คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับการตรวจจับเสียงจากการคายประจุบางส่วน

บทนำ

การปลดปล่อยประจุบางส่วนในระบบฉนวนของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าที่มีความน่าเชื่อถือมากที่สุดสำหรับการล้มเหลวของฉนวนที่กำลังจะเกิดขึ้น — และการตรวจจับการแผ่รังสีเสียงเป็นวิธีที่สามารถนำไปใช้ได้จริงที่สุดในการระบุการปลดปล่อยประจุบางส่วนที่กำลังเกิดขึ้นในหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับการจ่ายไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่โดยไม่ต้องนำอุปกรณ์ออกจากระบบการทำงาน หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าที่มีการปลดปล่อยประจุบางส่วนภายในกำลังสื่อสารสภาพที่เสื่อมโทรมของมันผ่านสัญญาณเสียงอัลตราโซนิกที่แพร่กระจายผ่านตัวกลางฉนวนและตัวเครื่อง — สัญญาณที่สามารถตรวจจับได้ด้วย เซนเซอร์ไพโซอิเล็กทริก¹ อุปกรณ์, สามารถตีความได้ด้วยวิธีการที่ถูกต้อง, และสามารถนำไปปฏิบัติได้ด้วยการตอบสนองการบำรุงรักษาที่เหมาะสม, ทั้งหมดนี้โดยไม่ต้องมีการหยุดระบบตามแผนแม้แต่นาทีเดียว.

คำตอบโดยตรงคือ: การตรวจจับเสียงจากการคายประจุบางส่วนในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบกระจายกำลังทำงานโดยการตรวจจับคลื่นความดันอัลตราโซนิก — โดยทั่วไปอยู่ในช่วง ช่วงความถี่อัลตราโซนิก² — ซึ่งเกิดขึ้นทุกครั้งที่มีเหตุการณ์การปลดปล่อยประจุบางส่วนเกิดขึ้นภายในระบบฉนวนของ CT และเทคนิคนี้มีคุณค่าเฉพาะสำหรับการบำรุงรักษา CT ที่ติดตั้งอยู่เนื่องจากไม่รุกล้ำ ไม่จำเป็นต้องตัดวงจรรอง สามารถดำเนินการภายใต้สภาวะที่มีไฟฟ้า และให้ข้อมูลตำแหน่งที่วิธีการวัดการปลดปล่อยประจุบางส่วนทางไฟฟ้าไม่สามารถให้ได้ — ช่วยให้ทีมบำรุงรักษาสามารถแยกแยะระหว่างข้อบกพร่องของฉนวนภายใน CT ที่ต้องการการเปลี่ยนอย่างเร่งด่วนและแหล่งกำเนิดโคโรนาภายนอกที่ไม่ต้องการการแทรกแซง CT.

สำหรับวิศวกรบำรุงรักษาระบบจ่ายไฟฟ้า ผู้เชี่ยวชาญด้านการประเมินสภาพฉนวน และทีมความน่าเชื่อถือที่รับผิดชอบการจัดการหม้อแปลงไฟฟ้า (CT) คู่มือนี้ให้กรอบทางเทคนิคที่สมบูรณ์สำหรับการตรวจจับการปลดปล่อยประจุบางส่วนด้วยเสียงสะท้อน — ตั้งแต่หลักฟิสิกส์ของการสร้างสัญญาณเสียง การเลือกเซ็นเซอร์ วิธีการวัด การแปลผลสัญญาณ ไปจนถึงการตัดสินใจในการบำรุงรักษา.

สารบัญ

• อะไรคือการคายประจุบางส่วนในระบบฉนวน CT และการตรวจจับการแผ่รังสีเสียงทำงานอย่างไร?
• วิธีการเลือกและจัดวางเซ็นเซอร์การแผ่รังสีเสียงสำหรับการตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วนใน CT
• วิธีการดำเนินการวัดการคายประจุบางส่วนด้วยคลื่นเสียงในเครื่อง CT แบบมีโครงสร้าง
• วิธีการตีความสัญญาณการแผ่รังสีเสียงและการตัดสินใจบำรุงรักษาด้วยเทคนิค CT
• คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการตรวจจับเสียงจากการคายประจุบางส่วนในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ CT

อะไรคือการคายประจุบางส่วนในระบบฉนวน CT และการตรวจจับการแผ่รังสีเสียงทำงานอย่างไร?

การปลดปล่อยไฟฟ้าบางส่วนคือการปลดปล่อยไฟฟ้าที่เชื่อมเพียงบางส่วนของฉนวนระหว่างตัวนำ — ไม่ก่อให้เกิดเส้นทางที่สมบูรณ์ระหว่างตัวนำแรงดันสูงกับพื้นดิน แต่จะค่อยๆ ทำให้วัสดุฉนวนรอบๆ จุดที่เกิดการปลดปล่อยเสื่อมสภาพลงจนกระทั่งเส้นทางที่สมบูรณ์เกิดขึ้นในที่สุดในระบบฉนวน CT — ไม่ว่าจะเป็นน้ำมัน-กระดาษ, เรซินอีพ็อกซี่หล่อ, หรือก๊าซ SF₆ — การคายประจุบางส่วนเป็นกลไกการเสื่อมสภาพหลักที่เปลี่ยนระบบฉนวนจากสภาพที่ใช้งานได้เป็นล้มเหลวในช่วงเวลาตั้งแต่หลายเดือนถึงหลายปี ขึ้นอยู่กับความเข้มของการคายประจุและประเภทของฉนวน.

