Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ методов контроля состояния изоляции многоэлементных изолирующих конструкций 12
1.1. Статистика повреждаемости изоляции 12
1.2. Методы испытаний и профилактического контроля изоляции, регламентированные нормативными документами 17
1.3. Дистанционные методы контроля состояния изоляции 25
1.3.1. Методы контроля по излучению разрядов 26
1.3.2. Метод контроля по тепловому излучению 37
1.4. Комплексные методы контроля состояния изоляции 45
2 Исследование состояния изоляции многоэлементных изолирующих конструкций 53
2.1. Теоретические и лабораторные исследования 53
2.2. Анализ результатов теоретических и лабораторных исследований 60
2.3. Результаты натурных исследований 77
3 Разработка метода выявления дефектного состояния изоляции многоэлементной изолирующей конструкции 80
3.1. Особенности контроля состояния изоляции и существующие методы выявления дефектов 80
3.2. Метод выявления дефектного состояния изоляции многоэлементной изолирующей конструкции 84
3.3. Требования к оборудованию для проведения работ 95
3.4. Требования к внешним условиям для проведения работ 101
4 Методика тепловизионной диагностики изоляции. Аппаратно-программный комплекс диагностики высоковольтных изоляторов 103
4.1. Алгоритм и программное обеспечение для обработки термограмм гирлянд подвесных фарфоровых изоляторов 103
4.2. Аппаратно-программный комплекс дистанционной диагностики высоковольтных изоляторов 112
4.3. Расчет экономической эффективности при комплексной диагностике подвесных фарфоровых изоляторов 116
Заключение 121
Список использованных источников
- Методы испытаний и профилактического контроля изоляции, регламентированные нормативными документами
- Методы контроля по излучению разрядов
- Анализ результатов теоретических и лабораторных исследований
- Метод выявления дефектного состояния изоляции многоэлементной изолирующей конструкции
Введение к работе
Актуальность темы. Особенностью системы электроснабжения железной дороги является наличие в ее составе контактной сети (КС) - единственного не резервируемого элемента. Это предъявляет повышенные требования по надежности функционирования, как системы в целом, так и элементов конструкций в устройствах электроснабжения в частности. По данным Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «Российские железные дороги» (ОАО «РЖД») следует, что наибольшая доля нарушений технического состояния КС (число отказов) происходит по причине выхода из строя изоляторов. На долю изоляторов приходится 24,5 % всех отказов КС. Анализ, выполненный специалистами Департамента, показывает, что появление неисправностей КС, включая дефекты изоляторов, в значительной степени объясняется недостаточностью предупредительных мер, принимаемых работниками дистанций электроснабжения, низкой эффективностью и недостаточным использованием технических средств контроля [1].
Высокая повреждаемость отдельных изоляторов и многоэлементных изолирующих конструкций (гирлянд или колонок изоляторов) КС и тяговых подстанций (ТП) обусловлена рядом причин. Главными из них являются большой физический износ изоляторов, усиливающиеся техногенные влияния, природные катаклизмы и вандализм населения. Отметим общность проблемы износа не только для России, но и для всех стран. Не случайной является постановка проекта разработки альтернативных методов эффективного измерения целостности линейной изоляции линий электропередачи (ЛЭП) дистанционным наблюдением или измерением с борта воздушного или наземного транспорта Канадской Электрической Ассоциацией (СЕА) СЕА Technologies Inc. в 2001 году. Суть проекта состояла в определении методов обнаружения дефектов изолятора (иных, чем очевидные дефекты типа сломанных рубашек, которые могут быть установлены визуальным осмотром) с борта воздушного транспорта, передвигающегося параллельно ЛЭП, при по-
мощи установленного на земле оборудования, с борта перемещающегося или стоящего наземного транспортного средства.
