CC BY
42
Электронное периодическое издание «Вестник Дальневосточного государственного технического университета» 2010 год № 3 (5)
05.00.00 Технические науки
УДК 621.313:47.05.15
Н.В.Силин, И.С.Шамкин, А.В.Герасименко
Силин Николай Витальевич - д-р техн. наук, зав. кафедрой теоретической и общей электротехники ДВГТУ. E-mail: silin22@mail.ru
Шамкин Иван Сергеевич - ассистент кафедры электроэнергетики ДВГТУ. E-mail: ImNexus@rambler.ru
Герасименко Андрей Викторович - аспирант кафедры теоретической и общей электротехники ДВГТУ. E-mail: andrey.v.gerasimenko@yandex.ru
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ
Рассмотрены вопросы оценки технического состояния электроэнергетического оборудования на основе анализа спектральных характеристик электромагнитного его собственного излучения. Показана связь спектров с источниками электромагнитных возмущений в изоляции и конструктивных элементах электротехнических установок. Представлена процедура проведения электромагнитного контроля на примере силового автотрансформатора.
Ключевые слова: высоковольтное оборудование, диагностика, изоляция, спектры электромагнитного излучения, частичные разряды.
Nikolay V. Silin, Ivan S. Shamkin, Andrey V. Gerasimenko ELECTROMAGNETIC ANALYSIS OF TECHNICAL CONDITION OF HIGH-VOLTAGE EQUIPMENT
The article covers the analysis of the power equipment condition through examining spectral characteristics of its own electromagnetic radiation. The authors of the present paper show the correlation of spectra with sources of electromagnetic indignations in isolation and constructive elements of electrical and technical devices. Procedure of carrying out of electromagnetic control of a power autotransformer is described.
Key words: high-voltage equipment, diagnostics, isolation, spectra of electromagnetic radiation, partial discharges.
Введение
Высоковольтное электроэнергетическое оборудование (ВВЭО) является источником мощного электромагнитного излучения (ЭМИ) при нормальном режиме работы.
Исследования технического состояния ВВЭО на основе его собственных ЭМИ представляются весьма перспективными, поскольку ЭМИ ВВЭО являются естественным реально существующим каналом информации, не требующим специальных электрических присоединений и отключений оборудования. Несмотря на то, что фундаментальные монографии, посвященные поведению высоковольтной изоляции под напряжением, датируются еще 30 гг. ХХ в., электромагнитные излучения, возникающие в изоляции под напряжением, в значительной степени не изучены. В настоящее время среди специалистов не существует единого мнения относительно свойств собственных ЭМИ ВВЭО. В России и за рубежом в качестве диагностических параметров используются такие характеристики электромагнитного поля, как модуль вектора или составляющие векторов напряженности электрического и магнитного полей, интегральные параметры. В высокочастотной области в качестве носителя информации о работоспособности устройства иногда используются значения касательных составляющих напряженности электрического и магнитного полей к поверхности, максимально приближенной к контролируемому объекту. Разработано несколько вариантов информационно-измерительных комплексов, осуществляющих контроль оборудования с помощью другого носителя информации, а именно -интегральной характеристики в виде потока импульсов внешнего электромагнитного поля, превышающего некоторый граничный уровень. Опыт обследований с помощью этих комплексов показывает, что они позволяют обнаруживать появление и развитие дефектов на самой ранней стадии. Электромагнитный контроль по интегральным характеристикам электромагнитного излучения в виде потока импульсов не получил еще должного развития и практически отсутствует в действующих системах контроля ВВЭО. Это объясняется отсутствием достаточно глубоких теоретических и экспериментальных исследований в этом направлении.
Системы контроля, основанные на использовании вышеперечисленных характеристик, предполагают применение специально изготовленной нестандартной измерительной аппаратуры, использование процедуры обработки результатов измерений, доступной только узким специалистам. Достоверность и точность диагностирования вышеперечисленными способами пока не достигли требуемых показателей, поскольку еще не определен оптимальный диапазон частот и не сформирована база данных, достаточная для идентификации дефектов.
