Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ методов и технических средств измерения ЧР
1.1. Основные методы и средства регистрации ЧР 11
1.2. Особенности контроля силовых трансформаторов и реакторов ... 14
2 Электрические воздействия на схемы регистрации частичных разрядов в трансформаторном оборудовании под рабочим напряжением
2.1. Условия измерений и контролируемые параметры 37
2.2. Основные характеристики сигналов и помех 38
2.3. Влияние коронных разрядов на регистрацию ЧР 40
2.4. Экспериментальные измерения характеристик коронного разряда на элементах силовых трансформаторов 47
2.5. Искровые разряды 53
2.6. Тиристоры 53
2.7. ВЧ-связь 57
2.8. Методы снижения влияния помех 58
3 Регистрация ЧР в изоляции трансформаторов 500 kb в условиях эксплуатации
3.1. Основные характеристики ЧР в изоляции трансформаторов 70
3.2. Требования к схемам регистрации 79
3.3. Схемы регистрации ЧР в изоляции трансформаторов 83
3.4. Датчики схемы регистрации ЧР в изоляции автотрансфор маторов 89
3.5. Методика измерения ЧР с помощью осциллографа 93
3.6. Результаты осциллографической регистрации сигналов ЧР и короны 96
3.7. Общий алгоритм интерпретации результатов осциллографирования 105
4 Цифровые регистраторы частичных разрядов
4.1.ЦРЧР 108
4.2. Результаты применения ЦРЧР 117
4.3. Регистратор-анализатор "#2000" 121
5 Диагностика трансформаторного оборудования по результатам регистрации чр и хроматогра-фического анализа растворенных в масле газов
5.1. Устройство РПН силовых автотрансформаторов 134
5.2. Трансформаторы тока 136
5.3. Шунтирующие реакторы 138
Заключение 144
Список использованных источников
- Особенности контроля силовых трансформаторов и реакторов
- Влияние коронных разрядов на регистрацию ЧР
- Схемы регистрации ЧР в изоляции трансформаторов
- Регистратор-анализатор "#2000"
Введение к работе
В составе РАО находится свыше 40 тыс.км межсистемных воздушных линий электропередачи и более 100 трансформаторных подстанций напряжением 330-750 кВ. Интегрирующий показатель износа основного оборудования сетей близок к 40 %. Надежность работы межсистемных сетей в последние годы снизилась. Из всех нарушений в работе на оборудование подстанций приходится 36 %, на ВЛ- 42 %, на устройства РЗА - 14 % и на ошибки оперативного персонала%. Столь высокая аварийность обусловлена рядом причин. Главными из них являются большой физический износ оборудования, усиливающиеся техногенные влияния, природные катаклизмы и вандализм населения. Отметим общность проблемы износа не только для России, но и для всех стран, так как оборудование СВН, появившееся в середине 20-го века, уже выработало свой ресурс. Ввод нового оборудования происходит крайне медленно.
Для поддерживания требуемого уровня надежности оборудования, установленного на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) и подстанциях (ПС), используется система технического обслуживания, включающие очередные и внеочередные осмотры, профилактические проверки и измерения. Электротехническими и линейными службами АО-энерго и межсистемных электросетей затрачиваются большие усилия для своевременного выявления и устранения дефектов, 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 метрологически недостаточно надежны, о чем говорит высокая аварийность оборудования. В-третьих, существующая система морально устарела в целом.
В настоящее время происходит переход от системы плановых ремонтов к новой системе обслуживания по текущему техническому состоянию оборудования. Это обстоятельство резко повышает ответственность за правильный ди vf агноз состояния оборудования, поставленный при испытаниях и контроле. Но оно же в еще большей степени подчеркивает архаичность традиционных методов контроля, требующих, как правило, отключения оборудования и проведения трудоемких, но малоэффективных (иногда и с необоснованно высоким риском повреждения) испытаний. Появившиеся в последние годы новые технологии, например, тепловизионныи контроль, являются хорошим примером в модернизации системы профилактического контроля оборудования, но не ис- t черпывают проблемы. Для обнаружения многих дефектов требуются новые методы производительные, надежные и безопасные как для самого оборудования, так и для контролирующего персонала.
