ブランドの強化された部分放電監視ガス絶縁開閉装置

• ガス絶縁開閉装置 (地理情報システム) 高電圧コンポーネントを密閉された場所に集中させます, SF₆ で満たされたコンパートメントでは、軽微な絶縁欠陥であっても、修理に非常に長い時間がかかる致命的な故障に発展する可能性があります。 部分放電監視の強化 オプションではなく必須.
• UHF (超高周波) 検出 で 300 MHz–3 000 金属製の筐体が自然の電磁シールドとして機能するため、MHz 帯域は GIS に推奨される方法です。, この環境では他の PD 検出技術が匹敵できない優れた S/N 比を提供します.
• 最新の GIS PD モニタリング システム 5 PC感度, 4– 6 つの取得チャンネル, そして 3D PRPDパターン分析 コロナを識別して分類できる, 表面, 空所, 浮遊電位放電 – 生の信号を実用的なメンテナンスの決定に変える.
• シームレス SCADAの統合 IEC経由 61850, Modbusの, DNP3 は、GIS 絶縁健全性データを変電所自動化レイヤーに埋め込みます, フリート規模での状態ベースのメンテナンスを可能にする.

目次

1. GIS が部分放電モニタリングに異なるアプローチを要求する理由
2. ガス絶縁開閉装置内でPDが発生するしくみ ― 故障のメカニズム
3. UHF が GIS 部分放電の優れた検出方法である理由
4. 強化された GIS PD モニタリング システムのコア アーキテクチャ
5. 検出性能を決めるUHFセンサーの仕様
6. マルチチャネル収集ホスト — 技術パラメータ
7. PRPD パターン分析 — GIS での放電タイプの特定
8. バックエンド ソフトウェアと SCADA の統合
9. GIS 環境のインストールと展開に関する考慮事項
10. GIS PD モニタリング システムの選び方 — 選択基準
11. よくあるご質問 (FAQ)

1. なぜ GIS は部分放電監視に異なるアプローチを要求

ガス絶縁開閉装置は、単に異なるパッケージ内の変圧器やケーブルではなく、根本的に異なる監視の課題を提示します。. すべてのアクティブコンポーネント - バスバー, サーキットブレーカー, 断路器, 変流器, およびブッシング — 加圧SF₆ ガスが充填された接地された金属製ハウジング内に密閉されています。. この密閉構造により目視検査が不要になります, 外部センサーへの直接的な音響結合を防止します, 従来のIECを作成します 60270 電気的なPD測定は現場では非現実的.

同時に, GIS で検出されなかった絶縁欠陥の影響は不釣り合いに深刻です. 単一コンパートメントの故障では、交換部品が特注で製造され、ガスの処理が行われるため、数か月の修理が必要となる場合があります。, 分解, 再試運転プロセスは複雑で時間がかかります. 送電電圧GISの場合 110 kV, 220 kV, 又は 500 kV, 結果として生じる機能停止は、地域全体の送電網の安定性に影響を与える可能性があります. 限られた検査可能性と高い故障結果の組み合わせがまさにその理由です。 強化されたオンライン部分放電監視 世界中の GIS 設置の標準要件となっています.

2. ガス絶縁開閉装置内でPDが発生するしくみ ― 故障のメカニズム

GIS 内の部分放電は、SF6 ガスまたは固体絶縁スペーサーの絶縁耐力を超える局所的な電界集中によって引き起こされます。. GIS PD イベントの大部分は 4 つの根本原因で説明されます.

遊離金属粒子 — 製造中に残された小さな導電性の破片、または接点の機械的摩耗によって生成された小さな導電性の破片 — が GIS における PD の最も一般的な原因です. これらの粒子は静電気力の下で移動する可能性があります, スペーサー表面に定着する, または高電界領域に閉じ込められる, コロナまたは表面放電の発生. スペーサー表面の汚れ, 湿気によるものなのか, 塵, または残留物の処理, 表面フラッシュオーバー電圧を低減し、固体と気体の界面に沿って追跡放電を開始します。. ボイドまたは層間剥離 キャスト樹脂スペーサー内にガスポケットが形成され、周囲の固体よりも絶縁破壊電圧が低くなります。, 繰り返しの内部放電につながる. 浮遊金属部品 — 盾, 電極, または電気的接続を失ったボルト - 容量結合を通じて不定の電位を獲得し、隣接する接地または通電した構造物に対して高エネルギー放電を引き起こします。.

これらの各メカニズムは、適切に設計された UHF 監視システムが検出できる明確な電磁信号を生成します。, 分類する, 経時的に追跡する.