Новые возможности в области электромагнитного контроля дает анализ спектрального состава электромагнитного излучения [2]. Динамика изменения спектра электромагнитного излучения связана с прогнозом технического состояния оборудования. Изменение уровня электромагнитного излучения высоковольтного оборудования может быть связано с изменением уровней разрядной активности во внутренней изоляции, повышением локальных температур. Информация о появлении дефектов немедленно появится в составе импульсов электромагнитного поля, отразится на спектральном составе регистрируемого электромагнитного излучения. Это обстоятельство дало толчок к разработке нового способа оценки технического состояния электротехнического оборудования, основанного на анализе спектральных характеристик собственного ЭМИ.
Анализ электрофизических процессов -источников электромагнитных возмущений
В ВВЭО, находящемся под рабочим напряжением, изменения параметров и характеристик элементов во времени, обусловленные происходящими в них электрическими, тепловыми и физико-химическими процессами, являются наиболее общей причиной отказов элементов. Наряду с физико-химическими процессами, происходящими в объеме жидких и твердых диэлектриков ВВЭО, во многих случаях решающее влияние на работоспособность элементов и возникновение отказов оказывают процессы на поверхности изоляции, которая подвергается непосредственному воздействию окружающей или рабочей агрессивной среды, влаги, загрязнений. Изменение фактического состояния, свойств и
характеристик материалов, элементов и их связей обычно обусловлено воздействием энергии и сопровождается постепенной деградацией, связанной с превращением одного вида энергии в другой.
Многие физико-химические процессы, связанные с возникновением отказов, являются термически активируемыми процессами, т.е. могут протекать только при определенном уровне тепловой энергии, причем интенсивность этих процессов быстро растет при нагревании тела. Тепловые процессы играют значительную, а иногда и решающую роль в изменении свойств и характеристик материалов, используемых в ВВЭО, в процессах их разрушения и старения.
Электрические разряды, возникающие вследствие полевой и тепловой ионизации диэлектрика ВВЭО, могут вызвать необратимые изменения. Обратимые изменения, связанные с появлением газообразных продуктов в ограниченных количествах, как правило, не опасны, т.к. газообразные продукты растворяются в масле и в этом случае слабо влияют на его эксплуатационные свойства. Необратимые изменения представляют наибольшую опасность. Они связаны с невосстанавливаемыми повреждениями твердой изоляции (бумаги, картона и пр.) и ведут к заметному снижению электрической и тепловой прочности материалов.
Необходимо учитывать, что по характеру изменения во времени следует различать два типа эксплуатационных воздействий на ВВЭО. К первому типу относят возмущения, которые после возникновения остаются постоянными или закономерно изменяются во время эксплуатации устройства (например, по синусоидальному закону), ко второму относят воздействия, являющиеся шумовыми случайными функциями времени: стационарными, квазистационарными или нестационарными.
Воздействие эксплуатационных факторов связано также с режимом хранения или активной эксплуатации. В высоковольтных установках, подвергающихся длительному хранению перед их активной эксплуатацией, постепенное изменение свойств и характеристик элементов при хранении может иметь доминирующее значение, особенно для элементов, чувствительных к влиянию та-
ких внешних факторов, как влажность, атмосферное давление, облучение, состав и загрязнение атмосферы, окружающая температура. Степень влияния этих факторов зависит также от режима активной эксплуатации оборудования: непрерывного, циклического, случайного повторно-прерывистого или одноразового, установившегося или переходного.
Внутренние механизмы процессов, предшествующих отказу, нарушению работоспособности элементов технических устройств, могут быть исчерпывающе проанализированы только в каждом конкретном случае для данного типа элемента и устройства при заданных условиях эксплуатации и режимах работы. Однако результат действия указанных процессов очевиден - разрушение внутренних и внешних структур и связей элементов.
