Содержание к диссертации
Введение
Методы контроля изоляции воздушных линий электропередачи и открытых распределительных устройств высокого напряжения 12
1.1. Нормированные методы контроля 12
1.2. Ненормированные методы контроля 17
1.3. Выводы по главе 34
Пространственно-временные и энергетические характеристики коронных и поверхностных частичных разрядов 35
2.1. Исследования поверхностных частичных разрядов 38
2.1.1. Амплитудные распределения 39
2.1.2. Исследование ои пчр на фарфоровых тарельчатых изоляторах 44
2.1.3. Измерения характеристик ои пчр при увлажнении и загрязнении подвесных изоляторов 53
2.1.4. Определение напряжений возникновения и погасанияпчр 57
2.1.5. Определение временных интервалов горения пчр в полупериодах напряжения 60
2.2. Спектр оптического излучения разрядных процессов 64
2.3. Исследование спектрального состава излучения пчр при увлажнении и загрязнении изоляторов 69
2.4. Исследование возникновения разрядов в трещинах и микротрещинах фарфора, математическая модель 72
2.5. Выводы по главе 76
Разработка электронно-оптического дефектоскопа «филин-6» 79
3.1. Основные технические требования, предъявляемые к дефектоскопу 80
3.2. Особенности распространения оптического излучения в атмосфере и отражения от поверхности 83
3.3. Расчёт требуемой чувствительности и выбор фотоприёмника 88
3.3.1. Расчёт чувствительности ccd камеры 89
3.3.2. Расчёт чувствительности эоп 95
3.3.3. Расчёт чувствительности iccd камеры 98
3.4. Выбор входного объектива 99
3.5. Разработка способов защиты от фоновых засветок 101
3.6. Разработка устройств записи информации 106
3.7. Разработка макетного образца эод «филин-6» . 108
3.8. Разработка программного обеспечения для обработки изображений по
3.9. Определение коэффициента пересчета кажущейся силы света в изображении пчр на экране эоп с учетом действия автоматической регулировки яркости 119
3.10. Пути совершенствования аппаратуры и программного обеспечения 121
3.11. Выводы по главе 122
Разработка методик оптической диагностики высоковольтных изоляционных конструкций 124
4.1. Локация дефектов проводов и арматуры 124
4.2. Контроль подвесной фарфоровой изоляции 129
4.3. Контроль степени загрязнения поверхности изоляторов 134
4.4. Контроль состояния опорной изоляции 137
4.5. Контроль полимерных композиционных изоляторов 144
4.6.контролб состояния полупроводящих покрытий стержней электрических машин 147
4.7. Выводы по главе 148
Заключение 149
Список использованных источников 153
Приложение а. Проект рекомендаций по дистанционному оптическому контролю изоляции воздушных линий электропередачи и распределительных устройств переменного тока напряжением 35 - 1150 kb 162
- Ненормированные методы контроля
- Исследование ои пчр на фарфоровых тарельчатых изоляторах
- Особенности распространения оптического излучения в атмосфере и отражения от поверхности
- Контроль степени загрязнения поверхности изоляторов
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение надёжности электроснабжения и обеспечение безопасности персонала при работе с электрическим оборудованием являются важными задачами энергетики. Не последнюю роль в их решении играет повышение надёжности изоляционных конструкций оборудования воздушных линий электропередачи (ВЛ) и подстанций (ПС). Основными причинами отказа изоляции ВЛ и ОРУ ПС являются пробой фарфоровой изоляции и разрушение стеклянных деталей изоляторов, снижение напряжения перекрытия изоляции вследствие загрязнения её поверхности, а так же появление микротрещин в опорно-стержневых изоляторах. Отказы могут быть вызваны некачественным исполнением изоляторов, нарушениями технологии монтажа, техногенными и климатическими воздействиями.