Службами электроснабжения железных дорог затрачиваются большие усилия для своевременного выявления и устранения дефектов изоляции, ремонта и послеаварийного восстановления оборудования. Однако и система в целом, и ряд методов профилактического контроля, в особенности, обладают рядом существенных недостатков. Во-первых, они трудоёмки и, следовательно, высокозатратны. Во-вторых, они малоэффективны и недостаточно метрологически надежны, о чем говорит высокая аварийность. В-третьих, существующая система морально устарела в целом. Она пришла в наши годы из прошлого, когда была ориентирована на широкое использование дешевого ручного труда. По расчетам, проведенным автором совместно со специалистами технического отдела Юдинской дистанции электроснабжения, замена контактных методов проверки изоляторов дистанционными снижает трудоемкость работ более чем в десять раз.
В настоящее время происходит переход от бывшей системы плановых ремонтов к новой системе обслуживания по текущему техническому состоянию. Это обстоятельство резко повышает ответственность за правильный диагноз относительно состояния оборудования, поставленный при испытаниях и контроле. Но оно же в еще большей степени подчеркивает несовершенство традиционных методов контроля, требующих, как правило, отключения оборудования или работы под высоким напряжением и проведения трудоемких, но малоэффективных (иногда и с необоснованно высоким риском повреждения оборудования или персонала) испытаний. Появившиеся в последние годы новые технологии, например диагностика состояния оборудования по тепловому излучению или излучению частичных разрядов, являются хорошим примером в модернизации системы профилактического контроля оборудования, но не исчерпывают следующей проблемы. Внедрение нового оборудования для дистанционной диагностики изолирующих конструкций сдержива-
ется отсутствием нормативного и методического обеспечения, позволяющего использовать приборы дистанционной диагностики с требуемой эффективностью.
Таким образом, имеется проблема, связанная с недостаточной эффективностью технологии контроля изолирующих конструкций КС и ТП. Поэтому исследования в области создания новых методов актуальны.
Объектом исследования данной работы является многоэлементные изолирующие конструкции электрифицированных железных дорог переменного тока. Основные усилия, в связи с особой важностью проблемы, были направлены на исследования состояния гирлянд подвесных фарфоровых изоляторов КС напряжением 25-27,5 кВ. Значимость проблемы определило предмет исследования - методы дистанционного контроля состояния многоэлементных изолирующих конструкций КС и ТП электрифицированных железных дорог переменного тока.
В рамках проблемы была определена цель исследований - разработка метода дистанционного контроля состояния многоэлементных изолирующих конструкций под рабочим напряжением переменного тока на основе регистрации теплового излучения и излучения поверхностных частичных разрядов (ПЧР), позволяющего выявлять дефекты на ранней стадии их развития и повысить достоверность определения состояния изоляции.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Исследовать возможности контроля состояния изоляции гирлянд изоляторов КС переменного тока по собственному тепловому излучению и излучению ПЧР и дать математическое описание многоэлементной изолирующей конструкции, позволяющее определять состояние изоляции по регистрируемому излучению.
Обосновать целесообразность совместной регистрации теплового излучения и излучения ПЧР для повышения достоверности контроля состояния многоэлементных изолирующих конструкций КС и ТП.
Разработать метод выявления дефектов изоляции при дистанционном контроле состояния многоэлементных изолирующих конструкций установок переменного тока на основе совместной регистрации теплового излучения и излучения ПЧР.
Разработать методику тепловизионной диагностики подвесной фарфоровой изоляции электрифицированных железных дорог переменного тока.
Разработать требования к аппаратуре и условиям проведения контроля состояния изолирующих конструкций КС и ТП переменного тока на основе регистрации теплового излучения и излучения ПЧР.
Методы исследования.
Теоретические и экспериментальные исследования: анализ литературных источников, анализ опыта эксплуатации КС, моделирование, эксперимент в лабораторных условиях и опытно-экспериментальная проверка разработанного метода контроля состояния изоляции.
Достоверность и обоснованность полученных результатов.
Обоснованность результатов теоретических исследований подтверждена лабораторными и натурными экспериментами. Достоверность результатов экспериментальных работ основана на использовании сертифицированного и поверенного оборудования высоковольтной лаборатории КГЭУ и подразделений дистанций электроснабжения Горьковской железной дороги. Дистанционные измерения проводились с помощью сертифицированных тепловизоров «Карат-М» (ЗАО НПФ «Оптоойл») и Лик-2 (ЗАО «Матричные технологии») и ультразвукового дефектоскопа УД-8В (ТОО «Сигнал»).