Конкретные механизмы нарушений определяются общими физикохимическими процессами изменений структуры, свойств и параметров элементов, причем закономерности, характеризующие эти процессы, могут непосредственно служить моделями отказов или являются основой для построения некоторых общих физических моделей отказов и процессов их возникновения. В качестве наиболее общих физико-химических процессов в материалах, которые могут быть тесно связаны в той или иной степени с возникновением нарушений работоспособности и отказов, необходимо указать следующие:
диффузионные тепловые процессы в объеме и на поверхности твердых тел; перемещение и скопление точечных дефектов и дислокаций в кристаллических твердых телах;
функциональный разрыв межатомных связей в металлах и сплавах;
разрыв химических связей цепей макромолекул полимерных материалов;
сорбционные процессы;
действие поверхностно-активных веществ;
сублимация материалов;
структурные превращения в сплавах металлов и др.
К общим физическим моделям отказов и процессов их возникновения можно отнести:
деформацию и механическое разрушение различных материалов (деталей);
электрическое разрушение (нарушение электрической прочности, электрический пробой) диэлектрических материалов;
тепловое разрушение (нарушение тепловой устойчивости, перегорание, расплавление и т.п.) элементов;
электрохимическую коррозию; электротермическую эрозию; истирание (изнашивание) поверхностей деталей; сцепление (схватывание) поверхностей соприкасающихся деталей; загрязнение поверхности и материала элементов и многие другие. Закономерности протекания физико-химических процессов, оказывающих влияние на работоспособность элементов технических устройств, определяются, как правило, тем, что в этих процессах участвуют только те частицы вещества (молекулы, атомы, электроны), которые обладают энергией, не меньшей некоторого значения, необходимого для преодоления энергетического барьера, препятствующего течению процесса. Перемещения и перегруппировки элементарных частиц, изменение их положения в кристаллической решетке твердого тела, обусловливающие многие из этих процессов, могут происходить лишь в том случае, когда энергия частиц превышает определенный для данного материала уровень, достаточный для преодоления связей между частицами.
Минимальное значение энергии частиц, необходимое для преодоления барьера, как известно, называют энергией активации данного процесса. Скорость рассматриваемых процессов зависит от той небольшой доли частиц, которые обладают энергией, превышающей энергию активации процесса. Доля (относительной количество) таких частиц определяется законами распределения частиц по состояниям: распределений Максвелла-Больцмана для молекул и атомов и квантовых распределений Ферми-Дирака, Бозе-Эйнштейна - для электронов, протонов, фотонов и прочих частиц. Эти законы статической физики
носят вероятностный характер, что предопределяет вероятностно-статическую форму описания моделей отказов
Микропробои по неоднородностям и дефектам диэлектриков обусловлены полевой ионизацией, макропробои или тепловые пробои всегда являются следствием тепловой ионизации, которая, развиваясь, гасит полевую ионизацию, поэтому отказ ВВЭО всегда связан с процессами полевой и тепловой ионизаций материалов. Известно, что электрический разряд в твердых и жидких диэлектриках представляет собой сложный комплекс разнообразных физических процессов и явлений: электрических, электромагнитных, механических, тепловых. Характерной особенностью электрического разряда, который возникает в чистом виде в достаточно однородном поле при отсутствии краевых эффектов и кратковременном приложении напряжения, является резкое возрастание тока перед тепловым пробоем приблизительно по экспоненциальному закону. Образующийся большой ток способен расплавить, обуглить или сжечь диэлектрик, при умеренном токе в месте пробоя остается след в виде прокола или прорыва диэлектрика.