ฟิสิกส์ของการคายประจุบางส่วนในฉนวน CT

การปลดปล่อยบางส่วนเกิดขึ้นที่บริเวณที่ความแข็งแรงของฉนวนลดลง — ช่องว่างในเรซินหล่อ, ฟองอากาศในฉนวนกระดาษน้ำมัน, พื้นผิวการแยกชั้น, สิ่งเจือปนโลหะ, และบริเวณที่มีความเครียดของสนามไฟฟ้าสูงในท้องถิ่น ที่บริเวณเหล่านี้ สนามไฟฟ้าท้องถิ่นจะเกินความแข็งแรงของการแตกตัวในตัวกลางฉนวนภายในข้อบกพร่อง — โดยทั่วไปจะเป็นช่องว่างที่เต็มไปด้วยแก๊สซึ่งมีความแข็งแรงของไดอิเล็กทริกต่ำกว่าฉนวนที่เป็นของแข็งหรือของเหลวโดยรอบมาก.

เมื่อสนามท้องถิ่นเกินค่าความแข็งแรงของการแตกตัวในช่องว่าง จะเกิดการปลดปล่อยอย่างรวดเร็วภายในช่องว่างนั้น — ซึ่งใช้เวลาเพียงนาโนวินาทีถึงไมโครวินาที การปลดปล่อยนี้:

• ทางไฟฟ้า: ผลิตกระแสพัลส์ในวงจรปฐมภูมิและพัลส์เหนี่ยวนำที่สอดคล้องกันในวงจรทุติยภูมิ — ซึ่งเป็นพื้นฐานของวิธีการวัดการรั่วไหลทางไฟฟ้า
• ทางความร้อน: สะสมพลังงานที่ตำแหน่งการปล่อย ทำให้วัสดุฉนวนโดยรอบเกิดการเผาไหม้เป็นคาร์บอน และขยายช่องว่างให้ใหญ่ขึ้นในแต่ละรอบของการปล่อยซ้ำ
• อะคูสติก: สร้างการเปลี่ยนแปลงความดันในท้องถิ่นอย่างรวดเร็ว — แรงกระตุ้นเชิงกล — ที่แพร่กระจายออกไปจากจุดปล่อยเป็นคลื่นเสียงผ่านสื่อฉนวนและตัวเรือน CT ที่อยู่รอบข้าง

การแผ่รังสีเสียงจากเหตุการณ์การคายประจุบางส่วนเป็นพัลส์ความดันแบบแบนด์วิดท์กว้างที่มีพลังงานสำคัญในช่วงความถี่อัลตราโซนิก 20–500 กิโลเฮิรตซ์ สัญญาณนี้แพร่กระจายผ่านตัวกลางฉนวนของตัววัดกระแสไฟฟ้า (CT) — น้ำมัน เรซิน หรือก๊าซ — และผ่านผนังของตัวเรือน CT โดยจะลดทอนลงตามระยะทางและสะท้อนที่รอยต่อของวัสดุ จนกระทั่งถึงพื้นผิวด้านนอกของ CT ซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกแบบสัมผัส.

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักที่กำหนดการตรวจจับการคายประจุบางส่วนทางเสียงของ CT:

• ช่วงความถี่การแผ่คลื่นเสียง: 20–300 kHz สำหรับ CT PD ภายใน; พลังงานสูงสุดโดยทั่วไปที่ 80–150 kHz สำหรับฉนวน CT น้ำมัน-กระดาษ; 100–250 kHz สำหรับฉนวน CT เรซินหล่อ
• ความเร็วในการแพร่กระจายของสัญญาณ: 1,400–1,500 เมตร/วินาที ในน้ำมันหม้อแปลง; 2,500–3,500 เมตร/วินาที ในเรซินอีพ็อกซี่หล่อ; 5,100 เมตร/วินาที ในตัวเรือนเหล็ก — ความแตกต่างของความเร็วช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดได้โดยใช้วิธีการวัดเวลาที่สัญญาณมาถึง
• การลดทอนสัญญาณ: 6–12 dB ต่อ 100 มม. ในน้ำมัน; 15–25 dB ต่อ 100 มม. ในเรซินหล่อ; การลดทอนเพิ่มขึ้นตามความถี่ — ส่วนประกอบความถี่ต่ำแพร่กระจายได้ไกลกว่าจากแหล่งกำเนิดการปล่อย
• เกณฑ์การตรวจจับ: ค่าประจุ PD ที่ตรวจจับได้ต่ำสุดเทียบเท่ากับประมาณ 100–500 pC สำหรับเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกแบบสัมผัสบนตัวเรือน CT; การวัด PD ทางไฟฟ้าจะมีความไวมากกว่า (5–10 pC) แต่ต้องเข้าถึงวงจรรอง
• การตอบสนองความถี่ของเซ็นเซอร์: เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกแบบแบนด์กว้าง: การตอบสนองแบบแบนด์แบนด์ 20–300 kHz; เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกแบบเรโซแนนต์: ความไวสูงสุดที่ 150 kHz ±20%; เซ็นเซอร์แบบเรโซแนนต์ให้ความไวสูงกว่าที่ความถี่ออกแบบ แต่พลาดสัญญาณนอกแบนด์เรโซแนนต์
• มาตรฐานที่ใช้บังคับ: IEC 60270³ (การวัดค่าการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้า — วิธีอ้างอิง), IEC 62478 (เทคนิคการทดสอบแรงดันไฟฟ้าสูง — การปล่อยเสียง), IEC 60599 (การวิเคราะห์ก๊าซที่ละลาย — วิธีวินิจฉัยเสริม)