3. UHF が GIS 部分放電の優れた検出方法である理由

いくつかの PD 検出方法が存在します - 電気的 (IECの 60270), 音響放射, 過渡接地電圧 (TEV), および UHF — しかし、GIS 操作の物理学では圧倒的に UHF が有利です。 UHFアプローチ 永続的なオンライン監視用.

GIS区画内で部分放電パルスが発生した場合, 広い周波数スペクトルにわたって電磁エネルギーを放射します。. GIS の金属製筐体は導波管として機能します, UHF信号を許可します 300 MHz–3 000 MHz 比較的低い減衰でバスダクトに沿って効率的に伝播する範囲. 重大, 同じ金属製の筐体が、UHF センサーを外部の電磁干渉 (ラジオ放送) から保護します。, スイッチング過渡現象, 架空線からのコロナ — 変電所環境における低周波検出方法を圧倒する可能性があります. この自然なシールド効果により、UHF 検出には、GIS 内で他の方法では再現できない固有の信号対雑音比の利点が得られます。.

比較すると, TEV センサーは、エンクロージャの外側表面の過渡電圧を測定します. 持ち運び可能なスポットチェックに便利ですが、, TEV は内部欠陥に対する感度が低い, PD タイプを確実に区別できない, 外部ノイズの影響を受けやすくなります. 音響センサーは、金属で囲まれたガス内部の多重反射と減衰経路に悩まされています。. IEC 60270 電気的方法, 実験室環境では非常に正確ですが, カップリング コンデンサが必要ですが、運用中の GIS に後付けするのは現実的ではありません. 連続用, GISの設置監視, UHF が技術的な選択であることは明らかです.

4. 強化された GIS PD モニタリング システムのコア アーキテクチャ

完全な GIS PD モニタリング インストールは 3 つの層で構成されます: フィールドセンサー, 集中取得および処理ホスト, バックエンド診断ソフトウェア. このアーキテクチャは、各層が特定の機能を実行し、次の層とシームレスに通信するように設計されています。.

UHFセンサー GIS 上の戦略的なポイント (通常はスペーサー ジョイント) に設置されます, ケーブル終端, PD が発生する可能性が最も高いブッシング境界面. 各センサーは、放電イベントによって生成される電磁放射を捕捉し、同軸ケーブルを介して信号を監視ホストに送信します。. ザ 取得ホスト, 2Uラックマウントエンクロージャに収納, 複数のセンサーから信号を同時に受信します, 高速デジタル化と信号調整を実行します (復調, ノイズリダクション, 増幅), 放電の大きさを含む主要な PD パラメータを計算します, 位相角, そしてリピート率. 次に、ホストは処理されたデータをイーサネット経由でホストに送信します。 バックエンド ソフトウェア プラットフォーム, リアルタイムの視覚化を提供します, PRPDパターン分析, アラーム管理, 歴史的なトレンド, 変電所SCADAシステムとの統合.

5. 検出性能を決めるUHFセンサーの仕様

センサーは検出チェーンの最初で最も重要なリンクです. その仕様は、システムが初期の PD を検出できるか、それとも高度な障害のみを検出できるかを直接決定します。. 以下の表は、GIS アプリケーション向けに特別に設計された高性能 UHF センサーの主要なパラメーターの詳細を示しています。.

パラメーター	仕様	なぜそれが重要なのか
監視周波数帯域	300 – 3 000 MHz	GIS PD信号が金属筐体内で最も効率的に伝播するUHF範囲全体をカバーします。
感度	5 PC	非常に小さな初期放電を​​、有害なレベルにまで拡大する前に検出します。
インピーダンスマッチング	50 おお	標準の RF インピーダンスにより、反射損失を最小限に抑えながら、センサーから同軸ケーブルへの最大の電力伝送が保証されます。
VSWR (電圧定在波比)	≤ 2	低い定在波比により効率的な信号伝送が保証されます; VSWR が高くなると、信号の劣化と測定誤差が発生します。
指向性	全方向性	すべての方向で感度が等しいため、設置時に正確な角度調整が不要になります。
出力インターフェース	N型RFコネクタ	業界標準のコネクタにより信頼性が向上, 低い接触抵抗で再現可能な接続
同軸ケーブルの長さ	標準 10 m (カスタマイズ可能な)	GIS と監視キャビネット間の一般的な距離に対応; 大規模な設置にカスタム長も利用可能
動作温度	-40 ℃～ +85 °C	北極の変電所から砂漠環境まで、極端な気候での導入をサポート 50 °C
耐湿性	≤ 95 % RHの	高温多湿が続く熱帯および沿岸地域向けに評価されています

の組み合わせ 5 pC 感度および VSWR ≤ 2 特に重要です. 感度によって、システムが検出できる最小の放電が決まります。; VSWR は、ケーブルに沿って反射されることなく実際に収集ホストに到達する信号の量を決定します。. 高い感度を備えているが、VSWR が低いシステムでは、検出された信号のかなりの部分が伝送中に失われます。, 感度の利点を効果的に無効にする.