Таким образом, имеется проблема недостаточной эффективности технологий обслуживания электрических сетей. Поэтому создание новых или повышение эффективности существующих методов профилактики актуально.
Одним из перспективных направлений в решении указанной проблемы является дефектоскопия изоляции оборудования, находящегося в эксплуата- ($ ционном режиме под рабочим напряжением, с использованием характеристик внутренних частичных разрядов (ЧР). Проблемы, связанные с ЧР того или иного вида, известны уже более полувека. Принято считать, что ЧР являются главной причиной старения изоляции, особенно выполненной из органических материалов. Метод регистрации ЧР широко применяется в заводских приемо-сдаточных испытаниях многих видов оборудования, и зарекомендовал (0І себя как самый чувствительный метод по отношению к локальным дефектам и нарушениям технологии при изготовлении изоляционных конструкций. Это можно объяснить, прежде всего, относительной «легкостью» заводских испытаний по сравнению с эксплуатационными. В условиях заводских испытательных станций или в специально оборудованных лабораториях можно относительно просто решить вопросы защиты от помех путем экранирования схемы регистрации, фильтрации испытательного напряжения и др.
В то же время выход на эксплуатационные измерения и локацию источ- ш ников ЧР для целей диагностики оборудования в настоящее время состоялся фактически только в начале 90-х годов. Именно в это время бурное развитие цифровой микроэлектроники и компьютерной техники предопределило принципиальную возможность селекции сигналов и помех аппаратными и программными средствами. Однако чтобы реализовать ее нужно еще не раз возвращаться к базовым вопросам о ЧР как физическом процессе и трансформации характеристик ЧР в различных условиях. Не менее важно знать характеристики помех, их виды механизмы генерации и проникновения в сигнальные цепи. Лишь после решения этих вопросов могут появиться надежные способы селекции сигналов ЧР от помех, обоснованные критерии опасного уровня ЧР для изношенного оборудования, алгоритмы распознавания образа дефекта.
В соответствии с изложенным, целью работы является всестороннее исследование характеристик ЧР и помех, разработка на основе этих исследований аппаратуры и методик диагностики состояния силового трансформаторного оборудования под рабочим напряжением. В качестве объекта исследований в данной работе выбраны внутренние изоляционные конструкции силового трансформаторного оборудования электрических сетей. Предметом исследований является профилактический контроль состояния изоляции. Используемые в данной диссертационной работе методы исследования заключаются в анализе опыта профилактического контроля оборудования и проведении экспериментальных исследований, включая реальные условия эксплуатации.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи.
1. Проанализировать достоинства и недостатки методов и средств регистрации ЧР силового трансформаторного оборудования, применяемые в России и за рубежом. Определить наиболее перспективные из них для целей профилактического контроля состояния изоляции.
2. Провести экспериментальные и теоретические исследования характеристик разрядных процессов: ЧР и короны. Обосновать и проверить натурными исследованиями возможность выявления ряда дефектов изоляции оборудования по характеристикам ЧР.
3. Разработать основные технические требования, выполнить научную и опыт f но-конструкторскую разработку комплекса аппаратуры для диагностики со стояния изоляционных конструкций по характеристикам ЧР. Разработать программное обеспечение для вновь разрабатываемой аппаратуры.
4. Провести стендовые и натурные испытания аппаратуры. Определить характерные признаки сигналов ЧР для различных видов и места расположения дефектов в оборудовании. Оценить затухание и искажения сигналов ЧР, предложить критерии для определения места расположения дефекта. Разра t ботать методы селекции сигналов ЧР от помех в условиях эксплуатации, ко гда контролируемое оборудование находится в работе.