ข้อได้เปรียบของการตรวจจับการแผ่รังสีเสียงเหนือการวัด PD ทางไฟฟ้าในแอปพลิเคชันการบำรุงรักษาภาคสนาม:

การวัดค่า PD ทางไฟฟ้าตามมาตรฐาน IEC 60270 เป็นวิธีอ้างอิงสำหรับการวัดปริมาณ PD — ให้ค่าการวัดประจุที่ผ่านการสอบเทียบในหน่วยพิโคคูลอมบ์ และเป็นวิธีที่ใช้ในการทดสอบการยอมรับผลิตภัณฑ์จากโรงงาน อย่างไรก็ตาม การวัดค่า PD ทางไฟฟ้าในภาคสนามจำเป็นต้องมีการเข้าถึงวงจรทุติยภูมิของ CT, ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อที่ผ่านการสอบเทียบ และสภาพแวดล้อมการวัดที่ปราศจากสัญญาณรบกวน — ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่แทบจะเป็นไปไม่ได้ในสถานีย่อยไฟฟ้าที่มีระบบจ่ายไฟอยู่การตรวจจับการแผ่รังสีเสียงต้องการเพียงการเข้าถึงทางกายภาพไปยังผิวของตัวเรือน CT — สามารถทำได้ในขณะที่ CT อยู่ในสภาพพร้อมใช้งานเต็มที่ ภายใต้ภาระงาน โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนวงจรไฟฟ้าเพิ่มเติม และในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งทำให้การวัดการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้าไม่สามารถทำได้ในภาคสนาม.

วิธีการเลือกและจัดวางเซ็นเซอร์การแผ่รังสีเสียงสำหรับการตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วนใน CT

การเลือกและตำแหน่งของเซ็นเซอร์เป็นสองตัวแปรที่มีอิทธิพลมากที่สุดต่อคุณภาพของการตรวจจับการเสื่อมสภาพเชิงอะคูสติก (acoustic PD) — เซ็นเซอร์ที่ถูกเลือกอย่างถูกต้องแต่ติดตั้งผิดตำแหน่งจะไม่สามารถตรวจจับสัญญาณการเสื่อมสภาพภายในได้ และเซ็นเซอร์ที่ถูกติดตั้งอย่างถูกต้องแต่มีการตอบสนองความถี่ที่ไม่เหมาะสมจะตรวจจับสัญญาณรบกวนภายนอกแทนที่จะเป็นการปล่อยประจุภายใน.

การเลือกเซ็นเซอร์สำหรับการตรวจจับการเสียหายด้วยคลื่นเสียงใน CT

เซ็นเซอร์สัมผัสแบบเพียโซอิเล็กทริก (วิธีหลัก):
เซ็นเซอร์แบบสัมผัสเพียโซอิเล็กทริกถูกกดลงบนพื้นผิวของตัวเรือน CT และตรวจจับคลื่นเสียงที่ส่งผ่านผนังตัวเรือน เซ็นเซอร์เหล่านี้ให้ความไวสูงสุดสำหรับการตรวจจับ PD ภายใน และเป็นวิธีมาตรฐานสำหรับการสำรวจ PD ทางเสียงของ CT.

เกณฑ์การคัดเลือก:

• ช่วงความถี่: 50–200 kHz สำหรับ CT ที่แช่น้ำมัน; 80–300 kHz สำหรับ CT ที่ทำจากเรซินหล่อ — การลดทอนที่สูงกว่าของเรซินต้องการความไวต่อความถี่ที่สูงกว่าเพื่อตรวจจับสัญญาณจากแหล่งปล่อยก่อนที่สัญญาณจะลดทอนลงถึงระดับเสียงรบกวนพื้นหลัง
• ความไว: ขั้นต่ำ -65 dB อ้างอิง 1 V/μbar สำหรับการตรวจจับแหล่งกำเนิด PD ที่เชื่อถือได้ในระยะห่างสูงสุด 300 มม. ผ่านน้ำมัน; ขั้นต่ำ -55 dB สำหรับการใช้งานกับเรซินหล่อ
• ความเข้ากันได้ของที่อยู่อาศัย: ฐานติดตั้งแม่เหล็กสำหรับตัวเรือน CT ที่เป็นเหล็กแม่เหล็ก — ให้แรงยึดเกาะที่สม่ำเสมอและการจัดตำแหน่งเซ็นเซอร์ที่แม่นยำสำหรับการติดตามแนวโน้ม; การยึดติดด้วยกาวสำหรับตัวเรือนที่ไม่เป็นเหล็กแม่เหล็ก

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกในอากาศ (วิธีเสริม):
เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกแบบไม่สัมผัสตรวจจับการแผ่คลื่นเสียงจากแหล่งกำเนิดเสียงภายนอกที่เกิดจากโคโรนาบนผิวและแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสไหลผิดปกติภายนอก เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างโคโรนาภายนอก ซึ่งสร้างสัญญาณเสียงที่แรงแต่สัญญาณสัมผัสที่อ่อน จากไฟฟ้ากระแสไหลผิดปกติภายใน ซึ่งสร้างสัญญาณสัมผัสที่แรงแต่สัญญาณเสียงที่อ่อน.