6. マルチチャネル収集ホスト — 技術パラメータ

取得ホストはシステムの処理コアです, デジタル化を担当, コンディショニング, 接続されているすべてのセンサーからの信号を分析します. 以下の表は、監視ホストユニットの主要な仕様を示しています。.

パラメーター	仕様
監視頻度	300 – 3 000 MHz
チャンネル数	4 又は 6 (選択可能)
通信インターフェース	RJ45イーサネット + RS-485
サポートされているプロトコル	Modbus RTU / TCP, IECの 61850, DNP3の
電源	交流 90 – 240 V, 50/60 ヘルツ
囲い	2Uラックマウント (483 mm× 89 mm× 300 ミリメートル)
キャビネットの保護等級	IP54
信号処理	復調, 分離, ノイズリダクション, 増幅, 高速取得, マルチサイクル定期測定
診断出力	最大放電規模, 平均放電規模, 放電頻度, 3D PRPD パターン, 傾向統計

次の間の選択 4 そして 6 チャネルは GIS 構成に依存します. 3 つのコンパートメントを持つシングルベイ GIS は 4 チャネルのホストで完全にカバー可能, 一方、拡張されたバスセクションまたはダブルバス構成では、6 チャンネルユニットの追加容量の恩恵を受けることができます。. モジュール式チャネル アーキテクチャは、ホスト ハードウェアを交換することなく、最初は少ないセンサーでシステムを導入し、後で拡張できることも意味します。.

7. PRPD パターン分析 — GIS での放電タイプの特定

部分放電の発生を検出することは最初のステップにすぎません. 本当の診断価値は、次のことを特定することにあります。 どのようなタイプですか 放電のことです, それぞれのタイプが異なる欠陥メカニズムを暗示しているため、, 異なる重症度の軌跡, そして別のメンテナンス対応.

位相分解部分放電 (PRPD) 分析では、検出された各 PD パルスを 3 次元座標系にマッピングすることでこれを実現します。: 縦軸は放電の大きさ, 横軸の電力周波数サイクルの位相角, パルス密度は色または高さで表されます. 数百回以上の電源サイクル, それぞれの放電タイプが特徴的なパターンを構築します.

自由粒子からのコロナ 通常、1 つの極性の電圧ピーク付近に集中します。, 比較的低くて均一な大きさ. スペーサ上の沿面放電 広い位相範囲に広がる非対称パターンを生成します, 汚染が悪化するにつれて規模が大きくなる. 内部ボイドの排出 スペーサー材料内で両方の半サイクルで対称パターンを生成します, 印加電圧によって大きさがほとんど変化せず、比較的安定した大きさ. 浮遊電位放電 密集したものを作成する, 浮動コンポーネントの容量結合が負荷または温度によって変化するにつれて位相位置がシフトする高振幅クラスター.

監視ソフトウェアは、測定された PRPD パターンを既知の GIS 放電痕跡の専門データベースと比較します。. 一致するものが見つかった場合, システムは、予想される放電の種類と推奨されるアクションを報告します。たとえば、, “コンパートメントB3で遊離金属粒子が検出されました; 次回の計画停電時に検査を推奨する” — 複雑な電磁測定を明確なメンテナンス指示に変換します.

8. バックエンド ソフトウェアと SCADA の統合

バックエンド ソフトウェア プラットフォームは、変電所の制御室のコンピュータまたはマルチサイト展開の集中サーバー上で実行されます。. 4 つのコア機能を提供します: 3D PRPD 視覚化によるリアルタイム監視, 履歴データのクエリと傾向分析, 設定可能なしきい値によるマルチレベルのアラーム管理, メンテナンス計画と規制遵守のための自動レポート生成.

変電所自動化レイヤーへの統合用, 監視ホストがサポートする IECの 61850, Modbus RTU/TCP, そして DNP3の ネイティブ — 外部プロトコルコンバータは必要ありません. 主要なデータポイント — リアルタイムの PD の大きさ, アラームステータスフラグ, および診断分類コード - SCADA システムに送信されます, バス電圧などの従来の測定と併せて、通信指令員に GIS 絶縁の状態を即座に確認できるようにします。, 負荷電流, およびSF6ガス圧力. この統合により、 状態ベースのメンテナンス フリート規模で: 固定カレンダーのスケジュールに従ってすべての GIS コンパートメントを検査するのではなく, 保守要員は、監視システムが進行中の PD または進行中の PD を特定した特定の区画に誘導されます。.

