Détection de l'état d'isolement et détection des défauts de l'appareillage de commutation

En tant qu'équipement clé du système d'alimentation électrique, l'appareillage de commutation de puissance est largement utilisé dans les réseaux de transmission et de distribution, avec des fonctions de commutation, de contrôle et de protection des équipements électriques. Sa fiabilité opérationnelle affecte directement la qualité de l'alimentation et le facteur de sécurité du système d'alimentation. Avec le développement rapide de l'économie chinoise, la stabilité et la fiabilité du système électrique sont devenues des normes importantes pour mesurer le processus de modernisation et la qualité de vie dans les villes, posant de nouveaux défis pour la sécurité et la fiabilité des équipements électriques tels que les appareillages électriques. La structure d'isolation interne de l'appareillage est diverse et l'environnement de fonctionnement réel est complexe (température élevée, poussière, humidité, etc.). De plus, la qualité de production et les défauts de processus possibles peuvent avoir des changements défavorables dans le processus de fonctionnement à long terme, conduisant à une décharge partielle (PD) sous l'influence du champ électrique. Le développement ultérieur du bureau a exacerbé le vieillissement de l'isolation, ce qui peut entraîner une défaillance de l'équipement électrique dans des cas graves, affectant le fonctionnement sûr et stable du système d'alimentation électrique. La recherche a montré que les défauts de fonctionnement causés par des problèmes d'isolation sont l'une des principales causes d'accidents d'appareillage de commutation.

À l'heure actuelle, l'inspection des décharges partielles des équipements électriques est un moyen important d'évaluer l'état d'isolation des appareillages de commutation, qui joue un rôle clé pour assurer le fonctionnement sûr et stable des appareillages de commutation, et a été promu par les sociétés de réseau. Selon les différents principes d'inspection et l'acquisition de signaux, l'appareillage de commutation haute tension comprend principalement : l'inspection de décharge partielle à ultra-haute fréquence (UHF), l'inspection locale de tension transitoire (TEV), l'inspection de décharge partielle par ultrasons (AE) et l'inspection conjointe de ce qui précède les technologies. Avec la proposition de la stratégie "Trois types et deux réseaux" de State Grid Corporation of China, le système d'alimentation électrique continue de se développer vers l'automatisation et l'intelligence. Il est très important d'inspecter et d'évaluer l'état d'isolation des équipements électriques grâce à une technologie de capteur avancée, une technologie de mesure, une technologie de réseau et une technologie de communication pour la détection des défauts de l'appareillage de commutation.

Cet article présente d'abord les principaux problèmes d'isolation des appareillages de commutation et les différents types de décharges partielles, puis discute des différentes technologies de détection des décharges partielles, et attend avec impatience la tendance de développement de la détection de l'état d'isolement et de la détection des défauts des appareillages de commutation de puissance dans la nouvelle situation.

1. Évaluation de l'état d'isolement de l'appareillage

Selon des statistiques incomplètes, 37,2 % des défauts d'appareillage sont causés par des problèmes d'isolation dans l'appareillage, ce qui indique que les défauts d'isolation dans l'appareillage sont la principale cause des défauts de l'appareillage. Pendant le fonctionnement de l'appareillage de commutation, une mauvaise utilisation du personnel, des actions de commutation et des coups de foudre peuvent tous provoquer une tension excessive. Les dommages mécaniques aux équipements d'isolation dans les processus de fabrication, les processus d'installation, l'exploitation et la maintenance sont une cause importante de défaillances de l'isolation. Dans le système de drainage de l'appareillage de commutation, lorsque le circuit conducteur entre en contact avec une oxydation, un contact lâche ou une surcharge, cela peut entraîner un mauvais contact, une résistance accrue du circuit, des défauts de transport de courant, une température de contact élevée et une température ambiante accrue, entraînant une isolation thermique. vieillissement. Des facteurs environnementaux tels que la pollution par la poussière et l'humidité de l'air peuvent également entraîner un vieillissement chimique de l'isolant, entraînant une défaillance de l'appareillage. Par conséquent, les effets combinés des contraintes électriques, des contraintes mécaniques, du vieillissement thermique et du vieillissement chimique sont les principales causes de modifications défavorables des matériaux isolants. L'évaluation de l'état d'isolement de l'appareillage est un moyen technique important pour la maintenance, le remplacement et la prévention des défauts d'isolement en temps opportun. L'évaluation de l'état d'isolation de l'appareillage prend principalement la décharge partielle et l'environnement de fonctionnement (y compris la température, la pression atmosphérique, l'humidité, etc.) comme cible de détection. La décharge partielle est la principale cause des problèmes d'isolation. Par conséquent, cet article se concentre sur la méthode de détection des décharges partielles des appareillages de commutation.