Идея разработанного метода дистанционного контроля состояния изолирующих конструкций основана на десятилетнем опыте работ, проведенных автором, по тепловизионной и ультразвуковой диагностике подвесной фарфоровой изоляции контактной сети железных дорог переменного тока. За указанный период времени, путем обхода, было обследовано состояние гирлянд фарфоровых изоляторов на опорах контактной сети участков дороги
общей протяженностью по одному пути более 3500 км. Общее число обследованных гирлянд изоляторов более 160000 шт. Достоверность диагностики составляет более 80 %. На Юдинской дистанции электроснабжения Горьков-ской железной дороги в течение последних лет диагностика подвесной изоляции проводится по методу, разработанному автором. Кроме того, эффективность метода была проверена в ходе специальной опытно-экспериментальной работы, проведенной совместно со службой электрификации и электроснабжения ГЖД, результаты которой приведены в диссертации.
Научная новизна работы.
Получены экспериментально обоснованные зависимости распределения температуры и напряжения на гирлянде изоляторов КС переменного тока от активного сопротивления изоляторов, позволяющие связать различные состояния изоляции с тепловым излучением и излучением ПЧР.
Показана целесообразность совместной регистрации теплового излучения и излучения ПЧР многоэлементной изолирующей конструкции для повышения достоверности оценки состояния изоляции за счет снижения неоднозначности в интерпретации данных, получаемых с отдельных приборов. Установлено, что совместное использование приборов, регистрирующих тепловое излучение и излучение ПЧР, может заменить контактную диагностику с помощью измерительной штанги.
Предложен метод выявления дефектных многоэлементных изолирующих конструкций, находящихся под рабочим напряжением переменного тока, по значениям среднего и среднеквадратического отклонения в зарегистрированном распределении интенсивности теплового излучения конструкции и интенсивности излучения ПЧР, позволяющий повысить эффективность контроля состояния изоляции.
Предложна методика тепловизионной диагностики подвесной фарфоровой изоляции электрифицированных железных дорог переменного тока,
которая позволяет снизить влияние неоднозначной зависимости температуры отдельного изолятора от его активного сопротивления при анализе состояния изолирующей конструкции.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
Разработан комплексный метод дистанционного контроля состояния многоэлементных изолирующих конструкций под напряжением переменного тока на основе совместной регистрации теплового излучения и излучения ПЧР, который прошел проверку на ГЖД и рекомендован для диагностики подвесной фарфоровой изоляции. Данный метод внедрен на Юдинской дистанции электроснабжения ГЖД и используется для плановой диагностики гирлянд подвесных фарфоровых изоляторов, о чем имеется акт внедрения.
Разработана «Методика тепловизионной диагностики подвесной фарфоровой изоляции электрифицированных железных дорог переменного тока», которая утверждена Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» и рекомендована для применения в устройствах контактной сети переменного тока железных дорог России, о чем имеется акт внедрения.
Определены требования к аппаратуре и условиям проведения контроля состояния многоэлементных изолирующих конструкций КС и ТП под рабочим напряжением переменного тока на основе совместной регистрации теплового излучения и излучения ПЧР.
Личный вклад автора.
Автором проведены теоретические расчеты и обоснована целесообразность совместной регистрации теплового излучения и излучения ПЧР для повышения эффективности дистанционного контроля состояния многоэлементных изолирующих конструкций электрифицированных железных дорог переменного тока. Автор был организатором и непосредственным участником лабораторных и натурных экспериментов.
Предложена идея и описан способ выявления дефектных многоэлементных изолирующих конструкций, находящихся под рабочим напряжени-
ем переменного тока, по значениям среднего и среднеквадратического отклонения в зарегистрированном распределении интенсивности теплового излучения конструкции и интенсивности излучения ПЧР.
3, Разработана методика тепловизионной диагностики подвесной фар
форовой изоляции электрифицированных железных дорог переменного тока.