Действующими нормативными документами регламентируются объемы и виды технического обслуживания электрооборудования, в частности, методы и нормы диагностики изоляционных конструкций. Однако существующие методы контроля не соответствуют современным требованиям. К тому же уменьшение численности персонала и времени, отводимого на реализацию профилактических мероприятий при отключенном оборудовании, остро ставит вопрос о создании методов контроля под рабочим напряжением.
В последнее время были сделаны попытки создания таких методов на основе контроля электромагнитного, инфракрасного и ультрафиолетового излучения оборудования. Но, за исключением инфракрасного, они не имеют широкого распространения в практике работы энергосистем. Причиной тому была недостаточная помехозащищенность и, соответственно, низкая чувствительность и точность измерений. Таким образом, имеется проблема, создания дистанционных методов контроля изоляционных конструкций ВЛ и ПС под рабочим напряжением. Поэтому создание новой аппаратуры и методик для данного контроля или усовершенствование старых является актуальным.
Одним из перспективных является способ контроля электрических свойств конструкций по оптическому излучению коронных (КР) и поверхностно-частичных разрядов (ПЧР) на них. В связи с тем что, электронная техника постоянно развивается, сегодня стало возможным создание новой аппаратуры, которая бы удовлетворяла требованиям по точности и чувствительности, а так же создание методик, дающих достоверные результаты.
Основываясь на опыте предыдущих лет и исходя из выше изложенного, целью настоящей работы является, создание современной аппаратуры и совершенствование методик для дистанционного профилактического контроля высоковольтной изоляции ВЛ и ОРУ по характеристикам излучения КР и ПЧР. В основу аппаратуры для регистрации излучения разрядов положены современные усилители яркости изображения - электронно-оптические преобразователи (ЭОП) и гибридные высокочувствительные цифровые камеры (ICCD), В качестве объекта исследований в данной работе выбрано оборудование электрических сетей. Предметом исследований является профилактический и послеаварииныи контроль внешней изоляции электрического оборудования. Используемые в данной диссертационной работе методы исследования заключаются в аккумулировании опыта эксплуатации, применении экспериментальных исследований, включая реальные условия эксплуатации, а также в создании математических моделей дефектного оборудования для анализа контролируемых параметров.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи.
Получить данные о зависимости характеристик оптического излучения (ОИ) ПЧР от напряжения на подвесных изоляторах в различных условиях.
Определить характеристики ОИ ПЧР, которые могут лечь в основу дистанционного профилактического контроля изоляции.
На основе анализа теоретических и экспериментальных данных сформулировать требования к электронно-оптическому дефектоскопу (ЭОД) изоляции, учитывающие специфику и особенности проведения измерений на действующих электроэнергетических объектах.
7 Обосновать способы помехозащищенности измерения ОИ ПЧР.
Создать и испытать ЭОД нового типа.
Разработать новые, усовершенствовать прежние и внедрить методики контроля состояния внешней изоляции высоковольтного оборудования ВЛ и ОРУ ПС высокого и сверхвысокого напряжения.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту Теоретически и экспериментально установлено, что для обеспечения требуемой чувствительности регистрации КР и ПЧР приемник оптического излучения должен иметь пороговую освещенность не хуже 10"6 Лк. Для обеспечения максимального отношения «сигнал-шум» при работе с внешней освещенностью более 100 Л к на входном объективе должен устанавливаться светофильтр с полосой пропускания 280-320 нм, а прибор должен работать в стробирующем режиме со скважностью не менее 10. Для работы при больших фоновых засветках наиболее пригодны ЭОП и ICCD камеры с теллур - цезиевым фотокатодом.
Удельную поверхностную проводимость слоя загрязнения естественного происхождения можно определить по соотношению силы света ПЧР в двух участках спектрального диапазона: 400 — 600 и 600 - 800 нм. Обоснованы количественные критерии контроля опорно-стержневых фарфоровых изоляторов. В частности, установлено, что ПЧР в микротрещинах с типичными размерами 150 - 500 мкм возникают при напряженности электрического поля в них более 35 кВ/см. В наиболее распространенных изоляторах типа ИОС-110 это условие в сухую погоду выполняется только в зоне 0 - 0,12 м от верхнего фланца. При туманах или моросящем дожде трещины могут быть обнаружены в любой части изоляторов. Опорно-стержневые изоляторы с водонаполненным фарфором в колонках разъединителей 220 кВ и выше могут быть выявлены с помощью ЭОД по возникновению КР на нижнем фланце, если содержание влаги в фарфоре превышает 5 % от его объема.