5. Сравнить полученную с помощью разработанных методов и аппаратуры диагностическую информацию с полученной другим методами и средствами, тем самым, оценив достоверность результатов выявления дефектов трансформаторов с маслонаполненной изоляцией.
Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту
(1 1. Экспериментально установлено, что на положительных полуволнах пере менного напряжения кажущийся заряд коронных разрядов на ошиновке ПС 500 кВ превышает, как минимум на порядок, кажущийся заряд на отрицательных полуволнах. Длительность серии коронных разрядов не превышает 3 мс, заряд единичного импульса достигает 30 нКл, а длительность единичных разрядов находится в диапазоне 40-90 не со среднестатистическим значением не.
2. Предложено использовать для селекции ЧР от помех следующие основные различия сигналов ЧР и короны:
- ЧР в газовых пузырьках и тонких масляных прослойках между слоями бумаги имеют крутой фронт сигналов, сдвиг по времени между максимумами сигналов на вводах ВН и СН; отсутствует «предимпульс» другой полярности на вводе СН, характерный для электростатического влияния заряда (примерной короны; разница в соотношении амплитуд сигналов СН и ВН - примерно ( 12 раз; {f - сигналы короны имеют отрицательную полярность «основного сигна ла», взятого с ввода, где возникла положительная стримерная корона; относительно длинный фронт; положительную полярность «предимпульса» на другом вводе; совпадение моментов появления «основного сигнала» и «предимпульса»; временную задержку между максимумами отрицательных пиков в сигналах.
3. Сформулированы и обоснованы требования к регистраторам ЧР для надеж- И ного выделения сигналов ЧР, локализации и идентификации дефектов, а также удобства и оперативности проведения измерений:
• число подключаемых к (авто)трансформатору электрических датчиков ЧР — не менее 3 (3 ввода), оптимальное — 8 (6 вводов + бак + нейтраль); к шунтирующему реактору - не менее 9 (3 ввода + 6 экранов);
• общий диапазон по амплитуде входных сигналов, регистрируемых датчиками системы должен захватывать диапазон амплитуд зарядов от 1 пКл до 100 нКл, при этом динамический диапазон регистрации должен составлять 1 не менее 40 дБ;
• частотный диапазон датчиков регистратора должен находиться в пределах: нижняя граничная частота 1-10МГц, верхняя - 30 — 100 МГц;
• частота дискретизации АЦП - не менее 100 МГц.
4. Экспериментально установлено, что электрический метод регистрации ЧР обладает более высокой чувствительностью, чем метод хроматографического анализа растворенных в масле газов, и позволяет выявить некоторые дефекты (например, распрессовку сердечника трансформатора), к которым не чувствителен хроматографический анализ.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась проведением испытаний и измерений на аттестованном оборудовании высоковольтного испытательного комплекса СибНИИЭ. Испытания и измерения проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 1516.2 -76, 20074 -83, стандартов МЭК и других нормативных документов. Кроме того, оценки чувствительности, по мехозащищенности и метрологической точности измерений были выполнены f с запасом по отношению к возможным ошибкам.
Практическая значимость работы
Разработан цифровой регистратор-анализатор «ЦРЧР». Опробован, доработан и признан наиболее удовлетворяющим требованиям сегодняпшего дня регистратор-анализатор «R2000», выбранный в качестве базового измерителя для проведения дальнейших исследований в области регистрации ЧР. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для регистрирующей аппаратуры.
И Доведена до практического использования методика эксплуатационного контроля состояния изоляции трансформаторного оборудования по характеристикам ЧР. Предложенные автором методы селекции помех и локации очагов ЧР вошли в методические рекомендации по эксплуатационному контролю оборудования методом регистрации ЧР, утвержденные Департаментом научно-технической политики и международного сотрудничества ОАО «ФСК ЕЭС».