4. Предложена структура аппаратно-программного комплекса для дис
танционной диагностики высоковольтных изоляторов и алгоритм работы
компьютерной программы для обработки термограмм изолирующих конст
рукций.
Положения выносимые на защиту.
Зависимости распределения температуры и напряжения на гирлянде изоляторов КС переменного тока от активного сопротивления изоляторов.
Обоснование целесообразности совместной регистрации теплового излучения и излучения ПЧР многоэлементной изолирующей конструкции, находящейся под напряжением переменного тока, для повышения достоверности контроля состояния изоляции.
Новый метод выявления дефектных многоэлементных изолирующих конструкций, находящихся под рабочим напряжением переменного тока, по значениям среднего и среднеквадратического отклонения в зарегистрированном распределении интенсивности теплового излучения конструкции и интенсивности излучения ПЧР.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
13-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция (г. Казань, 2001 г.);
Российский национальный симпозиум по энергетике (г. Казань, 2001г.);
18-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция (г. Казань, 2006 г.);
- сетевое совещание Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «Российские железные дороги» по теме «Опыт создания и применения средств диагностики устройств тягового электроснабжения» (г. Екатеринбург, 2004 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ: 2 статьи и тезисы докладов для трех конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 134 страницах текста, иллюстрируется 34 рисунками и 24 таблицами. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 105 наименований и 4 приложений на 38 листах.
Методы испытаний и профилактического контроля изоляции, регламентированные нормативными документами
Действующие нормы и методы контроля и испытаний изоляторов на линиях контактной сети и тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог установлены в документах [7,8]. В «Правилах устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог» (ЦЭ-868, 2002 г.) [7] установлены периодичность работ и нормы диагностических испытаний изоляторов на линиях контактной сети, которые приведены в таблицах 6 и 7.
Аналогичные нормы для изолирующих конструкций тяговых подстанций установлены документом «Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций электрифицированных железных дорог» (ЦЭ-936, 2003 г.) [8]. Согласно данному документу работы по техническому обслуживанию и ремонту подвесных и опорных изоляторов включают: - осмотры; - ремонт по техническому состоянию; - текущий ремонт (ТР); - межремонтные испытания; - капитальный ремонт.
При осмотрах подвесных и опорных изоляторов проверяется состояние изоляторов (наличие сколов, трещин, следов перекрытий, разрядов). Ремонт по техническому состоянию проводится при обнаружении повреждений. ТР изоляторов проводятся по мере необходимости. При ТР выполняются: -удаление пыли с поверхности изоляторов; -очистка загрязненных изоляторов; -проверка исправности узлов крепления; -проверка отсутствия сколов и трещин фарфора изоляторов; -состояние армировки изоляторов; -устранение мелких дефектов и неисправностей (восстановление эмалевых покрытий, цементных швов).
При межремонтных испытаниях подвесных и опорных изоляторов проводятся следующие виды работ: - измерение сопротивления изоляции подвесных и опорных многоэле ментных изоляторов; - испытание повышенным напряжением промышленной частоты одноэлементных и многоэлементных опорных изоляторов; - контроль многоэлементных изоляторов с помощью измерительной штанги или других средств диагностики.
Объем капитального ремонта подвесных и опорных изоляторов определяется состоянием объектов и результатами испытаний. После капитального ремонта проводятся испытания.
Установленная инструкцией для тяговых подстанций периодичность ремонта и испытаний изолирующих конструкций, приведена в Таблице 8.
Из требований по осмотрам и проверкам изолирующих конструкций, отметим главные недостатки, как самих нормативных документов, так и практического опыта эксплуатации.
