Введение к работе
Актуальность работы.
В электроэнергетике надежность электроснабжения является одной из самых важных характеристик работы, которая определяет в свою очередь множество параметров электроэнергетических систем и сетей, в том числе стоимость оборудования, ремонтных и эксплуатационных расходов.
Электроэнергетическая система (ЕЭС России) является сложной, распределенной и постоянно изменяющейся системой, реновация и модернизация в которой происходит достаточно низкими темпами, что обусловлено высокой стоимостью энергетического оборудования и проектных изысканий.
В современной ЕЭС России, согласно данным Федеральной службы государственной статистики, степень физического износа оборудования в системе составляет от 50% до 60%. Замена изношенных фондов новыми является весьма капиталоемким вариантом развития и с практической точки зрения не может рассматриваться как оптимальный. С помощью относительно недорогих мероприятий можно существенно продлить срок службы основных фондов в электроэнергетике.
Существенно снизить затраты на обеспечение работоспособности и продлить срок службы дорогостоящего энергетического оборудования на предприятиях позволяет техническая диагностика. С помощью технической диагностики можно выявить дефекты оборудования (в том числе скрытые) на ранних стадиях и предотвращать возникновение аварий и ненормальных режимов работы. Кроме того, техническая диагностика позволяет наиболее эффективно и экономично спланировать ремонтные и профилактические работы на электроэнергетическом оборудовании (ЭО), объективно обосновывать проведение модернизации и технической политики на предприятиях.
Быстрая и эффективная диагностика электроэнергетических установок (ЭУ) на наличие коронных разрядов помогает определять наиболее уязвимые места и явления на ЭУ, заранее устранять местные дефекты, еще не приведшие к отключению всей линии или подстанций, соответственно увеличить надежность работы всего объекта и, в конечном счете, энергосистемы в целом.
Известно, что так называемый местный коронный разряд связан с местным дефектом, который при соответствующих условиях может стать или уже является причиной различного рода неполадок или даже отключения всей ЭУ. Детектирование таких разрядов (как один из видов технической диагностики ЭО) может резко повысить надежность электроснабжения и уменьшить потери на корону [1].
Оптический метод детектирования коронных разрядов на ЭО является самым распространенным методом технической диагностики, связанным с определением точек местных коронных разрядов на ЭО, а иногда и единственным способом определения неисправностей и предупреждения аварийных отключений высоковольтного ЭО. На его основе разработан ряд отечественных и зарубежных приборов, которые позволяют проводить ультрафиолетовую (УФ) диагностику, в том числе и в светлое время суток.
Главным недостатком всех таких приборов (УФ-камер, УФ-дефектоскопов) является применение сложных и дорогих схем оптической фильтрации, основанных на использовании электронно-оптического преобразователя, фотокатод которого оптимизирован под УФ-диапазон оптического излучения. К тому же подобные разработки предусматривают применение сложных оптических схем микширования изображений видимого и усиленного УФ-диапозона излучения, что также обуславливает повышенную стоимость и весьма ограниченное распространение таких приборов в соответствующих службах энергосистем. Задача создания отечественного и недорогого прибора, позволяющего быстро и безопасно провести УФ-диагностику ЭО в любое время суток является актуальной.
Объектом исследования данной работы являются коронные разряды на высоковольтном ЭО, работающем на стандартной промышленной частоте 50 Гц.
Предметом исследования данной работы является фотоэлектронный способ регистрации коронных разрядов на высоковольтном ЭО и прибор на его основе, регистрирующий коронные разряды переменного напряжения в любое время суток.
Цель работы: Разработка фотоэлектронного способа регистрации коронных разрядов на высоковольтном ЭО и прибора на его основе, определяющего места коронирования на высоковольтном ЭО в любое время суток.
Задачи исследования.
Рассчитать и оценить оптические характеристики излучения коронного разряда переменного напряжения, возникающего на высоковольтном ЭО, работающего на стандартной промышленной частоте 50 Гц.
Обосновать возможность детектирования коронных разрядов на высоковольтном ЭО, используя свойства и характер излучения данного вида разряда на высоковольтном ЭО, работающего на стандартной промышленной частоте 50 Гц.
Разработать и создать макет фотоэлектронного прибора, предназначенного для детектирования коронных разрядов на высоковольтном ЭО в любое время суток.
Провести лабораторные и натурные испытания макета фотоэлектронного прибора с целью подтверждения работоспособности предложенного способа, а также собранных оптических и электрических схем макета.