8 б. Показано, что при обработке записанной визуальной информации изображения ПЧР и фоновые блики на изоляторах можно разделить методом нелинейного метода контрастирования с применением оператора Собела.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась проведением испытаний и измерений на аттестованном оборудовании высоковольтного испытательного комплекса СибНИИЭ, СКТБ «Точприбор» Новосибирского приборостроительного завода. Испытания и измерения проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 1516.2 -76, 20074 -83, 10390 -86, 15150 -69, стандартов МЭК и других нормативных документов. Результаты работы подтверждены опытом эксплуатации аппаратуры и методик.
Практическая значимость работы
Создана серийно выпускаемая модель ЭОД «Филин-6». На основе разработанных требований ведётся разработка ЭОД «Филин-7» на новой элементной базе с использованием камер ICCD. Подготовлена и проходит обсуждение в департаментах ОАО «ФСК ЕЭС», ВНИИЭ и НИИПТ третья редакция проекта методических рекомендаций по оптическому контролю изоляционных конструкций.
Внедрение результатов работы
Разработанные методика и аппаратура внедрены в филиале ОАО «ФСК ЕЭС» БП «Электросетьсервис» для контроля состояния оборудования при обследованиях В Л и ПС во всех МЭС ОАО «ФСК ЕЭС».
В настоящее время, более семидесяти ЭОД «Филин-6» применяются в России («Свердловскэлектроремонт», МЭС Урала, ОАО «Кузбассэнерго», «Красноярскэнерго» и др.), Белоруссии, Украине, Казахстане, Китае и Ю. Корее. Методика и аппаратура используется в научно-исследовательских работах ОАО «СибНИИЭ».
Апробация
Отдельные результаты работы обсуждались на научных семинарах СибНИИЭ, НГТУ, конференциях РАО «ЕЭС России», научно-технических семи-
нарах энергетического совета СНГ, Уральского Совета по диагностике, международном симпозиум исследовательского комитета ИК 33 СИГРЭ.
Результаты работы опубликованы в 7 печатных трудах, в т.ч. 2 статьях и 5 докладах.
10 Объем и краткое содержание работы
Общий объем работы - 203 страницы. Диссертационная работа изложена на 161 страницах текста, иллюстрируется 61 рисунками и 11 таблицами. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложения и списка использованных источников из 104 наименования.
Первая глава посвящена обзору существующих нормативных и ненормативных методов диагностики состояния изоляционных конструкций ВЛ и ПС. В ней показаны недостатки и достоинства тех или иных методов.
Во второй главе представлены результаты экспериментальных исследований характеристик КР и ПЧР на проводах и изоляторах. Приведены результаты исследования спектрального состава ОИ КР и ПЧР, в том числе на чистой и загрязненной изоляции. Определено напряжение возникновения и погасания ПЧР на изоляторах, а так же период их горения. Промоделированы условия возникновения разрядов в трещинах опорно-стержневых изоляторах.
Третья глава посвящена разработке аппаратуры для дистанционной регистрации КР и ПЧР на электрооборудовании. Определены основные технические требования, проведён расчёт чувствительности приёмника излучения и технический расчёт основных элементов. Показаны особенности распространения ОИ в атмосфере. Определены способы повышения помехозащищённости аппаратуры. Разработан алгоритм и программное обеспечение для обработки результатов обследования.
Четвёртая глава описывает методики контроля электрооборудования. В частности, определение места дефектов арматуры и проводов, контроль подвесной фарфоровой, стеклянной и полимерной изоляции, методика определения степени загрязнения изоляторов, локация трещин и внутренних дефектов в опорной изоляции, проведен тепловой расчёт опорного изолятора с увлажненным фарфором.
