 위한 첨단 센서기술, 계측기술, 네트워크 기술, 통신기술 등을 통해 전력기기의 절연상태를 점검하고 평가하는 것은 큰 의미가 있습니다.

이 논문은 먼저 배전반의 주요 절연 문제와 다른 유형의 부분 방전을 소개한 다음 다른 부분 방전 감지 기술에 대해 논의하고 새로운 상황에서 전력 배전반의 절연 상태 감지 및 오류 감지의 발전 추세를 기대합니다.

1. 수배전반의 절연상태 평가

불완전한 통계에 따르면 스위치기어 결함의 37.2%는 스위치기어의 절연 문제로 인해 발생하며 이는 스위치기어의 절연 결함이 스위치기어 결함의 주요 원인임을 나타냅니다. 배전반 작동 중 사람의 오작동, 스위치 동작 및 낙뢰는 모두 과도한 전압을 유발할 수 있습니다. 제조 공정, 설치 공정, 운영 및 유지 보수에서 절연 장비의 기계적 손상은 절연 실패의 중요한 원인입니다. 배전반의 배수 시스템에서 전도성 회로가 산화, 느슨한 접촉 또는 과부하와 접촉하면 접촉 불량, 회로 저항 증가, 통전 결함, 높은 접촉 온도 및 환경 온도 증가로 인해 절연 열이 발생할 수 있습니다. 노화. 먼지 오염 및 대기 습도와 같은 환경 요인도 절연 매체의 화학적 노화로 이어져 스위치기어 고장으로 이어질 수 있습니다. 따라서 전기적 응력, 기계적 응력, 열적 노화 및 화학적 노화의 결합된 효과는 절연 재료의 불리한 변화의 주요 원인입니다. 배전반의 절연 상태 평가는 시기 적절한 유지 보수, 교체 및 절연 결함 방지를 위한 중요한 기술적 수단입니다. 배전반의 절연 상태 평가는 주로 부분 방전과 작동 환경(온도, 기압, 습도 등 포함)을 감지 대상으로 하며, 부분 방전은 절연 문제의 주요 원인입니다. 따라서 본 논문에서는 배전반의 부분방전 검출 방법에 초점을 맞춘다.

절연 결함의 잠복기는 방전 현상으로 이어질 수 있습니다. 배전반에는 네 가지 주요 유형이 있습니다. 절연 매체에 유입된 자기 밀도 및 불순물과 같은 절연 매체의 내부 결함으로 인한 내부 방전; 공기에 노출된 금속 표면의 버(burr)로 인한 팁 아크 방전; 절연 매체 표면의 오염 물질에 의해 발생하는 라인을 따라 배출; 작동 중 구조적 결함으로 인한 구조 설계 결함, 운송 및 접촉 불량으로 인한 부유 전위 방전. 서로 다른 유형의 방전에 대한 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 서로 다른 유형의 부분 방전 위상 분석(PRPD) 스펙트럼은 그림 2에 나와 있습니다. 서로 다른 방전 유형의 PRPD 스펙트럼은 서로 다른 특성을 가지며 중요한 분석으로 사용될 수 있습니다. 방전 위상 및 진폭 값의 차이를 기반으로 패턴 인식을 위한 기반.

국소적이고 직접적인 현상은 전극 사이의 전하 이동을 초래합니다. 주요 증상은 다음과 같습니다. ① 방전 부위에서 하전 입자의 변화. 부분 방전의 경우 대전 입자는 대전체에서 비대전체(예: 개폐기)로 빠르게 이동하고 비대전체에서 고주파 전류를 생성합니다. ② 고주파 전자파 신호를 방사합니다. 맥스웰의 전자기장 이론에 따르면 부분 방전은 변화하는 전기장을 생성하고, 변화하는 전기장은 자기장을 자극하므로 교류 전기장과 자기장은 서로를 자극하고 외부로 전파되어 전자기파를 생성합니다. 단시간에 방전 펄스는 고주파 전자기파를 생성하고 외부로 방출합니다. 위의 두 가지 원칙에 따라 부분방전의 발생은 전류와 전자파의 발생을 동반해야 한다. 실제로 부분 방전에는 초음파, 가스 제품, 빛 및 열이 동반됩니다. 이러한 부분방전과 관련된 물리적 변화에 따라 검출 방법은 전기적 측정법과 비전기적 측정법으로 나눌 수 있다.

