بر اساس IEC 60034-27
عمومی
یک چالش مهم با اندازه‌گیری آنلاین تخلیه جزئی (PD)، جداسازی PD سیم پیچ استاتور از نویز یا اختلالات الکتریکی و همچنین خوشه‌بندی سیگنال با توجه به منابع PD خاص است. برخلاف تست‌های PD آفلاین که به درستی تنظیم شده‌اند، در اکثر تست‌های آنلاین پالس‌های اختلال الکتریکی اغلب وجود دارند، و این پالس‌های اختلال ممکن است فراوان‌تر و بزرگ‌تر از پالس‌های PD سیم‌پیچ استاتور باشند، همچنین سیگنال‌ها ممکن است به ولتاژ فرکانس برق AC قفل فاز شود.
اگر اختلالات به اندازه کافی سرکوب نشوند، یا تکنسین تست نتواند به اندازه کافی اختلال و PD را از استاتور تشخیص دهد، خطر بزرگی وجود دارد که اختلال به عنوان PD استاتور طبقه بندی شود. در نتیجه، ممکن است استاتور آزمایش شده به عنوان مورد دارای مشکلات جدی عایقی معرفی شود، در حالی که در واقع ممکن است عایق در شرایط خوبی باشد. اگر نشانه های “مثبت کاذب” بیش از حد اتفاق بیفتد، اعتماد به آزمایش از بین می رود و آزمایش های آینده ممکن است به طور معمول انجام نشود و مزیت آزمایش PD آنلاین از بین برود.
منابع نویز و اختلالات
مطابق با IEC 60034-27-1، نویز به عنوان سیگنال های سیم پیچ غیراستاتوری تعریف می شود که به وضوح پالس نیستند. نویز ممکن است به دلیل دستگاه های الکترونیکی درون خود سیستم تشخیص PD باشد، به عنوان مثال نویز حرارتی از دستگاه های نیمه هادی. نویز همچنین می‌تواند از ایستگاه‌های رادیویی، فرستنده‌های رادیویی، تلفن‌های همراه، سیگنال‌های حامل خط برق و غیره باشد. این نویز به راحتی از سیگنال‌های پالس مانند به صورت بصری بر روی نمایشگر اسیلوگرافی یا با استفاده از فیلترها جدا می‌شود. بنابراین از آن گذر می کنیم.
اختلالات پالس های الکتریکی با مدت زمان نسبتاً کوتاهی هستند که ممکن است بسیاری از ویژگی های پالس های PD سیم پیچ استاتور را داشته باشند – اما در واقع PD سیم پیچ استاتور نیستند. اختلالات را می توان به دو گروه تقسیم کرد: در محدوده فرکانس پایین تر ترجیحاً به عنوان سیگنال های الکتریکی از طریق هادی های فلزی پخش می شوند و در محدوده فرکانس بسیار بالا عمدتاً اختلالات بی سیم را به صورت امواج الکترومغناطیسی توزیع می کنند. برخی از این اختلالات با چرخه AC هماهنگ می شوند و برخی دیگر اینگونه نیستند. گاهی اوقات پالس‌های اختلال همزمان می‌توانند بر اساس موقعیت آنها نسبت به زاویه فاز AC سرکوب شوند.
نمونه هایی از اختلالات همزمان عبارتند از:
الف) تخلیه های جزئی ناشی از به عنوان مثال. رسوب دهنده های الکترواستاتیک یا تخلیه بوشینگ.
ب) عملکرد ابزار برقی مانند جوشکاری قوس الکتریکی و جرقه کموتاتور (همچنین ممکن است غیرهمگام باشد).
ج) موارد گذرا ناشی از الکترونیک قدرت، به عنوان مثال موتورهای تغذیه مبدل یا سیستم های تحریک. (این اختلال ممکن است با چرخه AC همگام نباشد.)
د) اتصالات الکتریکی ضعیف (منجر به جرقه تماس) روی باس یا کابل اتصال ماشین الکتریکی دوار به سیستم قدرت.
ه) اتصالات الکتریکی ضعیف در نقاط دیگر نیروگاه که منجر به جرقه زنی تماسی می شود.
و) PD در سایر دستگاه‌های متصل به پایانه‌های موتور یا ژنراتور، به عنوان مثال، باس خروجی، کابل برق، تابلو برق و یا ترانسفورماتور.