В заключении приводятся основные выводы по результатам работы.
В приложении представлен проект рекомендаций по дистанционному контролю изоляции В Л и РУ переменного тока напряжением 35 — 1150 кВ электронно-оптическими дефектоскопами типа "ФИЛИН".
Ненормированные методы контроля
Все описываемые ниже методы являются методами косвенной оценки степени снижения изолирующей способности изоляционных конструкций. Ряд методов прошел или проходит испытания в энергосистемах страны, однако "Нормами..." они не регламентируются и используются лишь как дополнительные меры контроля, позволяющие увеличить сроки между проведением основных измерений.
Метод контроля поверхностной проводимости. Используется для сравнения источников загрязнения по их опасности для изоляции ВЛ и выбора наиболее эффективных мероприятий, предотвращающих перекрытия загрязненной изоляции (усиление изоляции, обмыв, чистка изоляции, нанесение гидрофобных покрытий). При измерениях определяются характеристики поверхностного слоя загрязнений и определяются разрядные характеристики изоляторов, загрязненных в естественных условиях.
Рекомендуется проводить измерения на специально установленных изоляторах. При необходимости определения участка ВЛ, подверженного загрязнениям опасного уровня, производится выборочный демонтаж изоляционных конструкций ВЛ и ОРУ с последующим определением характеристик слоя загрязнения и(или) разрядных напряжений.
При измерениях определяют характеристики поверхностного слоя загрязнений в нескольких участках поверхности, оценивают неравномерность загрязнения верхней и нижней поверхности изолятора. Затем по вероятностным кривым напряжения перекрытия, полученным в стендовых испытаниях при различных проводимостях и неоднородностях загрязнений, прогнозируют изолирующую способность изоляторов [6, 7]. С определенной погрешностью, зная характеристики слоя загрязнения, напряжение перекрытия можно рассчитать численными способами [8]. В случае если загрязнения определяются только уносами промышленных предприятий, можно вычислить толщину и проводимость слоя загрязнения при полном увлажнении, а также вла-горазрядное напряжение изоляции [9]. На полимерных изоляторах вместо этого или дополнительно с характеристиками слоя загрязнения проверяют угол смачивания поверхности ребер [6]. На новых или не потерявших своих гидрофобных свойств изоляторах угол смачивания превышает 90. После длительной эксплуатации на изоляторах нормального качества угол смачивания поверхности снижается менее чем на 20. Поэтому изоляторы, потерявшие свои свойства под действием окружающей среды и поверхностных разрядов или с толстым слоем загрязнения, демонстрируют менее выраженные гидрофобные свойства. Предполагается, что угол смачивания поверхности впоследствии войдет в нормы для разных материалов как показатель состояния оболочки.
Очевидно, полученные таким образом данные предоставляют персоналу необходимую информацию о связи разрядных характеристик и загрязнения в данных конкретных условиях. Однако, для ее получения необходимы очень большие затраты времени и труда. Опыт энергосистем показывает, что существует потребность оперативного отыскания особо загрязненных гирлянд, например, при наличии на трассе ВЛ локальных источников загрязнения ("микрозоны"). Известные "отключения на заре" часто связаны именно с такими условиями эксплуатации В Л [10]. Погрешности метода, обусловленные влиянием локальных дефектов, как отдельных изоляторов, так и гирлянд В Л или колонок опорных изоляторов, велики - порядка 25%.