Внедрение результатов работы
Разработанная методика и аппаратура («ЦРЧР», «R2000») использовались в филиале ОАО «ФСК ЕЭС» БП «Электросетьсервис» для диагностики состояния оборудования ПС-500 кВ при их обследованиях в предприятиях межсистемных электрических сетей Урала, Сибири и Востока. Методика и аппаратура для регистрации ЧР использовались в научных исследованиях (СибНИ-ИЭ), при заводских испытаниях («Феникс-88», «ABB - Уралэлектротяжмаш») / и эксплуатационных обследованиях оборудования на предприятиях АО «Куз бассэнерго», АО «Алтайэнерго», «Транснефтьналадка» и др.
Апробация Отдельные результаты работы обсуждались на научных семинарах Сиб-НИИЭ, НГТУ, конференциях РАО «ЮС России» «ЛЭП - 2000», на семинарах Уральского Совета по диагностике и ПЭИПК, международных конференциях, в том числе, «Электротехника - 2010» - ТРАВЭК и на сессиях СИГРЭ. Результаты работы опубликованы в 10 печатных трудах.
Объем и краткое содержание работы
Общий объем работы — 163 страницы. Диссертационная работа изложена на 156 страницах текста, иллюстрируется 98 рисунками и 4 таблицами. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка использованных источников из 101 наименования.
В первом разделе проводится ретроспективный обзор методов и средств регистрации частичных разрядов, обсуждены нерешенные вопросы в создании Р новых методов, поставлены цели и задачи работы.
Во втором разделе выделены основные признаки помех при регистрации ЧР, приведены результаты детальных исследований временных и энергетических характеристик короны на проводах и ошиновках ПС 500 кВ. Обсуждены методы селекции сигналов ЧР.
В третьем разделе выполнен анализ методов и технических средств измерения ЧР с учетом особенностей контроля силовых трансформаторов. На основе большого практического опыта обследования оборудования различных "f видов подтверждены, конкретизированы и расширены исходные требования к аппаратуре и методике регистрации ЧР. Предложены принципиальные схемы измерения и конструкции датчиков регистрации ЧР, удовлетворяющие требованиям помехоустойчивости. Введен ряд новых признаков селекции ЧР по форме и полярности сигналов. Обозначены и обсуждены проблемы интерпретации результатов регистрации ЧР в трансформаторном оборудовании. ,и Четвертый раздел посвящен результатам разработки и применения в экс плуатации цифровых регистраторов ЧР.
В пятом разделе приведен сравнительный анализ разработанных методики и аппаратуры и хроматографического метода при диагностики развивающихся дефектов в изоляции трансформаторов. Показано, что, хотя метод измерения ЧР более чувствителен к такого рода дефектам, его совместное использование с хроматографическим анализом повышает диагностическую достоверность полученной информации. т В заключении резюмируются основные выводы по результатам работы.
Особенности контроля силовых трансформаторов и реакторов
Выбор условий контроля объектов, изоляция которых в схеме измерений ЧР может быть представлена в виде сосредоточенной емкости (вводы, трансформаторы тока), достаточно прост. Как правило, можно применить схему последовательного соединения объекта и измерительного устройства, обеспечивающую наибольшее отношение сигнал/помеха; имеются широкие возможности выбора частоты настройки устройства.
Некоторые ограничения возникают лишь при измерениях ЧР в трансформаторах тока. При частотах, превышающих несколько сотен килогерц, индуктивное сопротивление их ошиновки начинает ограничивать протекание тока ЧР, который при этом, в основном, замыкается по частичным емкостям объекта на заземленные конструкции. Эти емкости малы; соответственно уменьшается измеряемый ток ЧР.
При проведении измерений ЧР в изоляции силовых трансформаторов необходимо учитывать возможность затухания сигнала и искажения спектра импульса ЧР при распространении его по обмотке (в случае, когда место де фекта не находится вблизи от вывода) [35]. При заводском контроле для ис ключения этого явления измерения производятся широкополосными устрой ствами в полосе частот, охватывающих области низкочастотных колебаний обмоток и волновых процессов в них (области от 20 до 300-500 кГц). При эксплуатационном контроле применение такой методики исключено из-за fr помех от ВЧ связи, короны и т.п. Это весьма важный момент, на котором на до остановиться подробнее.