전력 개폐 장치의 절연 상태 감지 및 고장 감지는 감지 상태에 따라 오프라인 감지와 라이브 감지로 구분됩니다. 오프라인 감지는 배경 간섭이 적다는 장점이 있지만 정전 유지 보수가 필요하고 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸리기 때문에 점차 라이브 감지로 대체됩니다. 라이브 감지는 일반 감지와 온라인 모니터링으로 나눌 수 있습니다. 정기적인 검사는 장비 작동 중 숨겨진 결함을 식별하기 위해 작동 중 전력 장비의 작동 상태를 확인하는 계기에 의존합니다. 온라인 모니터링은 일반적으로 모니터링 장비의 센서를 테스트 장비의 내부 또는 표면에 장기간 배치하여 장비의 작동 상태를 실시간으로 모니터링하는 것입니다. 정기 테스트 및 온라인 모니터링은 테스트 장비에 대한 지속적인 전원 공급의 이점이 있으며 감지 조건은 작동 조건과 완전히 일치합니다. 온라인 모니터링은 오류의 초기 징후를 식별하고 예측하는 기능을 포함하여 배전반의 현재 절연 상태를 실시간으로 모니터링 및 분석하고 발생한 간섭에 대해 더 높은 응답 및 정확도를 제공하는 기능이 있습니다. 현재 상태 감지 및 결함 감지의 발전 방향이 되었습니다.

2. 부분방전 검출 기술

부분방전 검출법은 부분방전에 의해 형성되는 다양한 물리적 변화를 기반으로 하며, 다양한 현상에 의해 형성되는 물리량을 측정하여 부분방전의 세기를 표현한다. 배전반의 절연 상태 감지 방법에는 주로 초고주파(UHF) 감지 방법, 과도 전압(TEV) 감지 방법, 초음파(AE) 감지 방법, 적외선 감지 방법 및 화학 물질 감지 방법이 있습니다. 그 중 초고주파. (UHF) 감지 방식, 과도 전압(TEV) 감지 방식 및 초음파(AE) 감지 방식은 개폐기에서 부분 방전 감지에 주로 사용됩니다.

2.1 초고주파(UHF) 검출 방식

초고주파(UHF) 검출 방식은 주파수가 500~1500mHz인 국부 전자파 신호를 수집, 분석, 판단하는 검출 방식이다[5]. UHF 전자파는 전자파 신호를 전압 신호로 변환하여 부분 방전 감지를 실현할 수 있는 UHF 센서(커플러라고도 함)를 통해 방사선을 수신합니다. UHF 센서는 내장형 센서와 외장형 센서로 나뉩니다. UHF 검출 방법은 검출 신호 주파수가 높고 외부 간섭 신호가 거의 없는 특성을 가지고 있어 전기 장비의 부분 방전 검출 능력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 특히 온라인 모니터링의 발달로 UHF는 우수한 간섭 방지, 신뢰성 및 감도를 제공합니다. UHF 감지 방법의 부분 방전 감지는 그림 3에 나와 있습니다. 여러 국가의 연구에 따르면 초고주파 방법은 고전압 스위치 기어의 온라인 모니터링에서 좋은 전망을 가지고 있습니다.