La période d'incubation des défauts d'isolement peut entraîner des phénomènes de décharge. Il existe quatre principaux types d'appareillage : décharge interne provoquée par des défauts internes dans le milieu isolant, tels que la densité magnétique et les impuretés introduites dans le milieu isolant ; Décharge d'arc de pointe causée par des bavures sur des surfaces métalliques exposées à l'air ; Décharge le long de la ligne provoquée par des polluants à la surface du support isolant ; Défauts de conception structurelle causés par des défauts structurels pendant le fonctionnement, décharge potentielle flottante causée par un transport et un contact médiocres. Les diagrammes schématiques des différents types de décharge sont illustrés à la figure 1. Les spectres des différents types d'analyse de phase de décharge partielle (PRPD) sont illustrés à la figure 2. Les spectres PRPD des différents types de décharge ont des caractéristiques différentes et peuvent être utilisés comme un important base pour la reconnaissance de formes basée sur les différences de phase de décharge et les valeurs d'amplitude.

Des phénomènes locaux directs et évidents se traduisent par des déplacements de charges entre électrodes. Les principales manifestations sont : ① les modifications des particules chargées au site de décharge. En cas de décharge partielle, les particules chargées se transfèrent rapidement d'un corps chargé à un corps non chargé (tel qu'un appareillage de commutation) et génèrent un courant haute fréquence sur le corps non chargé. ② Rayonner des signaux d'ondes électromagnétiques à haute fréquence. Selon la théorie du champ électromagnétique de Maxwell, une décharge partielle produira un champ électrique changeant, et le champ électrique changeant excitera le champ magnétique, de sorte que le champ électrique alternatif et le champ magnétique s'exciteront et se propageront vers l'extérieur pour générer des ondes électromagnétiques. Dans un court laps de temps, l'impulsion de décharge générera des ondes électromagnétiques à haute fréquence et rayonnera vers l'extérieur. Sur la base des deux principes ci-dessus, l'apparition d'une décharge partielle doit s'accompagner de la génération de courant et d'ondes électromagnétiques. En effet, une décharge partielle s'accompagne d'ultrasons, de produits gazeux, de lumière et de chaleur. Selon ces changements physiques associés à la décharge partielle, les méthodes de détection peuvent être divisées en méthode de mesure électrique et méthode de mesure non électrique.

La détection de l'état de l'isolation et la détection des défauts de l'appareillage électrique sont divisées en détection hors ligne et détection en direct en fonction de l'état de détection. La détection hors ligne présente l'avantage d'une faible interférence de fond, mais en raison de la nécessité d'une maintenance en cas de panne de courant, d'un coût élevé et d'une longue consommation, elle est progressivement remplacée par la détection en direct. La détection en direct peut être divisée en détection régulière et surveillance en ligne. Les inspections régulières s'appuient sur des instruments pour vérifier l'état de fonctionnement de l'équipement électrique pendant le fonctionnement, afin d'identifier les défauts cachés pendant le fonctionnement de l'équipement. La surveillance en ligne consiste généralement à placer les capteurs de l'équipement de surveillance à l'intérieur ou à la surface de l'équipement testé pendant une longue période afin de surveiller l'état de fonctionnement de l'équipement en temps réel. Des tests réguliers et une surveillance en ligne présentent les avantages d'une alimentation électrique continue pour l'équipement testé, et les conditions de détection sont parfaitement compatibles avec les conditions de fonctionnement. La surveillance en ligne a la capacité de surveiller et d'analyser l'état d'isolement actuel de l'appareillage de commutation en temps réel, y compris la capacité d'identifier les premiers signes de défauts et de les prévoir, et d'apporter une réponse et une précision plus élevées aux interférences qui se sont produites. Il est devenu la direction du développement de la détection de l'état actuel et de la détection des défauts.