Методы регистрации токов утечки. При равномерном загрязнении изоляторов существует определенная связь между различными характеристиками и предразрядными токами утечки [11]. Однако, токи утечки существенно зависят и от типа изоляторов, неравномерности загрязнения и увлажнения изоляторов. Количественно их связь с изолирующей способностью не установлена, несмотря на многочисленные исследования и разработки. Наиболее полно разработана методика, в которой используется четкая зависимость между падением напряжения на изоляторах и появлением резко выраженной третьей гармонической составляющей и заглублением ПЧР в тело изолятора, то есть с появлением так называемой "опорной точки" микродуж 19 ки ПЧР [12-14]. Поскольку ПЧР на этой стадии развития становятся разрушающими, можно использовать для целей профилактического контроля регистраторы третьей гармоники напряжения на изоляторах с порогом чувствительности, величину которого можно определить в каждом отдельном случае. Метод, по-видимому, останется лабораторным и не найдет применения для массового профилактического контроля изоляции.
Метод контроля качества изоляторов по величине тангенса угла диэлектрических потерь. Величина /g8 хорошо коррелирует не только с основными электрическими (напряжение перекрытия, внутренняя электрическая прочность фарфора и др.), но и термомеханическими характеристиками (прочность на разрыв, стойкость к термоударам) [15]. Методика нашла уже достаточно широкое применение на железных дорогах страны, но, большей частью, для наземной проверки изоляторов, выбираемых для замены вышедших из строя, чем непосредственно в контактной сети.
Также утверждается, что фарфоровые изоляторы, имеющие сопротивление постоянному току более нормированных 300 МОм, примерно в 30% случаев оказываются неспособными выдержать 50 кВ без перекрытия и не гарантируют номинальной механической прочности. Примерно 10% изоляторов бракуются сразу после транспортировки с завода—изготовителя или после 5-летнего хранения на складе.
Метод тепловизионного контроля. Метод основан на дистанционном определении температуры контактных соединений проводов и изоляции по интенсивности и спектральному составу инфракрасного излучения с использованием тепловизоров или пирометров. С помощью тепловизоров успешно решается широкий круг задач по выявлению скрытых дефектов энергетического оборудования, связанных с возрастанием диэлектрических потерь в изоляции или нагревом контактных соединений [6, 16, 17-20]. Техника регистрации и обработки тепловых изображений за последние пять лет достигла впечатляющих высот
Исследование ои пчр на фарфоровых тарельчатых изоляторах
Для статистически достоверного определения эмпирических зависимо „ Утях/ V_ стеи /у и /у были проведены прямые измерения этих величин на большом количестве изоляторов одного типа.
Объектом исследований были выбраны широко распространенные фарфоровые изоляторы ПФ - 6 (ранее, ПМ - 4,5), так как в настоящее время во многих энергосистемах страны осуществляется замена этих изоляторов на стеклянные. Как правило, заменяется изоляция на протяженных участках ВЛ без учета реального состояния существующей изоляции. Проведение выборочной замены только дефектных гирлянд или изоляторов могло бы существенно снизить затраты трудовых и материальных ресурсов с одновременным сохранением имеющейся изоляции и повышением надежности ВЛ. С целью выявления характерных дефектов и их связи с характеристиками ПЧР испытаниям были подвергнуты 140 изоляторов из 23-х гирлянд, демонтированных с ВЛ ПО кВ после более чем тридцати лет эксплуатации. На этих же изоляторах исследовались характеристики ПЧР при загрязнении и увлажнении изоляции, что позволило исследовать корреляционные связи между напряжением перекрытия изоляторов, их диэлектрическими характеристиками, напряжением возникновения и погасания ПЧР и их оптическими характеристиками.
При определении зависимости / напряжение на изоляторах увеличивалось ступенями по 2 кВ, начиная с возникновения ПЧР и до 30 кВ.
При статистической обработке результатов измерений вычислялись средние значения (у) t среднеквадратичные отклонения с, коэффициенты вариации v. Для оценки вида статистики распределений вычислялись коэффициенты асимметрии gj и g2. Анализ данных таблицы 2.1 позволяет сделать вывод о том, что рас У/ пределение /уп при фиксированных напряжениях на изоляторах существенно отличается от распределения по нормальному закону.