Основной особенностью измерений на действующем оборудовании является наличие помех, интенсивность которых в большинстве случаев сопоставима или даже превышает интенсивность подлежащих выявлению сигналов ЧР. Поэтому проблема измерения ЧР в условиях эксплуатации оборудования ВН в основном сводится к выделению и идентификации разрядов при наличии помех. # Иными словами, измерение кажущегося заряда ЧР в изоляции трансформаторного оборудования в условиях его эксплуатации сопровождается одновременным измерением группы различного рода сигналов помех. Сигналы помех, препятствующие измерению кажущегося заряда относительно малого значения, образуются при следующих явлениях: - коронные разряды на ошиновке и различных частях трансформаторного оборудования; - напряжение несущих частот каналов ВЧ связи и телемеханики, сигналы которых несмотря на ослабление их фильтрами, устанавливаемыми на подходах ВЛ к подстанции, через емкости вводов попадают в схему регистрации ЧР; - работа тиристорных преобразователей напряжения, используемых, например, в качестве систем возбуждения генераторов; - переключения силовых цепей, создающие импульсы токов и напряжений непосредственно в измерительных цепях и цепях заземления; - перенапряжения различного вида (коммутационные, атмосферные при срабатывании и без срабатывания разрядников, создающие сигналы больших значений на измерительных элементах и в цепях заземления); - короткие замыкания, вызывающие кратковременное появление тока, превышающего ток в номинальном (стационарном) режиме, и приводящие к возникновению импульсных и периодических сигналов в датчиках схем регистрации; - электромагнитное излучение радиопередающих устройств, в том числе радиостанций, находящихся в непосредственной близости к электростанциям и подстанциям или вблизи отходящих или подходящих ВЛ; - искрообразование в генераторах, в том числе пазовые разряды статорных обмоток генераторов.
Характер переходного процесса, вызванного ЧР в обмотке, зависит от ее конструкции. В мощных трансформаторах до 330 кВ обычно применяют непрерывные катушечные обмотки. Переходные процессы в такой обмотке (ф имеют, в основном, волновой характер; емкостная составляющая импульса при распространении по обмотке быстро затухает. Для такой обмотки характерна существенная зависимость коэффициента передачи импульса от частоты (рис. 1.1), что исключает применение узкополосных измерительных устройств. В обмотках трансформаторов, имеющих повышенную продольную емкость (переплетенные обмотки), следует ориентироваться на выявление емкостной составляющей импульса ЧР.
Влияние коронных разрядов на регистрацию ЧР
Необходимость установки достаточно высокого порога чувствительности приборов для измерения характеристик ЧР приводит к тому, что регистрируются не только ЧР в объекте, но и коронные разряды на элементах схемы, находящихся под высоким напряжением. Поэтому исследование параметров коронного разряда необходимо не только для изучения собственно короны, но и для определения ее влияния на технические средства измерения ЧР, на результаты измерений ЧР и, как, следствие, поиск способов устранения ее влияния.
Известно, что коронный разряд на поверхности проводов воздушных линий возникает в виде следующих одна за другой вспышек, вызывающих протекание импульсов тока разряда. При отрицательной полярности напряжения эти вспышки имеют длительность порядка 0,01 мкс и амплитуду 10 мА. При положительной полярности напряжения наряду с аналогичными импульсами наблюдаются импульсы с амплитудой порядка десятых долей ампера и длительностью порядка десятых долей микросекунды, вызываемых развитием стримеров. Частота повторения импульсов тока короны на отдельном локальном образовании составляет единицы килогерц при положительной полярности и сотни килогерц при отрицательной. Разница частот повторения импульсов короны объясняется различными скоростями образования и рассасывания объемного заряда [90, 91]. Однако спектр электромагнитных волн, попадающих на устройство для определения характеристик ЧР, будет определяться интегральным эффектом от всех очагов стримерной короны, возникающих на соединительных проводах и высоковольтных экранах, и максимальная частота достигает сотни мегагерц [92].