Во-первых, осмотры и проверки производятся, в основном, визуально. Низкая информационная эффективность визуальных осмотров в том, что причины большого числа отключений КС бывают не выявлены. Установить место перекрытия, особенно после успешного АПВ, бывает очень непросто. Предполагается, например, что изолирующие подвески, на которых произошло перекрытие, могут быть обнаружены по разрушенным изоляторам или следам ожога дугой. Однако значительное число перекрытий гирлянд изоляторов не приводит к их разрушению или образованию заметных с земли следов дуги из-за высокого быстродействия релейных защит при отключениях. Еще труднее увидеть с земли даже при использовании хороших оптических приборов начальные повреждения изоляторов в виде чешуйчатых отслоений и оплавлений стеклодетали, точечных прогаров глазури и трещин в фарфоре. Такие повреждения являются основной причиной отказов изоляторов [9]. Они могут быть выявлены только при верховых осмотрах гирлянд. Низкая эффективность визуальных осмотров усугубляется отсутствием баз данных, системы фотодокументирования и обработки диагностических данных.
Во-вторых, с учетом возрастающих техногенных влияний и участившихся случаев вандализма периодичность профилактических мероприятий оказывается недостаточной.
В-третьих, некоторые инструментальные методы проверок, например, определение пробитых фарфоровых изоляторов с помощью измерения сопротивления мегомметром или проверкой распределения напряжения по изоляторам гирлянд штангой вследствие их трудоемкости и повышенной опасности в службах электроснабжения практически не применяются. В оправдание персонала, следует отметить и достаточно низкую достоверность этих видов профилактического контроля [5], что обусловлено несколькими обстоятельствами. Одно из них имеет принципиальный характер: подключение искрового промежутка штанги вызывает искажения электрического поля гирлянды изоляторов и приводит к неверным результатам измерений. Обычно сумма напряжений на отдельных элементах оказывается на 10 -15 % выше рабочего напряжения. Далее, в сухую погоду наличие некоторых дефектов и даже необугленных каналов пробоя фарфоровой изоляционной детали никак не отражается на величине напряжения, регистрируемого штангой на изоляторах, особенно в средней части гирлянды.
Методы контроля по излучению разрядов
Принципиально существуют три возможных метода регистрации интенсивности излучения частичных разрядов: акустический, электромагнитный и оптический.
Акустический метод. Акустический метод состоит в измерении акустического шума, генерируемого разрядными процессами, в основном, в ультразвуковой области спектра. Этот способ применительно к контролю изоляции имеет свои преимущества и недостатки в сравнении с другими методами [12-14]. Дальность его действия ограничена в силу недостаточной пространственной разрешающей способности, низкой помехозащищенности и чувствительности. Ультразвуковые дефектоскопы (УД) можно использовать при диагностике изолирующих конструкций, расположенных на расстояниях до 20-30 м, т.е. на КС и ВЛ напряжением 3...35 кВ и подстанциях. Главное достоинство УД по сравнению с оптическими и инфракрасными датчиками -возможность работать в любое время суток. Проблемы с излучением от солнца, с которыми сталкиваются методы, использующие ультрафиолетовое (УФ) и инфракрасное излучение, Phillips и другие [15] исследовали возможность использования ультразвукового излучения для обнаружения дефектных изоляторов с борта летательного аппарата. Они выполнили измерения частоты излучения и диаграммы направленности локатора в лаборатории на изоляторах с искусственными дефектами, вызывающими деятельность частичных разрядов. Было обнаружено, что максимум излучения лежит в области 20-50 кГц. Основным заключением по данной работе было то, что внутренние дефекты изоляторов более или менее обнаруживались этим методом. Направленное акустическое излучение, как было показано в других исследованиях, определяло местонахождение источников разряда на поверхности и внутри изоляторов в процессе эксплуатации [16-18]. Однако этот метод был менее чувствительным, чем тепловизионный [16] и, кроме того, при использовании акустического метода в процессе эксплуатации, разряды от окружающей арматуры будут, вероятно, полностью маскировать сигнал от дефекта [18].
Ультразвуковой метод может использоваться двумя способами. Оператор слушает звуки, произведенные объектом, который исследуется по акустическому излучению, или же эхо звуков, отраженных от него. Последний известен как активный или неразрушающий ультразвук и был предложен для диагностики полимерных изоляционных материалов [19-22]. Согласно McGrail и другим [19], информация о местоположении и природе дефектов может быть получена от таких параметров как амплитуда, частотный спектр и изменение фазы возвращенного сигнала. Такие дефекты, как пустоты и расслаивания, например, дадут начало отражениям, которые могут использоваться, чтобы определить их глубину. Чтобы изучить применимость активного ультразвука, были выполнены измерения на различных материалах с различными искусственными дефектами типа горизонтальных или вертикальных сверловых отверстий. Доля достоверности при измерениях была выше 95 %.