9. GIS 環境のインストールと展開に関する考慮事項

GIS PD モニタリング システムは、GIS を停止する必要がなく、運用中の機器に後付けで設置できるように設計されています。. UHF センサーは、GIS エンクロージャ上の指定されたアクセス ポイント (通常はスペーサー フランジ) に取り付けられます。, 検査ハッチ, または GIS メーカーが提供する専用センサー ポート. 同軸ケーブルはセンサーから監視キャビネットまで配線されます。, スタンドアロンの IP54 定格エンクロージャまたは既存のリレー ルーム内のパネルにすることができます。.

信頼性の高いパフォーマンスを得るには、いくつかの設置方法が重要です. 同軸ケーブルは、信号品質を低下させるインピーダンスの不連続を防ぐために、最小曲げ半径を維持する必要があります。. 電磁結合を最小限に抑えるために、ケーブルのルートは高電圧バスバーまたは電力ケーブルと並行することを避ける必要があります。. すべての機器の接地接続を確認する必要があります, 接地が不十分だと、PD 信号を模倣するノイズが発生する可能性があるため. 物理的な設置後, ベースライン測定は、通常のサービスで GIS を使用して記録する必要があります。このベースラインは、将来のすべての測定を比較する基準になります。.

1 つの GIS ベイを 3 ～ 4 個のセンサーでカバーする一般的な設置, 1 つの取得ホスト, バックエンド ソフトウェアはコミッショニングを含めて 1 ～ 2 週間で完了します, キャリブレーション, およびオペレータートレーニング.

10. GIS PD モニタリング システムの選び方 — 選択基準

市場には、ポータブルスポットチェック機器から完全な継続監視プラットフォームに至るまでの製品が含まれています. 次の基準は、購入者が適切なソリューションを特定の GIS 資産に適合させるのに役立ちます.

感度とVSWR

センサー感度を指定します 5 pC 以上かつ VSWR ≤ 2. これら 2 つのパラメータによって、現実世界の検出能力が決まります。. 記載されている優れた感度を備えたセンサーですが、VSWR は次のとおりです。 3 以上の場合、信号が収集ホストに到達する前に信号の大部分が失われます。.

周波数カバレッジ

フル 300–3 000 MHz UHF 帯域をカバーする必要があります. 一部の低コスト システムは狭いサブバンドでのみ動作します, そのウィンドウ外の周波数で現れる PD シグネチャを見逃す可能性があります.

チャネル数と拡張性

選択可能なシステムを選択してください 4- または 6 チャンネル機能と、ホストユニットを交換せずにセンサーとチャンネルを追加できるモジュラーアーキテクチャ. これにより、GIS のインストールが拡大しても初期投資が保護されます。.

診断インテリジェンス

システムは、専門家データベースとの自動パターンマッチングを備えた 3D PRPD パターン表示を提供する必要があります。. 放電タイプの分類を行わずに生の信号振幅のみを報告するシステムは、検出は提供しますが、診断は提供しません。診断は、効果的なメンテナンスの決定を促進するものです。.

プロトコルの互換性

変電所にすでに導入されている通信プロトコルのネイティブ サポート - IEC 61850, Modbus RTU/TCP, または DNP3 — 外部コンバータの追加によるコストと信頼性のリスクを回避します.

環境評価

センサーは設置場所の温度と湿度の全範囲に対して定格が定められている必要があります. 極端な気候における屋外 GIS 変電所向け, センサーの動作を確認する -40 ℃～ +85 °C および少なくとも IP54 のキャビネット保護.

ベンダーの実績

同等の GIS 構成および電圧クラスでのリファレンス設置をリクエストする. 全社にわたる実証済みのインストールベースを持つベンダー 110 kV, 220 kV, そして 500 kV GIS は、システムの信頼性と技術サポート能力に大きな信頼をもたらします.

11. よくあるご質問 (FAQ)

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免責事項: この記事で提供される情報は、一般的な教育および参考のみを目的としています。. フジンノ (www.fjinno.net) いかなる保証も行いません, 明示的または暗黙的, 完成度に関しては, 精度, またはコンテンツの特定のプロジェクトまたはインスタレーションへの適用可能性. ここで参照される技術仕様は典型的な値を表しており、GIS のタイプによって異なる場合があります, センサーの配置, そして現場環境. エンジニアリング上の決定は常に、IEC を含む適用される規格に従って、資格のある専門家によって実施される現場固有の評価に基づいて行われるべきです。 62478, IECの 61850, およびローカルグリッドコード. サードパーティメーカーの製品名はそれぞれの所有者の商標であり、情報提供のみを目的として記載されています。. FJINNOは、この情報の使用または信頼から生じるいかなる損失または損害についても責任を負いません。.

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