ز) منابع قوس یا جرقه در موتور یا ژنراتور، مانند جرقه زدن لایه لایه هسته استاتور.
نمونه هایی از اختلالات غیرهمگام عبارتند از:
ح) عملکرد ابزار برقی (جوشکاری قوس الکتریکی و جرقه زدن کموتاتور). (گذرا ناشی از الکترونیک قدرت، به عنوان مثال موتورهای تغذیه مبدل یا سیستم های تحریک استاتیک.)
ط) جرقه زدن حلقه لغزشی روی روتور دستگاه.
ی) جرقه زدن ریل برق جرثقیل سقفی.
همه این اختلالات پالس های الکتریکی ایجاد می کنند که افراد بی احتیاط ممکن است با PD سیم پیچ استاتور اشتباه بگیرند. با اختلالات (د، ه، و، ز)، اپراتور معمولاً می خواهد بداند که آیا چنین فعالیتی رخ می دهد یا خیر، زیرا ممکن است مشکلات دیگری (فرای مشکلات عایق استاتور) را نشان دهد که ممکن است منجر به خرابی تجهیزات شود. بنابراین، برخی از کاربران ممکن است این نمونه ها را به عنوان یک اختلال طبقه بندی نکنند، بلکه به عنوان سیگنال هایی که باید شناسایی شوند، طبقه بندی کنند.
برای کاهش خطر نشانه‌های نادرست وضعیت عایق سیم‌پیچ استاتور، روش‌های زیادی برای کمک به کاربران برای جدا کردن PD سیم‌پیچ استاتور از اختلالات به صورت دستی و یا خودکار ایجاد شده است.
روش‌های تفکیک سیگنال و تشخیص الگو را می‌توان برای شناسایی منابع PD و همچنین جداسازی PD از نویز و اختلالات استفاده کرد. برخی از تکنیک های رایج مورد استفاده در اینجا توضیح داده شده است.
جداسازی دامنه فرکانس
اگر حسگر PD در نزدیکی منبع PD باشد، تبدیل فوریه یک پالس PD منفرد حاوی فرکانس‌هایی از DC تا چند صد مگاهرتز خواهد بود. بسیاری از انواع اختلالات پالس ایجاد می کنند، اما محتوای فرکانس پالس ها در سنسور PD ممکن است کمتر از سیم پیچ استاتور PD باشد. به عنوان مثال، جرقه ناشی از تماس های الکتریکی ضعیف یا PD در دستگاه های دیگر که از دستگاه تحت آزمایش دور هستند، اغلب فرکانس هایی تا چند مگاهرتز ایجاد می کند. بنابراین، یکی از روش‌های جداسازی PD از اغتشاشات، استفاده از فیلترهای آنالوگ یا دیجیتال است که ترجیحاً به پالس‌ها در محدوده فرکانسی خاص پاسخ می‌دهند.
سیستم اندازه‌گیری PD (حسگر و الکترونیک تشخیص) به‌عنوان فرکانس قطع پایین‌تر و فرکانس قطع بالا توصیف خواهد شد. محدوده فرکانس معمولی برای سیستم‌های اندازه‌گیری PD آنلاین طبق بند 6 در محدوده فرکانس بالا (HF: 3 مگاهرتز تا 30 مگاهرتز)، در محدوده فرکانس بسیار بالا (VHF: 30 مگاهرتز تا 300 مگاهرتز) یا در محدوده فرکانس فوق‌العاده است. دامنه فرکانس بالا (UHF: 300 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز). هنگام استفاده از سیستم‌های اندازه‌گیری در محدوده فرکانس پایین (LF: زیر 3 مگاهرتز)، فرکانس‌های پایین‌تر در معرض تأثیر قابل‌توجه حامل خط برق، سوئیچینگ موتور تغذیه‌شده مبدل و اختلالات سیستم تحریک قرار می‌گیرند که باید سرکوب شوند.