Известно, что обнаружение по собственному акустическому излучению может дать информацию о приблизительном местоположении дефекта, так как амплитуда сигнала изменяется от расположения приемника относительно дефекта. Кроме того, измерение должно быть выполнено когда дефект является "живым", т.е. изолятор находится под напряжением. С другой стороны активный ультразвук в отключенной линии может дать подробную информацию о размере и местоположении источника акустического сигнала. Объединенное исследование в процессе которого сначала используется пассивное ультразвуковое излучение для локализации дефекта, а далее на отключенной линии производится измерение ультразвука активным методом в той же области, чтобы получить более подробную информацию о дефекте, может быть достаточно эффективным. Применимость этого метода была показана McGrail [19], изучавшим пропитанный бумажный высоковольтный ввод, который вышел из строя при проверке разрядом. Источник был приблизительно локализован, используя пассивное акустическое излучение, и последующие испытания активным ультразвуком показали наличие расслоений в пределах материала. О подобных наблюдениях сообщено и в работе [20], где, изучая герметизированный резиной высоковольтный ввод на напряжение 15 кВ, который вышел из строя во время теста, авторы нашли, что активный ультразвук мог идентифицировать и определить местонахождение и измерить размер пустот в поверхности раздела проводник-резина. Систематические акустические эмиссионные измерения на другом высоковольтном вводе, изолированном пропитанной смолой расщепленной бумагой, который также вышел из строя во время тестирования, определили местонахождение дефекта в области близкой к заземленному кольцу. Последующие измерения активным ультразвуком показали твердое включение, которое позже было идентифицировано как более толстое, чем ожидаемое при стресс контроле, соединение.
Анализ результатов теоретических и лабораторных исследований
Результаты экспериментов и расчетов приведены в таблице 15. Термограммы, полученные с тепловизора «Карат-М», приведены на рис. 8-12. Номера термограмм соответствуют номерам гирлянд в таблице 15.
В гирлянде № 1 имеется один дефектный изолятор. Ультразвуковой дефектоскоп не обнаружил наличие на гирлянде ПЧР. На термограмме градиент температур легко обнаруживается с помощью тепловизора. Наличие дефектного изолятора выявляется и с помощью штанги.
В гирлянде № 2 заведомо имеются два дефектных изолятора. Наличие дефектов уверенно обнаруживается ультразвуковым дефектоскопом по акустическим сигналам ПЧР, возникающим на исправном изоляторе. Дефектные изоляторы выявляются и с помощью штанги. На термограмме градиенты температур не велики, что затрудняет обнаружение с помощью тепловизора.
В гирлянде № 3 по показаниям мегомметра имеется один дефектный изолятор. Второй изолятор по показаниям мегомметра не является дефектным. Однако значительный перегрев его говорит о большой активной составляющей тока, протекающего через изолятор. Это указывает на развитость разрядных процессов внутри изолятора, разрушающих его изолирующие свойства. Данная ситуация обнаруживается ультразвуковым дефектоскопом и тепловизором, но не обнаруживается штангой. На термограмме № 3 оба дефектных изолятора выглядят светлее исправного.
Главная особенность гирлянды № 4 в том, что, несмотря на наличие в ней по показаниям мегомметра двух дефектных изоляторов, измерение напряжения на изоляторах с помощью штанги и сопоставление результатов с установленными нормами не выявило бы наличие в ней дефектных изоляторов. Наличие дефекта обнаруживается только тепловизором.
В гирлянде № 5 по показаниям мегомметра один дефектный изолятор -первый. Однако, несмотря на высокое сопротивление по постоянному току -2000 Мом, третий изолятор также является дефектным, поскольку данная ситуация обнаруживается и УД. Очевидно, что напряжение мегомметра 2,5 кВ не достаточно для выявления дефектности третьего изолятора.