Показать возможность проведения технической диагностики высоковольтного ЭО на реальных электроэнергетических установках (ЭУ), в том числе в полевых условиях, с помощью разработанного макета фотоэлектронного прибора.
Научная новизна работы.
В данной диссертационной работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной.
1. Разработан фотоэлектронный способ регистрации коронных разрядов на высоковольтном ЭО, работающем на стандартной промышленной частоте 50 Гц, в любое время суток, основанный на выявлении 100-Гц гармоники УФ-
излучения коронных разрядов преимущественно в области солнечно-слепого диапазона.
Разработана схема дополнительной цифровой фильтрации излучения коронного разряда в любое время суток, позволяющая повысить чувствительность регистрации корон вплоть до минимального значения регистрируемого заряда 3 нКл на расстоянии 3,5 м.
Разработан макет фотоэлектронного прибора, позволяющего детектировать точки коронных разрядов на высоковольтном ЭО в любое время суток.
Практическая значимость работы.
Предложенный фотоэлектронный способ регистрации местных коронных разрядов на высоковольтном ЭО позволяет безопасно проводить УФ инспекцию оборудования на ЭУ без их отключения, тем самым повышается надежность электроснабжения и по возможности предотвращаются аварийные отключения ЭУ.
Проведенные лабораторные и натурные испытания макета фотоэлектронного прибора показали работоспособность предложенного способа детектирования коронных разрядов на высоковольтном ЭО в любое время суток.
Использование стандартных и общедоступных схем и элементов при построении макета прибора позволит организовать массовый выпуск недорогих фотоэлектронных приборов, предназначенных для детектирования коронных разрядов на высоковольтном ЭО в любое время суток.
Практические результаты работы.
Создан макет фотоэлектронного прибора, осуществляющий детектирование точек коронных разрядов на высоковольтном ЭО в любое время суток.
Впервые произведено определение точек местных коронных разрядов на высоковольтном ЭО в светлое время суток на действующих ЭУ без использования дорогостоящих зарубежных устройств УФ-диагностики.
На защиту выносятся:
Фотоэлектронный способ регистрации коронных разрядов, основанный на оптоэлектронной фильтрации излучения коронных разрядов на высоковольтном ЭО, работающем на стандартной промышленной частоте 50 Гц.
Способ дополнительной цифровой фильтрации излучения коронного разряда, позволяющего повысить чувствительность фотоэлектронного способа.
Макет фотоэлектронного прибора, детектирующего местные коронные разряды на действующих ЭУ в любое время суток.
Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов, содержащихся в диссертации, обеспечиваются серией проведенных лабораторных экспериментов с макетом прибора, а также подтверждаются натурными испытаниями, проведенными на ряде действующих ЭУ, принадлежащих ОАО «Сетевая компания» (РТ) и ОАО «Генерирующая компания» (РТ), ТГК-16. Наличие местных коронных разрядов на высоковольтном ЭО, детектированных макетом прибора, было подтверждено их последующим фотографированием в темное время суток.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на IX Аспирантско-магистерском научном семинаре, посвященный «Дню Энергетика» (Казань, 2005 г.), Международной молодежной научной конференции «XVIII Туполевские чтения» (Казань, 2011 г.), Международной научно-технической конференции «XVI Бенардосовские чтения» (Иваново, 2011 г.), 23-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля среды, веществ, материалов и изделий» (Казань, 2011).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 4 научных публикациях, включая 2 статьи в ведущем рецензируемом журнале, входящем в перечень ВАК РФ, 2 - в материалах докладов международной и всероссийской научных конференций.
Личный вклад автора.
Результаты, представленные в диссертации и публикациях, получены при непосредственном участии соискателя. Автор принимал участие в разработке способа регистрации коронных разрядов на высоковольтном ЭО, разработал и собрал макет фотоэлектронного прибора, выполнил лабораторные и натурные испытания макета прибора, а также анализ экспериментальных данных.
Соответствие диссертации научной специальности.
Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Представленные в ней результаты соответствуют п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», п. 3 «Разработка, внедрение и испытания приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами», п. 6 «Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии, двух приложений. Работа без приложений изложена на 150 страницах машинописного текста, включая 99 рисунков и 21 таблиц. Библиографический список включает 95 наименований и 4 наименования работ автора, опубликованных по теме диссертации.