به طور کلی، هرچه فرکانس قطع بالای سیستم تشخیص PD بیشتر باشد، نسبت سیگنال به نویز بیشتر خواهد بود و بنابراین خطر نشانه های نادرست کمتر خواهد بود. با این حال، هرچه فرکانس برش پایین‌تر باشد، احتمال تشخیص PD که از سنسور دور است، کمتر می‌شود. منابع PD که بزرگی سیگنال بیشتری تولید می کنند معمولاً به میدان الکتریکی بالاتری نیاز دارند تا در مورد منابع PD داخلی راه اندازی شوند. به همین دلیل است که معمولاً فعالیت PD بیشتر در نزدیکی ترمینال ولتاژ بالا مشاهده می شود. با این حال، سایر پدیده های جرقه و قوس، که ممکن است به طور قابل توجهی به عایق آسیب برساند، می تواند توسط دستگاه های اندازه گیری PD نیز تشخیص داده شود و می تواند در سراسر سیم پیچ حتی در مکان های با پتانسیل کم نزدیک به خنثی رخ دهد.
دستگاه آنالایزر آنلاین تخلیه جزئی
(ویژه تست تخلیه جزئی ژنراتور ها)
کالیبراتور CAL 2n – نرم افزار TESLA PD V1.4.1 راهنمای کاربری و آنالیز اطلاعات –
پهنای باند 20 کیلو هرتز تا 20 مگاهرتز – شامل تمام پترن های PRPD، TW ،PSA –
سرعت نمونه برداری 100MSPS با رزولوشن 10 تا 12 بیت
جداسازی دامنه زمانی
در برخی از سیستم‌های نظارت بر خط PD، منابع مختلف PD و همچنین نویز و PD بر اساس ویژگی‌های حوزه زمانی از اغتشاشات جدا می‌شوند. دو نوع سیستم جداسازی حوزه زمانی به کار گرفته شده است:
– تجزیه و تحلیل شکل نبض
– زمان رسیدن نبض
هر دو نوع فقط با یک سیستم تشخیص پهنای باند بالا قابل استفاده هستند.
تجزیه و تحلیل شکل پالس، قیاس حوزه زمانی فیلتر است. بر اساس ویژگی‌های پالس حوزه زمانی خاص مانند زمان افزایش و زمان فروپاشی است. به عنوان مثال، یک حسگر PD که نزدیک به منبع استاتور PD قرار دارد ممکن است منجر به زمان افزایش شناسایی شده شود که کوتاه‌تر از یک زمان خاص است، انواع خاصی از اختلالات ممکن است با یک مشخصه مشخص شوند. زمان خیز طولانی تر، با فرض اینکه آنها قبل از رسیدن به سنسور PD از یک کابل برق یا اندوکتانس به اندازه کافی طولانی عبور کنند. مدارهای دیجیتال می توانند منابع مختلف PD و منابع اختلال را با اندازه گیری زمان افزایش از هم جدا کنند. به طور کلی، هرچه منبع PD یا اختلال از حسگر PD دورتر باشد، زمان افزایش پالس شناسایی شده بیشتر خواهد بود.
از آنجایی که اندوکتانس سری و یا پدیده موج سیار به نام پراکندگی (سرعت وابسته به فرکانس) تمایل به سرکوب مولفه های فرکانس بالاتر یک پالس دارد.
سرکوب اختلال با استفاده از روش رسیدن پالس به حداقل دو سنسور PD در هر فاز نیاز دارد که روی باس یا کابلی که موتور یا ژنراتور را به سیستم قدرت متصل می‌کند نصب شود. این روش به مدت زمانی که طول می کشد تا یک اختلال یا پالس PD در طول کابل برق یا باس حرکت کند، بستگی دارد.
شکل1: مثالی برای تفکیک حوزه زمانی بر اساس زمان رسیدن پالس
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، پالس‌های سیستم قدرت قبل از رسیدن به سنسور PD «ماشین» (M) به سنسور «سیستم» (S) می‌رسند.
تفاوت در زمان رسیدن در هر سنسور به فاصله بین دو سنسور و سرعت انتشار پالس در امتداد باس یا کابل بستگی دارد. منطق دیجیتال زمان نسبی ورود را یادداشت می کند و پالس را به عنوان یک سیستم قدرت طبقه بندی می کند، و بنابراین فرض می شود که یک اختلال است. به طور مشابه، اگر سنسور ماشین قبل از تشخیص توسط سنسور سیستم، پالس را تشخیص دهد، یک پالس از سیم‌پیچ استاتور PD در نظر گرفته می‌شود. توجه داشته باشید که این روش جداسازی تنها زمانی مؤثر است که پالسی که ابتدا به سنسور دستگاه می رسد، PD استاتور باشد، و نه اختلالاتی مانند جرقه زدن حلقه لغزش (نوع j) یا جرقه های دیگر در داخل دستگاه (نوع g)، به 5.2 مراجعه کنید. اندازه گیری های همزمان در دو سنسور مورد نیاز است.