การกำหนดตำแหน่งเซ็นเซอร์สำหรับประเภท CT ที่แตกต่างกัน

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบจุ่มน้ำมัน (บุชชิ่งพอร์ซเลนหรือคอมโพสิต):

• ตำแหน่งเซ็นเซอร์หลัก: ผนังถังด้านล่าง, 50–100 มม. เหนือฐานถัง — สัญญาณเสียงที่เกิดจากแหล่ง PD ภายในถังจะแพร่กระจายลงด้านล่างและรวมตัวที่ฐานถัง; ตำแหน่งนี้ช่วยเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสำหรับการตรวจจับ PD ภายในให้สูงสุด
• ตำแหน่งเซ็นเซอร์ทุติยภูมิ: ตรงกลางผนังถังที่ 90° กับเซ็นเซอร์ปฐมภูมิ — ช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดแบบสองมิติได้โดยการเปรียบเทียบเวลาที่มาถึง
• หลีกเลี่ยง: พื้นผิวบูชชิ่ง — โคโรนาภายนอกบนพื้นผิวบูชชิ่งจะสร้างสัญญาณเสียงที่แรงซึ่งจะบดบังสัญญาณ PD ภายในหากเซ็นเซอร์ถูกวางบนบูชชิ่ง

เรซินหล่อ CT (หุ้มด้วยอีพ็อกซี่):

• ตำแหน่งเซ็นเซอร์หลัก: ฐานของตัวเครื่อง CT ติดกับผิวอีพ็อกซี่โดยตรง — เรซินหล่อมีการลดทอนเสียงสูงกว่าน้ำมัน จึงจำเป็นต้องวางเซ็นเซอร์ให้ใกล้กับตำแหน่งที่คาดว่าเป็นแหล่งกำเนิด PD มากที่สุด (โดยทั่วไปคือบริเวณรอยต่อของตัวนำแรงดันสูงหรือรอยต่อระหว่างแกนกับเรซิน)
• ตำแหน่งเซ็นเซอร์รอง: ที่ระยะห่าง 120° รอบเส้นรอบวงของตัว CT — ช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดแบบสามจุดสำหรับ CT ที่หุ้มด้วยเรซิน
• ตัวกลางเชื่อมต่อ: เจลเชื่อมต่อเสียงจำเป็นสำหรับเรซินหล่อ — ความหยาบของพื้นผิวอีพ็อกซี่สร้างช่องว่างอากาศที่ลดทอนสัญญาณความถี่สูงอย่างรุนแรงหากไม่มีเจลเชื่อมต่อ

การตรวจสอบคุณภาพการเชื่อมต่อ

ก่อนบันทึกการวัดค่า PD ให้ตรวจสอบคุณภาพการเชื่อมต่อเสียง:

$SNR_{การเชื่อมต่อ} = 20 \times \log_{10}\left(\frac{V_{สัญญาณ}}{V_{สัญญาณรบกวน}}\right) \geq 6 \text{ dB}$

ใช้ดินสอหักปลาย (แหล่งกำเนิดแบบ Hsu-Nielsen) บนพื้นผิวของตัวเรือน CT ห่างจากเซ็นเซอร์ 100–200 มม. — วิธีนี้จะสร้างแรงกระตุ้นเสียงความถี่กว้างที่ตรวจสอบว่าเซ็นเซอร์เชื่อมต่ออย่างถูกต้องและเส้นทางสัญญาณไม่ขาดหาย เซ็นเซอร์ที่เชื่อมต่ออย่างถูกต้องจะแสดงการตอบสนองแรงกระตุ้นที่ชัดเจน โดยมีค่า SNR ≥ 6 dB เหนือระดับเสียงพื้นหลัง.

วิธีการดำเนินการวัดการคายประจุบางส่วนด้วยคลื่นเสียงในเครื่อง CT แบบมีโครงสร้าง

การรณรงค์วัดค่า PD ทางเสียงที่มีโครงสร้างสำหรับกลุ่ม CT กระจายกำลังไฟฟ้าจำเป็นต้องมีโปรโตคอลการวัดที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ซึ่งช่วยให้สามารถเปรียบเทียบระหว่าง CT ต่าง ๆ ระหว่างช่วงเวลาการวัด และระหว่าง CT ที่อยู่ภายใต้การทดสอบกับตัวอ้างอิงที่ทราบว่ามีสุขภาพดี — เนื่องจากระดับสัญญาณเสียงแบบสัมบูรณ์ไม่มีความหมายหากไม่มีบริบท; ระดับและความเปลี่ยนแปลงแบบสัมพัทธ์คือสิ่งที่ช่วยระบุการเสื่อมสภาพของฉนวน.

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดค่าพื้นฐาน

ก่อนที่การตรวจจับ PD ทางเสียงจะสามารถระบุ CT ที่เสื่อมสภาพได้ จำเป็นต้องมีการวัดค่าพื้นฐานสำหรับ CT แต่ละตัวในกองเรือภายใต้สภาพที่ทราบว่าเป็นปกติ:

• บันทึกค่าพื้นฐาน ณ เวลาที่เริ่มใช้งานหรือสภาพที่ทราบว่าเป็นปกติล่าสุด: วัดและบันทึกระดับสัญญาณเสียง, สเปกตรัมความถี่, และรูปแบบที่แยกตามเฟสสำหรับแต่ละ CT ในช่วงเวลาของการทดสอบระบบหรือทันทีหลังจากการทดสอบฉนวนที่สมบูรณ์แล้ว
• เงื่อนไขการวัดเอกสาร: บันทึกแรงดันไฟฟ้าปฐมภูมิ, กระแสไฟฟ้าปฐมภูมิ, อุณหภูมิแวดล้อม, และสภาพอากาศ — ระดับสัญญาณ PD ทางเสียงจะเปลี่ยนแปลงตามแรงดันไฟฟ้า (แรงดันเริ่มต้น PD) และอุณหภูมิ (ความหนืดของฉนวนมีผลต่อการแพร่กระจายสัญญาณในน้ำมัน)
• จัดตั้งข้อมูลอ้างอิงของกองยานพาหนะ: ระบุการกระจายตัวทางสถิติของระดับสัญญาณเสียงในฝูงเรือ CT — เรือ CT ที่มีระดับสัญญาณเสียงสูงกว่าค่ามัธยฐานของฝูงมากกว่า 6 dB ต้องได้รับการตรวจสอบโดยไม่คำนึงถึงระดับสัญญาณเสียงสัมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดลำดับการวัดและความถี่

• การสำรวจประจำปีสำหรับผู้ตรวจสอบที่มีอายุงานเกิน 15 ปี: การเสื่อมสภาพของฉนวนเร่งตัวขึ้นในช่วงครึ่งหลังของอายุการใช้งาน CT การสำรวจการเกิดไฟฟ้าลัดวงจรทางอะคูสติกประจำปีให้ค่าความละเอียดเชิงเวลาเพียงพอในการตรวจจับการเสื่อมสภาพก่อนที่มันจะถึงระดับวิกฤต
• แบบสำรวจทุก 6 เดือนสำหรับ CT ที่มีปัญหาเกี่ยวกับฉนวนที่ทราบแล้ว: CT ที่แสดงระดับเสียงสูงขึ้นในการสำรวจครั้งก่อน, CT ที่มีค่าผิดปกติ การวิเคราะห์ก๊าซที่ละลาย⁴ ผลลัพธ์ และ CT ที่เคยประสบเหตุการณ์ความร้อนเกินพิกัด
• การสำรวจทันทีหลังเหตุการณ์ความผิดพลาด: CT ใดก็ตามที่สัมผัสกับกระแสไฟฟ้าผ่านความเสียหายเกินกว่า 50% ของกระแสไฟฟ้าสั้นเวลาที่กำหนด ต้องได้รับการประเมิน PD ทางเสียงภายใน 30 วัน — ความเครียดจากความร้อนของกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากความเสียหายสามารถเริ่มต้นการเสื่อมสภาพของฉนวนซึ่งแสดงออกมาเป็น PD ภายในไม่กี่สัปดาห์หลังจากเหตุการณ์ความเสียหาย

ขั้นตอนที่ 3: ดำเนินการตามโปรโตคอลการวัด

1. เตรียมสภาพแวดล้อมสำหรับการวัด: บันทึกระดับเสียงรบกวนโดยรอบด้วยเซ็นเซอร์ที่เชื่อมต่อกับตัวเรือน CT แต่แหล่งสัญญาณถูกตัดการเชื่อมต่อ — ขั้นตอนนี้ใช้เพื่อกำหนดค่าพื้นเสียงรบกวนสำหรับการคำนวณค่าอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR) หากระดับเสียงรบกวนโดยรอบเกิน -40 dBV ที่ความถี่ในช่วงการวัด ให้ระบุและกำจัดแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนก่อนดำเนินการต่อ
2. ติดตั้งเซ็นเซอร์ในตำแหน่งที่กำหนด ใช้ตำแหน่งเฉพาะสำหรับ CT ประเภทที่กำหนดไว้ในขั้นตอนที่ 1 ของส่วนการเลือกเซ็นเซอร์; ใช้เจลเชื่อมต่อสำหรับ CT เรซินหล่อ; ตรวจสอบคุณภาพการเชื่อมต่อด้วยการทดสอบแหล่งกำเนิด Hsu-Nielsen
3. บันทึกรูปคลื่นในโดเมนเวลา: บันทึกสัญญาณเสียงต่อเนื่องอย่างน้อย 10 วินาทีที่ตำแหน่งเซ็นเซอร์แต่ละตำแหน่ง — เพียงพอที่จะสังเกตเห็นหลายรอบความถี่พลังงานและระบุกิจกรรม PD ที่สัมพันธ์กับเฟส
4. บันทึกสเปกตรัมความถี่: การวิเคราะห์ FFT ของรูปคลื่นที่จับได้; ระบุองค์ประกอบความถี่สูงสุด; เปรียบเทียบกับสเปกตรัมพื้นฐาน — องค์ประกอบความถี่ใหม่ที่สูงกว่าพื้นฐานบ่งชี้ถึงกิจกรรม PD ใหม่
5. บันทึก รูปแบบ pd ที่แยกเฟส⁵: ซิงโครไนซ์การวัดเสียงกับความถี่เฟสของแรงดันไฟฟ้าโดยใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง; แผนภูมิความแรงของเหตุการณ์เสียงเทียบกับมุมเฟส — รูปแบบ PRPD ระบุประเภทแหล่งกำเนิด PD
6. ใช้การวิเคราะห์เวลาการมาถึงของหลายเซ็นเซอร์: หากมีการติดตั้งเซ็นเซอร์สองตัวหรือมากกว่าพร้อมกัน ให้บันทึกความแตกต่างของเวลาการมาถึง (TDOA) ของสัญญาณเสียงระหว่างตำแหน่งของเซ็นเซอร์ — ช่วยให้สามารถคำนวณตำแหน่งของแหล่งกำเนิดได้

ขั้นตอนที่ 4: การคำนวณตำแหน่งแหล่งที่มา

สำหรับเซ็นเซอร์สองตัวที่ตำแหน่งที่ทราบแล้วบนตัวเครื่อง CT:

$\Delta d = v_{oil} \times \Delta t$

ที่ไหน $\Delta t$ คือความแตกต่างของเวลาที่วัดได้ระหว่างการมาถึงและ $v_{น้ำมัน}$ คือความเร็วในการแพร่กระจายเสียงในน้ำมัน (1,450 เมตร/วินาที) แหล่งกำเนิดเสียงอยู่บนไฮเพอร์โบลาที่กำหนดโดยความแตกต่างของความยาวเส้นทางคงที่ $\Delta d$ — ด้วยเซ็นเซอร์สามตัวหรือมากกว่า จุดตัดของไฮเพอร์โบลาหลายเส้นจะให้ตำแหน่งของแหล่งกำเนิดแบบจุด.

สำหรับการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT) ที่มีรูปทรงภายในที่ทราบแน่ชัด ความแม่นยำของตำแหน่งแหล่งกำเนิดรังสีที่ ±20–50 มิลลิเมตร สามารถทำได้โดยใช้เซ็นเซอร์สามตัวและการวัด TDOA อย่างระมัดระวัง ซึ่งเพียงพอที่จะแยกแยะแหล่งกำเนิดประจุไฟฟ้า (PD) ที่ตำแหน่งรอยต่อของตัวนำแรงดันสูง (มีความสำคัญสูงสุด) รอยต่อของแกนกับฉนวน (มีความรุนแรงปานกลาง) และผนังถัง (มีความรุนแรงต่ำที่สุด).

สถานการณ์การใช้งาน

• การสำรวจประจำปีของกลุ่มหม้อแปลงไฟฟ้าในสถานีย่อยจ่ายไฟฟ้า: เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกสัมผัสที่ผนังถังด้านล่าง; การสำรวจแอมพลิจูดและสเปกตรัมของเซ็นเซอร์เดี่ยว; การเปรียบเทียบกับค่าพื้นฐานของกลุ่มถังทั้งหมด; ระบุ CTs ที่มีการเพิ่มขึ้น >6 dB จากค่าพื้นฐานสำหรับการสำรวจหลายเซ็นเซอร์ติดตามผล
• การประเมินสภาพฉนวน CT ที่ใช้งานมานาน (>20 ปี): การติดตั้งเซ็นเซอร์หลายชนิดพร้อมการวิเคราะห์ PRPD; การระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดด้วยวิธี TDOA; สอดคล้องกับผลการวิเคราะห์ก๊าซที่ละลาย; การตัดสินใจบำรุงรักษาโดยอาศัยหลักฐานทางอะคูสติกและเคมีร่วมกัน
• การประเมินฉนวนไฟฟ้าหลังเกิดข้อผิดพลาดด้วยคลื่นความต้านทานไฟฟ้า การสำรวจด้วยเซ็นเซอร์เดียวทันทีภายใน 30 วันหลังจากเกิดเหตุการณ์ความผิดปกติ; เปรียบเทียบกับค่าพื้นฐานก่อนเกิดความผิดปกติ; ระดับสัญญาณที่สูงขึ้นจะกระตุ้นให้มีการติดตามตรวจสอบอย่างเร่งด่วน
• มาตรฐานพื้นฐานใหม่สำหรับการติดตั้ง CT: การสำรวจแบบหลายเซ็นเซอร์เต็มรูปแบบในขั้นตอนการรับมอบงาน; บันทึกรูปแบบ PRPD เป็นข้อมูลอ้างอิง; เอกสารสเปกตรัมความถี่; ผลลัพธ์ถูกจัดเก็บในบันทึกการจัดการสินทรัพย์ CT เป็นข้อมูลพื้นฐานตลอดอายุการใช้งาน

วิธีการตีความสัญญาณการแผ่รังสีเสียงและการตัดสินใจบำรุงรักษาด้วยเทคนิค CT

กรอบการตีความสัญญาณ

การแปลสัญญาณ PD ทางเสียงต้องแยกแยะระหว่างสี่ประเภทของสัญญาณที่สร้างช่วงแอมพลิจูดที่ทับซ้อนกัน แต่มีสเปกตรัมความถี่ รูปแบบที่แยกเฟสได้ชัดเจน และผลกระทบต่อการรักษาที่แตกต่างกัน:

หมวดหมู่ 1: การปล่อยของว่างภายใน (วิกฤตที่สุด)

• ลักษณะทางเสียง: แรงกระตุ้นซ้ำที่ความถี่กำลังซ้ำ 2 เท่า (เกิดการคายประจุ 2 ครั้งต่อหนึ่งรอบแรงดัน — ครั้งหนึ่งในช่วงครึ่งรอบบวก และอีกครั้งในช่วงครึ่งรอบลบ); ความถี่สูงสุด 80–150 กิโลเฮิรตซ์; สัญญาณแรงกว่าเมื่อวัดด้วยเซ็นเซอร์สัมผัสมากกว่าเซ็นเซอร์แบบลอยในอากาศ
• รูปแบบ PRPD: กลุ่มสมมาตรที่ตำแหน่งเฟส 45° และ 225° (จุดสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าบวกและลบ); การกระจายแอมพลิจูดเป็นไปตามการแจกแจงแบบเกาส์เซียนภายในแต่ละกลุ่ม
• ผลกระทบต่อการบำรุงรักษา: การเสื่อมสภาพของฉนวนภายในที่ใช้งานอยู่ — กำหนดการเปลี่ยนใหม่ในการหยุดทำงานตามแผนครั้งถัดไป; เพิ่มความถี่ในการตรวจสอบเป็นรายเดือนจนกว่าจะเปลี่ยนใหม่

หมวดหมู่ 2: การปล่อยสารที่ติดตามได้ทางผิวหน้า (ความรุนแรงสูง)