Как известно, [59, 60], нормальному закону распределения соответствуют значения коэффициента асимметрии gi близкие к нулю, а коэффициента эксцесса g2t то есть "крутости" распределения — близкие к трем. В нашем случае коэффициент асимметрии был всегда положителен, что означает наличие длинной "правой ветви" у кривой распределения, коэффициент эксцесса всегда отличался от 3. Поэтому, для выяснения теоретического закона, которому подчинялись распределения силы света ОИ ПЧР при фиксированных напряжениях, был проведен статистический анализ полученных данных.
Для проведения статистического анализа необходимо построение кумулятивных функций, "многоугольников" распределений и их гистограмм [61, 62]. В рассматриваемом случае общее число измерений сравнялось 840, поэтому в соответствии с формулой Серджента [63], количество интервалов разбиения выбиралось равным 10: n = l + 3$2-l0g{N), (2.8)
Поскольку максимальное относительное изменение СС не превышало 500, ширина интервалов разбиения равнялась 50, середины интервалов были кратны 25 и отличались от первого интервала вЗ,5,7, ...., 19 раз. Результаты разбиения по интервалам сведены в таблицу 2.2 и иллюстрируются рис. 2.4,а.
Распределения СС ОИПЧР при фиксированных напряжениях а - Многоугольники распределений СС ОИПЧР при фиксированных напряжениях № инт., п.п. 23456789 10 б - кумулятивная линия распределения Рис. 2.4 "Строки" таблицы соответствуют интервалам разбиения, в "столбцах" сгруппированы данные, относящиеся к фиксированным напряжениям. В числителе указаны количества наблюдений, попавших в данный интервал при данном напряжении, в знаменателе - соответствующая частость. В последнем столбце приведены данные, соответствующие суммарному распределению всех 840 измерений (рис. 2.4,6).
Из данных, приведенных в таблице 2.2, видно, что при рабочих напряжениях, то есть при напряжениях, не превышающих 20 кВ, превышение силы света ОИ ПЧР над начальным уровнем в 7 раз, обусловленное статистическим разбросом, встречалось в 5 из 360 случаях или в 1,4 %. Превышение в 9 раз наблюдалось только в одном случае, т.е. в 0,28 %. С другой стороны, при повышении напряжения сверх номинального рабочего, СС ПЧР резко возрастала. Соответственно уменьшалось число слабых ПЧР, "центр тяжести" распределений смещался к большим значениям СС (см. рис. 2.4,а).
Анализ распределений и литературных данных [63, 64] показал, что распределение СС ОИ ПЧР на изоляторах при фиксированных напряжениях подчинялось распределению Вейбулла. Как известно, это трехпараметриче-ское распределение описывается функцией вида: л;—6 1Гб. /фсДР,5) = 1-? tX 5t (2.9) где Р 0, в 0, 5 0. Параметр Р называется параметром формы или угловым коэффициентом распределения Вейбулла, в - параметром масштаба, а 5-параметром сдвига. В случае двухпараметрического распределения 5 = 0 и функция распределения принимает вид:
Особенности распространения оптического излучения в атмосфере и отражения от поверхности
Рассмотрим детали некоторых процессов и порядок величин характерных коэффициентов. Так для молекулярного рассеяния при длине волны излучения X = 0,55 мкм и в отсутствие аэрозольных частиц \lP = 1,2-Ю"4 м"1, поэтому данный процесс можно исключить из дальнейшего рассмотрения. В достаточно чистой атмосфере в видимой области спектра JI (1-2) -10" м", в дымных средах ц. (0,3-3) -10" м", а в плотных туманах ц 0,3 м" [79]. Для большей определенности можно произвести расчеты ослабления света в тумане по эмпирической зависимости [81]: ц(Х)«3,9-а)(Х)-&7Г\ (3.3) где (о(К)- коэффициент, учитывающий рассеяние на каплях тумана, слабо зависящий от длины волны: в пределах X = 0,2—0,8, мкм с погрешностью не более 1% он может быть принят равным 1; Sm - метеорологическая дальность видимости.