ترکیبی از تفکیک حوزه فرکانس و زمان
ویژگی‌های حوزه زمان و فرکانس را نیز می‌توان برای پالس‌های اختلال خوشه‌ای و منابع مختلف PD سیم‌پیچ استاتور ترکیب کرد. جداسازی دامنه زمان و فرکانس را می توان از طریق تجزیه و تحلیل شکل پالس ایجاد کرد تا نقشه فرکانس زمانی تولید شود که طول زمانی معادل پالس ها را در مقابل محتوای فرکانس معادل آنها ترسیم می کند. محتوای فرکانس معمولاً با تبدیل فوریه سریع محاسبه می شود.
شکل2: جداسازی اختلال دامنه زمان و فرکانس ترکیبی
(نقشه فرکانس زمانی)
در نموداری از ویژگی‌های حوزه زمان در مقابل دامنه فرکانس مطابق شکل 2، اختلالات اغلب به صورت دسته‌ای از پالس‌ها ظاهر می‌شوند که در موقعیتی قرار دارند که به طور مشخص با PD سیم‌پیچ استاتور متفاوت است.
پس از خوشه بندی، الگوهای فرعی PRPD به دلیل نویز یا منابع مختلف PD، می توانند شناسایی شوند و نویز هم از الگوی PD و هم از فاز ولتاژ ممنوع برای منبع PD مربوطه رد شود.
اندازه گیری چند کاناله همزمان
پالس ها و اختلالات PD تحت تأثیر مشخصه ای در مسیر خود از نقطه مبدا تا نقطه اندازه گیری قرار می گیرند که به تابع انتقال مسیر انتشار مربوطه بستگی دارد.
در اندازه‌گیری چند کاناله همزمان، این مشخصه برای جداسازی منابع و اختلالات مختلف PD از یکدیگر استفاده می‌شود.
این امر با اندازه‌گیری پهنای باند و همزمان در چندین نقطه اندازه‌گیری و ارتباط تکانه‌هایی که تقریباً همزمان اتفاق می‌افتند ممکن می‌شود.
یک اندازه گیری همزمان با باند باریک در یک نقطه اندازه گیری با چندین محدوده فرکانس مختلف نیز امکان پذیر است.
c: تجسم کل PD اندازه گیری شده در یک دوره زمانی طولانی تر
b: مجموع برداری سه دامنه PD اندازه گیری شده در نمودار ستاره ای
a: سیگنال های اندازه گیری شده از هر PD منفرد در فازهای L3 ،L2 ،L1
شکل3: نمودار ستاره 3 فاز اندازه گیری چند کاناله
در مثال، یک پالس PD به طور همزمان در سه نقطه اندازه گیری اندازه گیری می شود. قدر اندازه گیری شده به دلیل مسیرهای انتشار سیگنال متفاوت است (شکل 3a). همبستگی با جمع برداری از بزرگی های فردی صورت می گیرد. نقطه پایانی که به این ترتیب محاسبه می شود، موقعیت تخلیه فردی را در نمودار ستاره ای نشان می دهد (شکل 3b).
اگر این همبستگی به طور مداوم در یک دوره اندازه گیری طولانی تر اجرا شود، الگوهای مشخصه برای منابع مختلف PD و منابع تداخل در نمودار ستاره ای ایجاد می شود (شکل 3c).
که موقعیت آن در نمودار بسته به موقعیت واقعی منبع PD در ماشین و تخصیص فاز متفاوت است.
اختلالاتی که از بیرون به داخل جفت می شوند ممکن است یک خوشه جداگانه در نمودار ایجاد کنند.
اگر الگوهای PD منفرد در نمودار ستاره 3 فاز به یک الگوی PD تبدیل شوند، الگوهای منابع PD منفرد را می توان نمایش داد. علاوه بر این، نویز یا اختلالات را می توان فیلتر کرد.