2. technologie de détection de décharge partielle

La méthode de détection de décharge partielle est basée sur divers changements physiques formés par une décharge partielle, et la force de la décharge partielle est exprimée en mesurant les quantités physiques formées par divers phénomènes. Les méthodes de détection de l'état d'isolation de l'appareillage comprennent principalement la méthode de détection à ultra-haute fréquence (UHF), la méthode de détection de tension transitoire (TEV), la méthode de détection par ultrasons (AE), la méthode de détection infrarouge et la méthode de détection chimique. Parmi eux, l'ultra-haute fréquence. La méthode de détection (UHF), la méthode de détection de tension transitoire (TEV) et la méthode de détection par ultrasons (AE) sont principalement utilisées pour la détection de décharge partielle dans l'appareillage de commutation.

2.1 Méthode de détection Ultra Haute Fréquence (UHF)

La méthode de détection à ultra haute fréquence (UHF) est une méthode de détection pour collecter, analyser et juger le signal d'onde électromagnétique local avec une fréquence de 500 ~ 1500 mHz [5]. L'onde électromagnétique UHF reçoit un rayonnement via un capteur UHF (également appelé coupleur), qui peut convertir le signal d'onde électromagnétique en signal de tension pour réaliser une détection de décharge partielle. Les capteurs UHF sont divisés en capteurs intégrés et en capteurs externes. La méthode de détection UHF présente les caractéristiques d'une fréquence de signal de détection élevée et de peu de signaux d'interférence externes, ce qui peut grandement améliorer la capacité de détection de décharge partielle des équipements électriques. Surtout avec le développement de la surveillance en ligne, UHF a une bonne anti-interférence, fiabilité et sensibilité. La détection de décharge partielle de la méthode de détection UHF est illustrée à la figure 3. Des recherches menées dans divers pays ont montré que la méthode ultra-haute fréquence offre de bonnes perspectives dans la surveillance en ligne des appareillages de commutation haute tension.

2.2 Méthode de test par ultrasons (AE)

Les ultrasons, comme les ondes sonores, sont la forme de propagation des vibrations mécaniques des objets. La décharge partielle est un processus rapide de libération ou de transfert de charge. Lorsqu'une décharge partielle se produit, la contrainte du champ électrique local, la contrainte mécanique et la force des particules sont déséquilibrées, puis le signal ultrasonore est généré. Les signaux ultrasonores sont généralement accompagnés d'ondes ultrasonores avec des fréquences supérieures à 20 kHz, qui se propagent dans l'environnement à travers différents milieux. Le capteur à ultrasons est installé à l'intérieur de l'armoire et est principalement affecté par le bruit ambiant et les signaux de vibration. Le capteur à ultrasons installé à la surface de l'appareillage est peu bruyant, mais l'atténuation des ondes ultrasonores lorsqu'elles se propagent à travers les métaux est importante. Par conséquent, le signal ultrasonore est principalement transmis à travers l'espace entre la coque de l'appareillage de commutation. L'effet d'inspection du capteur à ultrasons installé dans l'espace entre l'appareillage de commutation est bon. Les capteurs à ultrasons utilisent des cristaux piézoélectriques comme composants de conversion électrique acoustique pour convertir les signaux ultrasonores en signaux électriques. Après une amplification et un traitement du signal supplémentaires, ils sont transmis au système de collecte pour analyse, atteignant l'objectif de placement dans le bureau d'inspection. Un capteur à ultrasons externe sans contact typique développé et produit par une certaine société d'équipement électrique à Tianjin, comme le montre la figure 4, adopte une conception d'auto-adsorption, qui est facile à installer dans l'espace entre la coque de l'appareillage de commutation et n'affecte pas le fonctionnement et la structure de l'appareillage d'origine. La fréquence centrale est de 40 kHz et a été largement utilisée dans les systèmes de surveillance en ligne locaux de l'appareillage électrique.