Для практических случаев, связанных с диагностикой В Л, можно при-нять Sm 100 м, что означает ц. 3,9-10" м" . Иначе говоря, ослабление, вносимое туманом небольшой плотности, при небольших расстояниях невелико по сравнению с общим поглощением в атмосфере. Это объясняется большими, по сравнению с Xt размерами капель тумана.
Приведенные соотношения (3.1) и (3.2), устанавливающие экспоненциальный закон ослабления справедливы, строго говоря, только для монохроматического излучения, или, как в случае с (3.3), при слабой зависимости поглощающих свойств среды от длины волны. При этом воздух применительно к распространению ОИР можно считать относительно нейтральной средой только в видимой части спектра, где относительно невелико число полос поглощения, а внутри их невелики сечения взаимодействия фотонов с молеку 85 лами. Таким образом, для видимого спектра среду можно считать нейтральной, а ослабление в ней света, подчиняющимся закону Бугера-Бера с малыми величинами у..
Если рассматривать диапазон ультрафиолета, то в нём взаимодействие света с атмосферными газами неизмеримо сложнее и может привести к существенным изменениям регистрируемой энергии излучения в зависимости от расстояния между ее источником и приёмником излучения. Для сплошного спектра в специальной литературе известны только некоторые обобщенные характеристики пропускания атмосферы [80-82], представленные на рис.3.2 в виде зависимости коэффициента пропускания от длины волны солнечного спектра.
Как мы выяснили в п. 2.2, ОИР в зависимости от вида и физического механизма может иметь два существенно различных вида спектрального распределения: полосатый с едва заметным континуумом при КР и ПЧР на сухой поверхности изоляции, и, наоборот, практически состоящий из одного континуума при ПЧР в форме микродужек на загрязнённой и увлажнённой поверхности изоляторов.
Наиболее сложным является вопрос о поглощении излучений с линейчатыми и полосатыми спектрами, т.к. оно является, по существу, резонансным по отношению к окружающей среде — воздуху.
Основные линии интенсивности свечения КР находятся на длинах волн 298 нм, 317 нм, 337 нм и 357 нм [83].
Для экспериментальной проверки зависимости яркости проходящего через воздух ОИР от расстояния в качестве фотоприемника использовался фотоэлектронный умножитель ФЭУ-39А с диапазоном спектральной чувствительности 300-600 нм. Объектом излучения служил скользящий разряд по поверхности диэлектрика с дозированной энергией излучения. Каждый импульс создавался разрядом собственной емкости образца С=30 нФ, заряженной до напряжения /=4 кВ, и имел заряд 120 нКл. Выходной сигнал ФЭУ, сформированный на нагрузочном резисторе 1 кОм, регистрировался с помощью пикового детектора. Нормирование сигнала ФЭУ на угловую минуту осуществлялось изменением радиуса входной диафрагмы при различных расстояниях от источника излучения до приемника.
Телесный угол П зрения в минутах определялся через соотношение tgl=Ro/l, где /?о=0,2-0,5 см — радиус диафрагмы на входе кварцевой линзы, которая использовалась в качестве объектива. При работе в УФ-спектре перед линзой устанавливались также поочередно либо полосовой фильтр, либо специально изготовленный интерференционный светофильтр с центральной длиной волны 337,1 нм. Оба фильтра имели в своей основе цветное стекло УФС-6 [84], но в интерференционном фильтре на него напылялось около 50 отражающих и поглощающих слоев.
Контроль степени загрязнения поверхности изоляторов
На рис. 4.9 приведены изображения изоляторов в камере тумана полученные с помощью фильтра диспергатора. Часть из них снималась через фотоаппарат, а часть через ЭОД «Филин-б». На рис, 4.9, а изображен изолятор со степенью загрязнения II. Как видно из рисунка интенсивность свечения разряда в синей и красной области примерно одинаковы. При увеличении степени загрязнения «красные» изображения становятся заметно ярче «синих». Например, на эопограмме фрагмента ПЧР (рис. 4.9,6) правое изображение соответствует красному, а левое - голубому участку спектра излучения. Отношение интенсивностей (/кр/ Л:ин) = 3 в данном случае по (4,1) дает величину поверхностной проводимости слоя загрязнения % = 10,5 мкСм, что соответствует III СЗА. При еще большем загрязнении поверхности изоляторов, в том числе полимерных, (рис. 4.9,в) «красное» изображение становилось настолько ярким, что вызывает перегрузку фотослоя и ореол в изображении. Чтобы избежать перегрузки приходилось загрублять диафрагму. Но при снижении общей чувствительности, только «красное» изображение и остается видным (рис. 4.9,г).