این روش اغلب با سه نقطه اندازه گیری یا محدوده فرکانس استفاده می شود اما به این تعداد محدود نمی شود.
دروازه سیگنال
انواع خاصی از اختلالات مانند اختلالات ناشی از سیستم های تحریک ساکن پالس های اختلال ایجاد می کنند که یا به صورت فاز به فرکانس توان قفل می شوند.
یا زمان اختلالات را می توان از یک منبع خارجی (مانند درایو تغذیه مبدل) بدست آورد. در چنین مواردی، مدارهای ماشه ای را می توان ادغام کرد که پیش بینی می کند چه زمانی اختلال رخ می دهد و سپس یک دروازه باز می کند تا سیگنال سنسور PD در زمان اختلال به عنوان PD استاتور محاسبه نشود.
برای مثال، سیستم‌های تحریک استاتیک مبتنی بر تریستور، اختلالی را از پالس‌های کموتاسیون، با یک جزء فرکانس قوی در حدود 10 کیلوهرتز، ایجاد می‌کنند. فیلتری که به این جزء 10 کیلوهرتز حساس است می‌تواند برای راه‌اندازی یک مدار دیجیتالی استفاده شود که هر زمان که یک پالس تریستور تشخیص داده می‌شود، یک سیگنال گیت تولید می‌کند. از این سیگنال گیت می توان برای جلوگیری از شمارش پالس هایی که در طول مدت پالس تریستور رخ می دهد استفاده کرد. برای تنظیم آستانه ماشه و مدت باز بودن گیت به دانش کاربر نیاز است. وقتی گیت باز است، پالس های PD قانونی نیز ثبت نمی شوند.
گیتینگ
گیتینگ می تواند برای جلوگیری از ثبت اختلالات تشعشعی به عنوان PD استفاده شود. برای تشخیص اختلالات تشعشعی شدید می توان از آنتن استفاده کرد. می توان سیگنال آنتن را توسط فیلترها و آشکارسازهای آستانه پردازش کرد تا هر زمان که اختلالی در محدوده فرکانس خاصی بالاتر از یک آستانه تعیین شده ایجاد شود، سیگنال گیت تولید کند. از آنجایی که این اختلال تشعشعی ممکن است توسط سنسور PD نیز شناسایی شود، سیگنال سنسور PD می تواند هر زمان که گیت فعال شود، قطع شود. معمولاً برای تنظیم آستانه ها نیاز به تخصص است و از آنجایی که انتقال اختلالات ممکن است در طول زمان تغییر کند، برای اندازه گیری های دوره ای مناسب تر است.
یکی دیگر از روش های گیتینگ توسط نرم افزار پیاده سازی می شود. یک روش گیتینگ ساده استفاده از یک پنجره مستطیلی در PRPD است که به آن گیتینگ دامنه فاز نیز گفته می شود. طبق استاندارد IEC 60270، این نوع دریچه ها از نظر درصد کل دوره محدود شده است. روش دیگر استفاده از یک حسگر اضافی (مثلاً برای پالس‌های تحریک) یا با هوشمندی نرم‌افزاری برای شناسایی پالس‌های غیرمرتبط با فاز به عنوان اختلال خارجی است. در این موارد می توان زمان قبل و پس از تریگر را تعریف کرد. در طول این دوره، تمام پالس‌ها از نمایش داده نمی‌شوند و برای محاسبه بزرگی PD در نظر گرفته نمی‌شوند. اگر اندازه گیری ثبت شده باشد، گیتینگ را می توان پس از اندازه گیری نیز خاموش و روشن کرد.
تشخیص الگو
تشخیص الگو وسیله ای برای متمایز کردن منابع مختلف PD و پالس های اختلال است. دو رویکرد اساسی برای تشخیص الگو وجود دارد: دستی و خودکار.