• ลักษณะทางเสียง: รูปแบบการกระตุ้นไม่สม่ำเสมอ; มีความสัมพันธ์ของความถี่กำลังไฟฟ้าแต่ไม่สมมาตร; ความถี่สูงสุด 50–100 kHz; สัญญาณสามารถตรวจจับได้ทั้งบนเซ็นเซอร์สัมผัสและเซ็นเซอร์แบบลอยตัวในอากาศ
• รูปแบบ PRPD: กลุ่มที่ไม่สมมาตร — แข็งแรงกว่าในครึ่งรอบหนึ่งมากกว่าอีกครึ่งหนึ่ง; การกระจายแอมพลิจูดไม่สม่ำเสมอซึ่งบ่งบอกถึงพฤติกรรมของการปล่อยที่ไม่แน่นอน
• ผลกระทบต่อการบำรุงรักษา: การเสื่อมสภาพของฉนวนพื้นผิว — โดยทั่วไปเกิดขึ้นที่รอยต่อระหว่างปลอกกับหน้าแปลนหรือรอยต่อระหว่างแกนกับเรซิน; จำเป็นต้องเปลี่ยน; ห้ามเลื่อนการซ่อมแซมออกไปเกินกว่าการหยุดเดินเครื่องตามกำหนดครั้งถัดไป

หมวดหมู่ 3: โคโรนาภายนอก (ความรุนแรง CT ต่ำ)

• ลักษณะทางเสียง: เสียงฟู่ต่อเนื่องแทนที่จะเป็นแรงกระตุ้นเป็นช่วง ๆ; สัญญาณทางอากาศแรง; สัญญาณสัมผัสอ่อนหรือไม่มี; ความถี่สูงสุด 20–50 กิโลเฮิรตซ์
• รูปแบบ PRPD: มีความเข้มข้นที่จุดข้ามศูนย์แรงดันไฟฟ้า (90° และ 270°) การกระจายแอมพลิจูดมีความสม่ำเสมอมาก
• ผลกระทบต่อการบำรุงรักษา: โคโรนาภายนอกจากตัวนำที่อยู่ติดกัน ฉนวน หรืออุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ — ไม่พบการเสื่อมสภาพของฉนวน CT; ตรวจสอบและแก้ไขแหล่งที่มาของโคโรนาภายนอก; ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน CT

หมวดหมู่ที่ 4: การสั่นสะเทือนทางกลและการรบกวน (ไม่มี PD)

• ลักษณะทางเสียง: สัญญาณต่อเนื่องที่ความถี่ไฟฟ้าและฮาร์มอนิก (50 Hz, 100 Hz, 150 Hz); ไม่มีความสัมพันธ์กับเฟสของแรงดันไฟฟ้า; สัญญาณปรากฏบนเซ็นเซอร์สัมผัสแต่ไม่สัมพันธ์กับเฟส
• รูปแบบ PRPD: การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในทุกมุมเฟส — ไม่มีความสัมพันธ์ของเฟส
• ผลกระทบต่อการบำรุงรักษา: การสั่นสะเทือนเชิงกลจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก, ชิ้นส่วนหลวม, หรือแหล่งกำเนิดเชิงกลภายนอก — ไม่ใช่สัญญาณ PD; ไม่มีความกังวลเกี่ยวกับฉนวน; ตรวจสอบแหล่งกำเนิดเชิงกลหากระดับการสั่นสะเทือนสูงขึ้น

แผนผังการตัดสินใจการบำรุงรักษา

ความสัมพันธ์กับวิธีการวินิจฉัยเสริม

การตรวจจับ PD ทางเสียงให้การวินิจฉัยภาคสนามที่สามารถนำไปปฏิบัติได้มากที่สุด — แต่ข้อสรุปจะมีความน่าเชื่อถือมากขึ้นเมื่อมีการเปรียบเทียบกับวิธีการเสริม:

• การวิเคราะห์ก๊าซที่ละลาย (DGA): การผลิตไฮโดรเจน (H₂) และมีเทน (CH₄) ในหม้อแปลงไฟฟ้าที่แช่น้ำมันยืนยันการเกิดการเสื่อมสภาพแบบพารามิเตอร์ (PD) ที่กำลังดำเนินอยู่; การเกิดอะเซทิลีน (C₂H₂) บ่งชี้การเกิดอาร์คที่มีพลังงานสูง; ความสัมพันธ์ระหว่างการเพิ่มขึ้นของระดับสัญญาณเสียงกับการอัตราการผลิตก๊าซ DGA ยืนยันแหล่งกำเนิดการปล่อยภายใน
• การถ่ายภาพความร้อน (อินฟราเรด): จุดร้อนบนพื้นผิวของโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่ตรวจพบด้วยเครื่องเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT) บ่งชี้ถึงการเกิดความร้อนต้านทานจากเส้นทางกระแสลัดวงจรที่ติดตาม; การสัมพันธ์กับสัญญาณเสียงที่ตำแหน่งเดียวกันยืนยันถึงกิจกรรมการลัดวงจรบนผิวหน้า
• การวัดค่าการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้า (IEC 60270): ให้การวัดประจุที่ปรับเทียบแล้วในหน่วย pC — จำเป็นสำหรับการประเมินความรุนแรงที่ชัดเจน; ดำเนินการในระหว่างการหยุดทำงานตามแผนโดยที่ CT ถูกตัดพลังงานและสามารถเข้าถึงวงจรทุติยภูมิได้