Кроме того, почти монохромные изображения, получаемые на экране дефектоскопа, значительно легче сравниваются глазом оператора и обрабатываются программой. Отметим, что предложенные эмпирические выражения для количественной оценки степени загрязнения изоляторов справедливы только для разработанной аппаратуры.
Данный контроль производится при полном увлажнении изоляции, а полное увлажнение слоя загрязнения на изоляторах достигается только при воздействии тумана или сильной мороси, что ограничивает его эффективность. Тем не менее, автору и его коллегам приходилось несколько раз работать в таких условиях. В большинстве случаев в сырую погоду приходилось обследовать ОРУ подстанций 500 кВ, которые располагаются обычно в зонах с чистой атмосферой, и «голубое» изображение ПЧР было почти одинаковым по яркости с «красным». В излучении короны всегда преобладала голубая часть спектра, что каждый раз помогало отличать ее от ПЧР.
Каждый год в энергосистемах страны происходят аварии (с различными последствиями) по причине поломки опорно-стержневых изоляторов. Поэтому большой интерес представляет возможность обнаружения трещин и микротрещин в стержневых фарфоровых изоляторах с помощью ЭОД под рабочим напряжением.
В диагностике микротрещин и, прежде всего, наиболее опасных магистральных трещин наиболее объективные результаты дает метод акустической эмиссии [101]. Одним из серьезных недостатков этого метода является необходимость отключения оборудования для проведения испытаний изоляторов. Конечно, схемы ОРУ обеспечивают возможность поочередного вывода оборудования из работы, но каждое переключение требует согласования с диспетчерами энергосистемы, что хлопотно и не всегда возможно по режиму работы. Каждое переключение уменьшает ресурс коммутационного оборудования и чревато опасными следствиями для изоляции оборудования из-за возникновения коммутационных и высокочастотных перенапряжений. Поэтому задача контроля опорной изоляции в рабочем режиме под напряжением не теряет актуальности.
Микротрещины появляются на начальной стадии разрушения фарфора. Они несут скрытую угрозу для конструкции в целом. При внешних климатических воздействиях в микротрещину попадает влага, которая, при уменьшении температуры ниже 0 градусов, превращается в лёд и приводит к образованию трещины и поломке изолятора. Чаще всего дефект начинает образовываться в районе армировочного шва, из-за разного коэффициента температурного расширения чугуна и фарфора. Именно армировочный шов, по мнению автора, является самым «слабым» местом в изоляторах российского производства [102]. Его заделка на заводе-изготовителе оставляет желать лучшего. Хотя в последнее время и наметились положительные тенденции в производстве опорно-стержневых изоляторов, например ИОС-110-400(600)-М УХЛ1. Данные изоляторы дополнительно герметизируют армировочные швы силиконовыми герметиками типа Parasilico S 408.
Оптический контроль имеет ограниченную возможность по контролю опорных изоляторов. Когда погода сухая, поверхностные частичные разряды могут наблюдаться в самих микротрещинах, если они расположены недалеко от места наибольшего потенциала в конструкции. Если микротрещины наполнены грязью, то в сырую погоду поверхностные частичные разряды появляются рядом с ними из-за локального увеличения напряженности электрического поля. Двукратный контроль конструкции в сухую и влажную погоду обеспечивает приемлемую надежность выявления микротрещин данным методом. На рис. 4.10 приведена типичная эопограмма свечения поверхностные частичные разряды в трещинах опорного изолятора.