Основные параметры коронного разряда (величина заряда, ток, длительность) имеют достаточно широкий разброс зависят от величины и характера изменения напряженности электрического поля вблизи коронирующих элементов, которая, в свою очередь, определяется конструкцией электродной системы и величины приложенной к ней напряжения.
Большинство результатов исследований короны были получены на действующих линиях с помощью измерительных антенн. При этом из общей интегральной картины чрезвычайно трудно выделить отдельный импульс тока короны. Часть исследований проводилась в электродной системе «стержень-плоскость» или на тонких проволоках и малых межэлектродных расстояниях, из-за чего результаты таких экспериментов, по мнению самих авторов, дают скорее «качественную иллюстрацию явления» [92].
Для получения достоверных данных о параметрах коронного разряда, возникающего на шинах подстанций и на вводах высоковольтных устройств, автором в составе отдела сверхвысоких напряжений СибНИИЭ были проведены детальные исследования в условиях, близких к реальным.
С этой целью шины подстанции имитировались проводами АС-180 или АС-600. Высота подвеса коронирующих проводов во всех экспериментах составляла 13 м, длина - около 40 м. Коронирующий провод, имитирующий шины подстанции, через измерительный шунт соединялся с землей. Для создания напряженности электрического поля на этом проводе, при которой начинаются коронные разряды, симметрично этому проводу на высоте 20 м подвешивались две расщепленные фазы 8хАС300 с радиусом расщепления 0,52 м. Длина расщепленных фаз составляла 40 м. Таким образом, использовалась т.н. «перевернутая» схема. С одного конца провода располагался измерительный шунт, сигнал с которого посредством кабеля РК-50 длиной 50 м поступал на осциллограф. Общий вид схемы приведен на рис.2.3.
Предварительные эксперименты показали высокий уровень помех. Это вызвано тем, что коронирующий провод при его размерах и высоте подвеса над землей является достаточно хорошей антенной. При этом частотный спектр сигнала помех в данном случае лежит от промышленной частоты до мегагерцевого диапазона. Отношение «сигнал-помеха» при величине напряжения, подаваемого на расщепленные фазы (при котором начинает корони ровать локальное образование), составлял менее единицы.
Схемы регистрации ЧР в изоляции трансформаторов
Наработанный опыт по внедрению промышленного метода регистрации ЧР в изоляции трансформаторного оборудования 330-1150 кВ под рабочим напряжением позволяет существенно расширить практическое использование метода контроля изоляции трансформаторов с применением устройств регистрации ЧР. В этом случае, во-первых, необходимо создание и применение устройств, отвечающих единым требованиям. Во-вторых, необходимо создание единой методики для проверки характеристик устройств регистрации ЧР и разработка соответствующей измерительной аппаратуры. Выполнение этих требований позволит получать идентичные результаты измерения ЧР, возможность их сопоставления независимо от вида оборудования и места его установки.
Основной принцип построения схем регистрации базируется на использовании в трансформаторном оборудовании конструктивных элементов, имеющих электрическую связь с обмотками ВН (и соответственно с электрической изоляцией высоковольтных промежутков) и позволяющих организовать цепи для отбора сигналов ЧР. К таким элементам можно отнести: линейные концы обмоток ВН и СН; выводы емкостных обкладок высоковольтных вводов; выводы нейтрали обмоток ВН; выводы заземляющих частей магнитопровода; выводы экранов; бак трансформатора (реактора). Используя эти элементы, можно образовывать схемы регистрации
Важнейшими частями схемы регистрации являются датчики. Особая важность их обусловлена тем, что, во-первых, они непосредственно подключаются к контролируемым объектам и, во-вторых, выделяют в измерительных элементах измеряемые сигналы ЧР. Первое обстоятельство требует применения датчиков, которые, во-первых, не влияют на режимы работы элементов и трансформаторного оборудования в целом и, во-вторых, сохраняют свою работоспособность при различных режимах работы трансформаторного оборудования: стационарные режимы, перенапряжения различного вида и короткие замыкания.