ข้อผิดพลาดในการตีความที่พบบ่อย

• การระบุสัญญาณเสียงที่สูงขึ้นทั้งหมดว่าเกิดจาก PD ภายใน: โคโรนาภายนอกจากฮาร์ดแวร์ที่อยู่ใกล้เคียงเป็นแหล่งที่มาที่พบบ่อยที่สุดของสัญญาณบ่งชี้การเกิด PD ทางเสียงที่ผิดพลาดในสถานีจ่ายไฟฟ้า; ควรเปรียบเทียบสัญญาณจากเซ็นเซอร์สัมผัสและเซ็นเซอร์อากาศเสมอ ก่อนสรุปว่ามี PD ภายในเกิดขึ้น
• การตัดสินใจทดแทนโดยอาศัยเพียงค่าความสูงของการวัดครั้งเดียว: การอ่านค่าความสูงของคลื่นเพียงครั้งเดียวโดยไม่มีการวิเคราะห์รูปแบบ PRPD, การเปรียบเทียบสเปกตรัมความถี่, และการสัมพันธ์กับค่าฐานไม่เพียงพอที่จะเป็นหลักฐานสำหรับการตัดสินใจแทนที่; การประเมิน PD ทางเสียงต้องการชุดข้อมูลลักษณะสัญญาณที่สมบูรณ์
• การเพิกเฉยต่อสัญญาณเสียงที่ต่ำกว่า “เกณฑ์เตือนภัย”: การเสื่อมสภาพของฉนวนแบบค่อยเป็นค่อยไปจะส่งผลให้ระดับสัญญาณเสียงเพิ่มขึ้นอย่างช้า ๆ ตลอดระยะเวลาหลายเดือนถึงหลายปี; สัญญาณที่วันนี้สูงกว่าค่าพื้นฐาน 3 dB และสูงกว่าค่าพื้นฐาน 4 dB ในการสำรวจครั้งถัดไปนั้น ถือว่าน่ากังวลมากกว่าสัญญาณที่สูงกว่าค่าพื้นฐาน 6 dB แต่มีค่าคงที่ — การเปลี่ยนแปลงแนวโน้มให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์มากกว่าค่าในระดับสัมบูรณ์
• การดำเนินการสำรวจ PD แบบอะคูสติกทันทีหลังจากการเกิดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวหรือเหตุการณ์การสวิตช์: การสลับการทำงานจะสร้างสัญญาณเสียงที่สามารถคงอยู่ได้นานหลายนาทีในเครื่อง CT ที่แช่น้ำมัน; อนุญาตให้เริ่มการวัด PD ทางเสียงได้หลังจากเสร็จสิ้นการสลับการทำงานอย่างน้อย 30 นาที

สรุป

การตรวจจับการปลดปล่อยเสียงอะคูสติกบางส่วนเป็นเทคนิคการตรวจสอบสภาพที่สามารถนำไปใช้ได้จริงมากที่สุดสำหรับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (CT) ที่ติดตั้งในระบบจ่ายไฟฟ้า — ไม่จำเป็นต้องหยุดระบบ ไม่ต้องการการเข้าถึงวงจรทุติยภูมิ ไม่ต้องการโครงสร้างพื้นฐานพิเศษในสถานีย่อย และไม่ต้องดัดแปลงหม้อแปลงหรือวงจรที่เชื่อมต่อคุณค่าของเทคนิคนี้ไม่ได้อยู่ที่การตรวจจับ PD ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งเพียงครั้งเดียว — แต่อยู่ที่การสร้างค่าพื้นฐานสำหรับ CT แต่ละตัวในฟลีต การติดตามระดับสัญญาณเสียงในระหว่างการวัดต่อเนื่อง และการใช้รูปแบบที่แยกเฟสได้และสเปกตรัมความถี่เพื่อแยกแยะการปล่อยของว่างภายในที่ต้องการการเปลี่ยนอย่างเร่งด่วนจากโคโรนาภายนอกที่ไม่ต้องการการแทรกแซงของ CT. ในการจัดการกองรถ CT สำหรับการจ่ายพลังงาน การตรวจจับการปลดปล่อยบางส่วนด้วยเสียงสะท้อนเป็นการลงทุนในการบำรุงรักษาที่เปลี่ยนการตอบสนองต่อความล้มเหลวของ CT แบบเชิงรับ — การเปลี่ยนฉุกเฉินหลังจากการแตกของฉนวนที่ไม่คาดคิด — เป็นการจัดการสินทรัพย์แบบวางแผน ซึ่งสามารถระบุ CT ที่เสื่อมสภาพได้หลายเดือนก่อนความล้มเหลวและเปลี่ยนในช่วงเวลาหยุดทำงานตามกำหนดโดยไม่ต้องเสี่ยงต่อความปลอดภัย การหยุดการป้องกัน และค่าใช้จ่ายในการจัดซื้อฉุกเฉินจากความล้มเหลวของ CT ที่ไม่ได้วางแผน.

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการตรวจจับเสียงจากการคายประจุบางส่วนในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ CT

1. เข้าใจเทคโนโลยีพื้นฐานของเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกที่ใช้ในการตรวจสอบเสียงความถี่สูง. ↩

2. สำรวจลักษณะเฉพาะของความถี่อัลตราโซนิกที่เกิดจากเหตุการณ์การคายประจุไฟฟ้า. ↩

3. เข้าถึงมาตรฐาน IEC 60270 อย่างเป็นทางการสำหรับการวัดการคายประจุไฟฟ้าบางส่วนแบบดั้งเดิม. ↩

4. เรียนรู้วิธีการวิเคราะห์ก๊าซที่ละลายน้ำเพื่อระบุการเสื่อมสภาพของฉนวนผ่านตัวบ่งชี้ทางเคมีในน้ำมัน. ↩

5. คู่มือโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการตีความรูปแบบการปลดปล่อยประจุบางส่วนแบบแยกเฟสเพื่อวัตถุประสงค์ในการวินิจฉัย. ↩