Основным механизмом возникновения электрического микроразряда в любых диэлектриках является ударная полевая ионизация материалов и сред. При движении в диэлектрике электроны проводимости отдают часть своей кинетической энергии, полученной от электрического поля, атомам и ионам вещества, вызывая его полевую ионизацию. Разрушение диэлектрика в стадии теплового пробоя (т.е. в стадии завершения разряда и послепробойной стадии), значительно больше, чем в стадиях возникновения и формирования разряда. В стадии теплового пробоя (стадии разрушения) выделяется энергия, по крайней мере, на три порядка большая, чем в стадиях возникновения и формирования разряда. Таким образом, электрический пробой связан с появлением и развитием явлений полевой ионизации.
Тепловой пробой любых диэлектриков (твердых, жидких, газообразных) происходит обычно при длительном воздействии электрического напряжения и является следствием нарушения теплового равновесия диэлектрика (когда под-
вод тепла к диэлектрику превышает отвод тепла путем теплопроводности, излучения и конвенции). Нарушение теплового равновесия приводит к быстрому нарастанию количества тепла, выделяемого в диэлектрике, сопровождается появлением лавиной тепловой ионизации, экспоненциальным ростом тока разряда, ведет к термическому разрушению диэлектрика - прожиганию, плавлению или разложению. Таким образом, тепловой пробой связан с появлением и развитием явлений тепловой ионизации, причем при определенных температурах тепловая ионизация становится основной, преобладающей, гасящей полевую ионизацию, электрическая прочность диэлектрика при этом существенно падает и происходит его необратимое разрушение.
Разрушение изоляции при эксплуатации ВВЭО обычно происходит в результате комбинированного воздействия ряда факторов: термического воздействия при повышенных температурах, воздействия электрического напряжения, механического воздействия, внешней среды. Главный из этих факторов - термическое воздействие (тепловая ионизация масла), появление которого обусловлено действием остальных факторов.
Рассмотренные выше процессы являются источниками электромагнитных возмущений, которые растут с увеличением числа дефектов. Электромагнитные волны, вызванные этими возмущениями, попадая в резонансные частотные полосы колебательных систем и антенн, излучаются в окружающее пространство в виде высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) квазигармониче-ских электромагнитных колебаний с частотами, близкими к резонансным частотам колебательных систем оборудования, т.е. лежащими внутри информативных (в плане диагностирования) частотных полос излучений антенн. С ростом дефектностей растет число колебательных систем. Помимо собственных появляются новые дефектные ВЧ и СВЧ колебательные системы, растут интенсивности электромагнитных полей и, следовательно, увеличиваются интенсивности пиков ВЧ и СВЧ квазигармонических колебаний в энергетических спектрах излучений и численность пиков в пределах каждой из информативных частотных полос.
Спектральный состав сигналов от частичных разрядов
Спектры ЭМИ, регистрируемые вблизи ВВЭО, являются отражением составляющих электромагнитных процессов, происходящих как в отдельной единице оборудования, так и электроэнергетического объекта в целом. Наличие высоких напряжений и больших напряженностей электрического поля промышленной частоты накладывает особый отпечаток на физические процессы, происходящие в изоляции. Даже при нормальных условиях эксплуатации в изоляции ВВЭО наблюдаются частичные разряды (ЧР), имеющие крутой фронт и малую длительность. Предпосылкой возникновения частичных разрядов является локальная неоднородность электрического поля в изоляции, обусловленная наличием газовых включений или прослоек пропитывающей жидкости [1].
Экспериментально установлено, что процесс развития ЧР во времени при подаче переменного синусоидального напряжения промышленной частоты, имеет вид, изображенный на рис. 1.
ив*
Рис. 1. Импульсы ЧР про приложении синусоидльного напряжения
Частичный разряд возникает при достижении напряжения на включении значения напряжения зажигания ивз.. При пробое напряжение на включении падает до напряжения погасания ив.п., при котором разряд гаснет. После этого напряжение на включении начинает нарастать по кривой, соответствующей изменению приложенного напряжения, и при достижении значения из процесс повторяется.