В гирлянде № 6 по показаниям мегомметра один дефектный изолятор с достаточно высоким сопротивлением - 180 МОм. Данная ситуация показывает высокую чувствительность тепловизионного метода для выявления дефекта на ранней стадии его развития.
Гирлянда № 7 это гирлянда № 5, прошедшая повторные измерения на следующий день. Сравнение результатов в 5 показывает, что уменьшение влажности воздуха привело к увеличению сопротивлений изоляторов по постоянному току, измеренных мегомметром, а также исчезли разряды, фиксируемые УД. Тепловизионная картинка осталась практически неизменой.
В гирлянде № 8 два исправных изолятора имеют очень высокое сопротивление, поэтому из-за слабого тока через гирлянду обнаружение дефекта тепловизионным методом весьма затруднительно, даже при наличии очень высокочувствительного тепловизора. В этой ситуации дефект может быть обнаружен с помощью штанги. Следует отметить, что данная ситуация искусственная и в реальных условиях редка, поскольку появление в гирлянде одного «нулевого» изолятора неизбежно приводит к перераспределению напряжения в гирлянде и постепенной деградации других изоляторов.
В гирлянде № 9, хотя сопротивление первого и третьего изоляторов по постоянному току большое, степень деградации гирлянды высокая, что легко обнаруживается всеми имеющимися диагностическими приборами.
Результаты, полученные на гирлянде № 10, наглядно показывают проявление эффекта неоднозначности при диагностике по тепловому излучению. На термограмме наличие дефекта не проявляется, хотя по данным других диагностических приборов и гирлянде явно имеется два дефектных изолятора.
Полученные в результате описанных выше теоретических и экспериментальных исследований результаты позволили получить расчетные формулы для описания зависимости ATpj и Up, от R-ц с достаточной точностью, что дало возможность исследовать связь между внешними признаками состояния гирлянды изоляторов (напряжение, температура, наличие ПЧР) и внутренней характеристикой - активным сопротивлением изоляторов, которое является определяющим при оценке дефектности изоляции. Результаты работы позволяют более точно определять возможные состояния изоляции. Кроме того, исследование зависимостей ATpj и Upi от Raj подсказало идею более эффективного метода контроля состояния изоляции и позволило сформулировать требования к диагностическому оборудованию.
В качестве примера, на рис. 13-18 показаны графики зависимостей модуля разности температур между изоляторами (ЛТі2І, АТіз, ІАТззІ) и напряжениями на них (JUi, IU2I, IU3I) от величины активного сопротивления на одном из изоляторов Rai. Семейство графиков построено для фиксированного значения Ra3—1,0-Ю9 Ом и дискретных значений R равных 1-Ю6 Ом, 1-Ю7 Ом, 1-Ю8 Ом и 1-Ю9 Ом. Таким образом, заведомо считается, что работоспособность гирлянды сохраняется, когда хотя бы один из изоляторов является исправным.
Метод выявления дефектного состояния изоляции многоэлементной изолирующей конструкции
Предлагаемый метод [88] предназначен для выявления дефектной многоэлементной или многозвенной изолирующей конструкции, например, гирлянды изоляторов, опорного, стержневого или проходного изоляторов, с помощью приборов дистанционной регистрации интенсивности теплового излучения и интенсивности излучения ПЧР.
Техническим результатом при реализации метода является возможность выявления дефектов на ранней стадии их развития и повышение достоверности определения состояния изоляции.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом методе, включающем регистрацию пространственного распределения интенсивности теплового излучения и интенсивность излучения от поверхностных частичных электрических разрядов (ПЧР) многоэлементной высоковольтной изолирующей конструкции, находящейся под переменным напряжением в установившемся температурном режиме, состояние изоляции определяют по величинам среднего и среднеквадратического отклонения в зарегистрированном распределении теплового излучения и величине интенсивности излучения ПЧР. При этом считают конструкцию дефектной, если хотя бы одна из полученных величин - среднее, среднеквадратическое отклонение или интенсивность излучения ПЧР превышает установленное для каждой из них пороговое значение- Пороговые значения определяются в аналогичных метеоусловиях.