2.3 Méthode de détection des ondes terrestres (TEV)

La théorie de la tension de terre transitoire (TEV) a été proposée par le Dr John Reves en 1974. En tant que méthode de détection de décharge partielle classique pour les appareillages de commutation, la méthode de détection TEV a été développée et prise en charge. Selon la théorie de Maxwell, lorsque des ondes électromagnétiques se propagent dans l'espace et rencontrent un conducteur, celui-ci va générer un courant induit de même fréquence que l'onde électromagnétique qui le stimule. L'onde électromagnétique générée par l'impulsion de décharge partielle est généralement de milliers de HZ à des dizaines de mégahertz, de sorte que l'onde électromagnétique à l'intérieur de l'armoire de commande est transmise à la surface interne de l'armoire de commande, et un court courant d'impulsion est induit sur la surface métallique près de la décharge indiquer. Affecté par "l'effet de peau", le courant pulsé se propage d'abord dans la couche interne du blindage métallique. Si la coque métallique continue de protéger, elle ne pourra pas détecter les signaux externes. Cependant, en réalité, il y aura des espaces discontinus dans le joint d'isolation, les joints de boîtier, les bornes et d'autres positions de l'enveloppe métallique de l'appareillage de commutation. Des signaux de courant d'impulsion à haute fréquence peuvent être transmis à la surface de l'appareillage de commutation à travers ces espaces, générant une tension temporaire, appelée tension de terre temporaire (TEV). Ce signal peut être mesuré à la surface de l'armoire de distribution via un capteur de capacité de couplage spécial, et on peut juger qu'il n'y a pas de décharge partielle ni d'intensité de décharge dans l'armoire de distribution grâce à ce signal. Les principes d'inspection des méthodes par ultrasons et TEV sont illustrés à la figure 5.

Compte tenu de la structure de l'appareillage et du rôle de l'environnement du site d'installation, ainsi que des tests sur site effectués par le personnel d'essai, il a été constaté que l'état d'isolation de l'appareillage de puissance était en bon état. La méthode de détection combinée du son et de l'électricité peut mieux refléter l'état de fonctionnement. La technologie de détection de décharge partielle et les produits d'EAThnology ont été appliqués aux sociétés d'alimentation et aux entreprises d'électricité dans plus de 40 pays à travers le monde, prenant la tête de la création de la technologie de détection de décharge partielle pour l'appareillage de commutation TEV, et produisant et développant le multi-fonctionnel détecteur portatif de décharges partielles UltraTEVPlus (UTP1), qui est un outil quantitatif portatif pour l'inspection quotidienne des décharges partielles.

En Chine, bien que les recherches connexes aient commencé relativement tard, des progrès significatifs ont encore été réalisés. À l'heure actuelle, des produits de détection de décharge partielle similaires tels que PEV-100 de Tianjin Xuezi Power Equipment Technology Co., Ltd. apparaissent également. Il s'agit d'un équipement de détection de décharge partielle portable basé sur les ultrasons et le TEV, avec non intégré -contactez les capteurs à ultrasons et les capteurs TEV pour détecter l'état de l'isolation dans l'armoire de commande, afficher l'amplitude, la fréquence, l'indice de gravité et d'autres paramètres de décharge partielle, et disposer d'une fonction d'avertissement de défaut et d'informations

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