Схема регистрации с использованием измерительного элемента в цепи заземления бака позволяет эффективнее регистрировать ЧР, возникающие в главной изоляции относительно бака. Однако, установка датчика 7$ в цепь заземления бака практически возможна лишь в условиях испытательных станций заводов-изготовителей и возможность применения такой схемы в условиях эксплуатации весьма проблематична. Строго говоря, установка дат - чика TS возможна, но такая схема не может быть эффективной из-за наличия второго, параллельного датчику, контура заземления через опорные катки колесных кареток бака.
Схема регистрации с установкой датчика NS в нейтраль обмотки ВН по зволяет более эффективно выявлять ЧР в продольной изоляции и эффектив ность этой схемы возрастает по мере приближения источника ЧР к нейтрали. В то же время следует ожидать высокую чувствительность схемы к сигналам i% помех, проходящих через контуры заземления.
Схемы регистрации с установкой датчика ДВІ в цепь заземления ПИН ввода 500 кВ является наиболее распространенной. Применение ее позволяет регистрировать более надежно ЧР в зоне линейного конца, при условии отсутствия ЧР в изоляции ввода. ЧР, возникающие в глубине обмотки (или в удалении по длине обмотки от линейного конца), регистрируются с учетом ослабления импульсных сигналов, достигающих датчиков.
Выбор схемы регистрации в общем случае определяется целью, которая определяется конкретной задачей обнаружения дефекта, и условиями, в ко торых применяется эта схема. Можно с полной определенностью сделать вывод, что абсолютно универсальная схема регистрации вряд ли возможна. Скорее всего, представляется применение групп схем, где каждая схема в такой группе обладает определенными функциональными способностями.
При выборе схемы регистрации необходимо учитывать возможность ис 0 пользования доступных точек присоединения элементов схемы регистрации (датчиков) без какого-либо изменения конструкции трансформатора, без добавления нового высоковольтного оборудования (например, конденсатора связи) и ухудшения режима работы трансформаторов в условиях эксплуатации.
Важным моментом при выборе элементов схемы регистрации является выбор вида измерительных элементов. Экспериментальные исследования показали, что в качестве измерительных элементов датчиков могут быть при менены как резисторы, так и индуктивности, причем применение резисторов позволяет иметь широкую измерительную полосу частот.
Регистратор-анализатор "#2000"
Для проверки правильности регистрации длительности измерения проводились и без фильтров верхних частот. Были получены те же значения. Частота повторения этих сигналов была невелика: около 1 Гц. Однако сигналы с меньшей амплитудой, но той же формы, следовали с большой частотой повторения.
Иногда на датчике ввода 500 кВ наблюдались ослабленные после прохода части обмотки сигналы, явно связанные с ЧР во вводе 220 кВ (рис. 3.22,а), а иногда их не было (рис. 3.22,6). Из этого можно предположить, что ЧР формируются на краю остова ввода 220 кВ по его поверхности или по поверхности фарфоровой покрышки. Скорее всего, ЧР формируются вследствие загрязнения поверхностей и имеют форму скользящих разрядов. При этом, когда ЧР формируются с обкладки, имеющей потенциал трубы ввода, ток протекает по обмотке в оба конца: к вводу ВН и к нейтрали. Именно в этих случаях и бывает «отклик» на ИВ ввода 500 кВ. Когда же ЧР формируются с края загрязненной зоны или между обкладками, то «отклика» на ИВ ввода 500 кВ не наблюдается.