Оптимальные пороговые значения могут быть установлены при диагностике такой же изолирующей конструкции, один из элементов которой имеет активное сопротивление равное минимально допустимому значению, установленному для исправной изоляции, а сопротивления всех остальных элементов выше и близки к предельным (более 1 ГОм). При этом пороговое значение для среднего в пространственном распределении теплового излучения устанавливают равным интенсивности теплового излучения элемента с наименьшим активным сопротивлением. Например, для фарфоровых изоляторов ПФ-70 предельно высокое активное сопротивление около 3 ГОм, а минимально допустимое по инструкции для изоляции считающейся исправной -300 МОм.
При диагностике в одинаковых метеоусловиях большого числа идентичных многоэлементных изолирующих конструкций, например гирлянд изоляторов на КС или ВЛ, пороговые значения можно установить при последующем анализе по конструкции один из элементов которой имеет наибольшую интенсивность теплового излучения, а интенсивность теплового излучения остальных не превышает среднего значения, полученного по всем конструк циям. При этом пороговое значение для среднего в пространственном распределении теплового излучения устанавливают по элементу с максимальной интенсивностью теплового излучения. Определение пороговых значений, таким образом, возможно при условии когда общее число дефектных элементов значительно меньше исправных, что почти всегда наблюдается на практике. Получаемое в результате среднее соответствует значениям для исправной изоляции с большим активным сопротивлением.
Принцип, заложенный в метод, поясняется следующим. В общем случае i-ый элемент изолирующей конструкции, например изолятор в гирлянде, можно представить как параллельное соединение активного сопротивления Ri и емкости Q. Выражения для действующего напряжения Ui и активной мощности Pj, выделяемой на элементе при протекании через него переменного тока I с частотой со, имеют следующий вид: ui=T=L_, (3.1) Рі=і2ї7 Ьіг (12)
Из выражений (3.1) и (3.2) следует, что чем меньше активное сопротивление изолирующего элемента, тем меньше напряжение на нем. В тоже время Pj имеет неоднозначную зависимость от Rj. Активная мощность имеет максимум при Rj равном . При Rj большем , Pj увеличивается с G)Cj coCj уменьшением Rj ,а при Rj меньшем уменьшается. Например, для под соС} весного фарфорового изолятора ПФ-70, собственная емкость которого лежит в пределах 30-70 пФ, максимум тепловыделения достигается при значениях Ri от 45 до 100 МОм соответственно. Поскольку активные сопротивления изоляторов в гирлянде могут иметь значения от нескольких ГОм для исправных до нескольких МОм для «нулевых», то одна и та же мощность тепловы деления может характеризовать два существенно разных состояния изоляции - исправное и неисправное. «Нулевой» элемент - изолятор, на котором падение напряжения близко к нулю. Однако, если рассматривать изолирующую конструкцию в целом, то исправное и неисправное состояния элемента можно отличить по изменению тепловыделения всей конструкции. Так, если происходит снижение активного сопротивления і-го элемента конструкции, то на начальной стадии деградации, когда Ri значительно больше и изоляция ее считается еще исправной, это приводит к повышению тепловыделения только на нем, поскольку распределение напряжения по элементам в конструкции практически не изменяется. Дальнейшее снижение сопротивления и переход в дефектное состояние приводит к перераспределению напряжения в конструкции и повышению тепловыделения на других элементах. Таким образом, дефектное состояние можно отличить по изменению пространственного распределения интенсивности теплового излучения всей конструкции. Величинами, характеризующими распределение, являются среднее и среднеквадратическое отклонение. Для определения состояния изоляции необходимо использовать обе эти характеристики распределения. Так, снижение активного сопротивления одного из элементов конструкции однозначно приводит к некоторому увеличению средней интенсивности излучения конструкции. Однако ее заметное увеличение происходит при снижении активного сопротивления ца нескольких элементах конструкции.