2.2 초음파(AE) 테스트 방법

초음파는 음파와 마찬가지로 물체의 기계적 진동이 전파되는 형태입니다. 부분 방전은 빠른 전하 방출 또는 전송 프로세스입니다. 부분 방전이 발생하면 국부 전계 응력, 기계적 응력 및 입자력이 균형을 이루지 못하고 초음파 신호가 생성됩니다. 초음파 신호는 일반적으로 20kHz 이상의 주파수를 갖는 초음파를 수반하며, 다양한 매체를 통해 주변으로 전파됩니다. 초음파 센서는 캐비닛 내부에 설치되며 주로 환경 소음 및 진동 신호의 영향을 받습니다. 배전반 표면에 설치된 초음파 센서는 잡음이 적지만 초음파가 금속을 가로질러 전파될 때 감쇠가 크다. 따라서 초음파 신호는 주로 스위치기어 쉘 사이의 틈을 통해 전송됩니다. 배전반 틈새에 초음파 센서를 설치하여 검사효과가 좋습니다. 초음파 센서는 초음파 신호를 전기 신호로 변환하기 위해 음향 전기 변환 부품으로 압전 크리스탈을 사용합니다. 추가 증폭 및 신호 처리 후 분석을 위해 수집 시스템으로 전송되어 검사국에 배치하는 목적을 달성합니다. 천진의 모 전력기기 회사에서 개발 생산한 대표적인 외부 비접촉식 초음파 센서는 그림 4와 같이 자가흡착식 설계를 채택하여 배전반 사이의 틈에 설치가 용이하고 동작에 영향을 미치지 않는다. 원래 개폐 장치의 구조. 중심 주파수는 40kHz이며 전력 개폐 장치의 로컬 온라인 모니터링 시스템에 널리 사용되었습니다.

2.3 지구파(TEV) 감지 방법

TEV(Transient Earth Voltage) 이론은 1974년 Dr. John Reves에 의해 제안되었습니다. 스위치기어의 고전적인 부분 방전 검출 방법으로 TEV 검출 방법이 개발 및 지원되었습니다. Maxwell의 이론에 따르면 전자기파가 공간에서 전파되어 전도체를 만나면 전도체를 자극하는 전자기파와 동일한 주파수의 유도 전류가 생성됩니다. 부분방전 펄스에 의해 발생하는 전자파는 일반적으로 수천 HZ에서 수십 메가헤르츠이므로 배전반 내부의 전자파는 배전반 내부 표면으로 전달되고 방전 부근의 금속 표면에는 짧은 펄스 전류가 유도된다. 가리키다. "표피 효과"의 영향을 받는 펄스 전류는 먼저 금속 실드의 내부 층 내에서 전파됩니다. 금속 쉘이 계속 차폐되면 외부 신호를 감지할 수 없습니다. 그러나 실제로는 절연 개스킷, 박스 조인트, 단자 및 스위치기어 금속 쉘의 기타 위치에 불연속적인 틈이 있을 것입니다. 고주파 펄스 전류 신호는 이러한 틈을 통해 배전반 표면으로 전송될 수 있으며 임시 접지 전압(TEV)이라는 임시 전압을 생성합니다. 이 신호는 특수 커플링 커패시턴스 센서를 통해 배전함 표면에서 측정할 수 있으며, 이 신호를 통해 스위치 캐비닛에 부분 방전 및 방전 강도가 없음을 판단할 수 있습니다. 초음파 및 TEV 방법의 검사 원리는 그림 5에 나와 있습니다.

수배전반의 구조와 설치현장 환경의 역할, 시험요원의 현장시험 등을 고려하여 전력배전반의 절연상태는 양호함을 알 수 있었다. 소리와 전기의 결합된 감지 방법은 작업 상태를 더 잘 반영할 수 있습니다. EATechnology의 부분방전 감지 기술 및 제품은 전 세계 40여 개국의 전력 공급 업체 및 전력 기업에 적용되어 TEV 개폐기의 부분 방전 감지 기술 창출 및 다기능 모듈 생산 및 개발에 앞장서고 있습니다. 부분 방전의 일일 검사를 위한 휴대용 정량 도구인 휴대용 부분 방전 검출기 UltraTEVPlus(UTP1).

중국에서는 관련 연구가 비교적 늦게 시작되었지만 여전히 상당한 진전이 있었습니다. 현재 Tianjin Xuezi Power Equipment Technology Co., Ltd.의 PEV-100와 같은 유사한 부분방전 감지 제품도 등장합니다. -초음파 센서 및 TEV 센서에 접촉하여 스위치 캐비닛의 절연 상태를 감지하고 부분 방전의 진폭, 주파수, 심각도 지수 및 기타 매개 변수를 표시하고 오류 경고 기능 및 정보를 갖습니다.

제품 사진 예시

FYG-12 6