در روش دستی، خروجی سنسور PD به عنوان مثال بر روی یک اسیلوسکوپ یا یک ابزار PD ساخته شده نمایش داده می شود. نمایشگر ممکن است پالس های مثبت و منفی، موقعیت پالس ها در چرخه AC و همچنین بزرگی پالس ها را نشان دهد (شکل 8 را ببینید). همانطور که در ضمیمه C توضیح داده شده است، پالس های PD در بخش های خاصی از چرخه AC، با روابط قطبی خاص نسبت به چرخه AC رخ می دهد. برخی از انواع PD و اختلالات پالس هایی را تولید می کنند که در بخش های مختلف چرخه AC رخ می دهند یا در کل چرخه AC ظاهر می شوند. علاوه بر این، آنها ممکن است روابط قطبیت پالسی داشته باشند که ممکن است با سایر PD سیم پیچ استاتور متفاوت باشد.
یک ناظر با تجربه اغلب می تواند انواع مختلف PD استاتور را به عنوان یک الگوی متمایز از انواع مختلف اختلالات تشخیص دهد. به عنوان مثال می توان به تداخل تحریک ایستا (نوع c) اشاره کرد که هر 60 درجه در طول چرخه AC رخ می دهد و می تواند به راحتی توسط ناظر نمایشگر نادیده گرفته شود. به طور مشابه، کنتاکت‌های ضعیف الکتریکی تمایل دارند پالس‌هایی را در عرض چند درجه در هر طرف از تقاطع‌های ولتاژ صفر تولید کنند. واضح است که هر چه ناظر تجربه بیشتری داشته باشد، احتمال اینکه منابع و اختلالات مختلف PD به درستی شناسایی شوند، بیشتر خواهد بود. این رویکرد دستی برای تشخیص الگو تا حدودی ذهنی است و ناظران مختلف ممکن است به نتایج متفاوتی دست یابند.
تشخیص الگوی خودکار
تشخیص الگوی خودکار (یا به کمک رایانه) یک زمینه تحقیقاتی است که به سرعت در حال تکامل است. تعدادی از روش‌های تشخیص الگو برای جداسازی منابع مختلف PD و اختلالات و در واقع جداسازی فرآیندهای مختلف پیری از یکدیگر استفاده شده‌اند. برخی از روش ها عبارتند از:
– تجزیه و تحلیل آماری توزیع پالس ها با توجه به موقعیت فاز AC، به عنوان مثال. میانگین، انحراف معیار، چولگی و کشیدگی زاویه فاز برای پالس های مثبت و منفی. منابع مختلف PD و اختلالات احتمالاً لحظات آماری متفاوتی خواهند داشت.
– تجزیه و تحلیل تشخیص الگوی مبتنی بر هوش مصنوعی برای تکرار فرآیندهای فکری یک متخصص که به صورت دستی منابع مختلف PD و اختلالات را متمایز می کند.
– تبدیل‌های فرکانس زمانی همراه با روش‌های تشخیص خوشه و منطق فازی برای جداسازی و شناسایی پالس‌های مرتبط با فرآیندهای مختلف خرابی و انواع اختلالات.
این روش‌ها و سایر روش‌های تشخیص الگو به کمک رایانه برای خوشه‌بندی منابع مختلف PD و اختلالات به شیوه‌ای عینی‌تر از روش‌های دستی کاربرد پیدا کرده‌اند. با این حال، اثربخشی هر روش خاص به ویژگی های اجرای آنها بستگی دارد. تنظیمات ابزار PD مانند بهره و ماشه ممکن است الگوی PD را به طور قابل توجهی تغییر دهد و سیستم خودکاری را که این پارامترها و سایر پارامترها را در هوشمندی خود در نظر نمی گیرد، سردرگم کند.
الزامات ذخیره داده‌های اندازه‌گیری شده
برای توسعه بیشتر قابلیت‌های تکنیک‌های تشخیص الگوی خودکار و بهبود قابلیت اطمینان نتایج آنها، الزامات ذخیره داده‌های اندازه‌گیری شده به شرح زیر است:
– اندازه گیری همزمان زمان همه سیگنال ها از نقاط مختلف اندازه گیری PD.
– جریان داده های خام تک پالس های ضبط شده: بزرگی، موقعیت فاز پالس، شناسه مهر زمان. جریان داده ها باید به طور طولانی ثبت شوند تا مقدار معرف پالس های PD برای یک الگوی PRPD جمع آوری شود (به IEC 60034-27-1:2017، پیوست A مراجعه کنید).
– یک شناسه مهر زمانی برای ارتباط واضح فعالیت PD با پارامترهای عملیاتی.