Высказанную версию о характере и месте возникновения ЧР подтверждает соотношение амплитуд сигналов в полупериодах напряжения. В отрицательный полупериод действующего напряжения наблюдались ЧР с током положительной полярности (рис. 3.23) с максимальным кажущимся зарядом около 4 нКл и длительностью немногим более 40 не.
Применение автором более совершенной регистрирующей аппаратуры, например, двухканального цифрового осциллографа TDS-420 фирмы «Tektronix» позволило проводить дополнительный анализ по интегрально-временным характеристикам ЧР. В качестве примера можно привести измерения, проведенные по схеме рис.3.8, на автотрансформаторе АТ-1 ПС «Дальневосточная» Дальневосточного ПМЭС Востока, тип - АОДЦТН 167000/500/220, фаза «#». Здесь и далее приведены результаты, полученные автором в рамках планового комплексного обследования оборудования ПС ОАО «ФСК ЮС».
В частности, на рис. 3.24 представлена амплитудно-фазовая диаграмма сигналов, записанная указанным осциллографом в течение 10-15 секунд в режиме накопления сигналов. Рисунок 3.25 иллюстрирует сигналы, записанные с той же разверткой, но в течение только одного периода 50 Гц.
Общий вид распределения сигналов на фазах AT в течение несколь ких периодов 50 Гц
На рис.3.26 приведены эти же импульсы на значительно более короткой развертке. Отличительная особенность - полная симметрия импульсов ЧР с датчиков 220 кВ на отрицательной и положительной полуволнах синусоидального напряжения 50 Гц. Учитывая этот факт, можно предположить, что очаг ЧР расположен также в геометрически симметричном промежутке с равномерным полем, например, воздушном или газовом пузырьке. Не исключена возможность происхождения импульсов из частично распрессован-ного магнитопровода, на что косвенно указывают результаты вибродиагностики, проведенной в это же время.
Вид распределения сигналов на фазах AT в течение одного периода 50 Гц Рис. 3.27 демонстрирует более сложную картину распределения сигналов по фазе периода 50 Гц (автотрансформатор АТ-6 ПС «Итатская» Красноярского предприятия МЭС Сибири, АОДЦТН-1670000/500/220, фаза «С»). Анализ осциллограммы позволяет предположить следующее. На амплитудно-фазовой диаграмме идентифицируются: очаг ЧР (две области локализации импульсов на расстоянии 180 электрических градусов) и две области импульсов от коронных разрядов - одна, с импульсами большей амплитуды, от собственной ошиновки фазы «С», а другая, на расстоянии около 120 электрических градусов - с ошиновки ближайшей фазы «#».
Исходя из приведенных в предыдущих разделах результатов измерений, в качестве примера автор предлагает обобщенный алгоритм интерпретации результатов осциллографирования при измерении ЧР в изоляции автотрансформаторов и его вводов.
Если представить основные процессы в изоляции трансформаторного оборудования так, как это показано на рис. 3.29, то в соответствии с предложенной в п. 3.6 методикой и на основании многочисленных результатов измерений с применением цифрового осциллографирования можно создать основной алгоритм интерпретации результатов измерений. Этот алгоритм приведен на рис. 3.30. Такой алгоритм целесообразно применять как в качестве самостоятельной методики, так и в составе аппаратного или программного блока в специализированном регистраторе ЧР.
Выводы по разделу
Предложены принципиальные схемы измерения и конструкции датчиков регистрации ЧР, удовлетворяющие требованиям помехоустойчивости.
На основе большого практического опыта обследования оборудования различных видов подтверждены, конкретизированы и расширены исходные требования к аппаратуре и методике регистрации ЧР, сформированные ранее на основе лабораторных электрофизических исследований.
Показано, что с появлением компьютерных методов обработки информации, а также новой аппаратуры, в частности, скоростных запоминающих цифровых многоканальных осциллографов, появляется возможность достаточно надежно регистрировать импульсы ЧР в силовых трансформаторах. Введен ряд новых признаков селекции ЧР по форме и полярности сигналов.