Отличительными признаками сигналов частичных разрядов в автотрансформаторах (АТ) являются:
крутой фронт (<40 нс) в газовых пузырьках и 40...70 нс в масляных прослойках;
длительности фронтов, которые составляют 1,5 - 4 нс, а полные длительности не превышают 10 нс при отсутствии поверхностных частичных разрядов;
длительность фронтов, которая становится равной 5 нс, а общая длительность составляет 30-70 нс при появлении поверхностных частичных разрядов.
Считается, что основную информацию о частичных разрядах несут их максимальные значения, фаза и частота следования. Поскольку сами частичные разряды имеют случайный характер, то регистрируемые импульсы обладают теми же свойствами, т.е. сильно изменяются во времени и имеют большой случайный разброс, поэтому наиболее значимыми параметрами являются не характеристики отдельно взятых импульсов частичных разрядов, а некоторые усредненные значения параметров импульсов ЧР и формы их распределения по максимальным значениям и фазе относительно приложенного напряжения.
Спектральный состав сигналов ЧР сложен и в нем отображается интенсивность ионизационных процессов в изоляции.
В частности, спектральные характеристики пачек разнополярных импульсов ЧР (рис. 1), имеют сложную промодулированную форму вида:
оТЫ -/—N-1)1 от РМТп и о) = 2 • Кп и о) • F0 и О) • В1П(0^) • е 2 181П(0_) ,
где Е0(/ш), ¥п(]ю) - комплексные спектры одного и серии из п однополярных импульсов ЧР соответственно;
Т - период промышленной частоты;
N - число рассматриваемых периодов.
Таким образом, особенностью частичных разрядов при приложении синусоидального напряжения является их регулярное появление и исчезновение на определенных фазовых промежутках. Это приводит к модуляции спектров частичных разрядов в определенных частотных диапазонах.
Например, на рис. 2 представлены полученные с помощью компьютерного моделирования качественные графики пачек импульсов ЧР и соответствующих им спектров, промодулированных низкочастотными составляющими, при следующих значениях отношений ив.п. / ив.з. = 0,1 (рис.2а), ив.п. / ив.з. = 0,5 (рис. 2 б).
//ШАЛ.
а
атммл-
\wimN4-'
б
Рис. 2. Качественные виды спектров ЧР, полученные в результате компьютерного моделирования: а) при отношении ив.п. / ив.з. = 0,1; б) при отношении ив.п. / ив.з. = 0,5
Как видно из графиков, рост числа импульсов приводит к изменению спектрального состава амплитуды спектральных линий, уменьшению глубины модуляции.
Контроль технического состояния оборудования по спектральным характеристикам электромагнитного поля
Рассмотрим основные этапы электромагнитного контроля на примере оценки технического состояния силового АТ (рис. 3).
Рис. 3. Внешний вид силового автотрансформатора
Излучающими элементами конструкций являются высоковольтные вводы, изолированные от заземленного бака, проводники, заключенные в изоляторах, спуски и т.д.
Схематичное изображение вводов АТ показано на рис. 4, где в роли излучающих антенн выступают:
высоковольтный ввод № 1 (500 кВ); ввод № 2 (220 кВ); ввод № 3 (земля); вводы №№ 4, 5 (11 кВ).
Высоты излучающих наружных вертикальных частей проводов вводов соответственно равны: ^=4,24 м, ^=2,72 м, ^=0,59 м, ^=0,44 м.
Рис. 4. Схематичное изображение высоковольтных вводов
Высоковольтные вводы являются антеннами, излучающими электромагнитные колебания на частотах, близких к значениям резонансных частот
[fPi \ = Ч( 4Ю,
где i = 1, 2, ..., imax - порядковый номер ввода;
n = 1, 2, 3,... - числа натурального ряда, определяющие номера гармоник рассматриваемых излучений; с - скорость света в м/с;
hi - высота наружной вертикальной части провода i-го ввода, отсчитываемая от сечения входа провода через изолятор в заземленный металлический корпус оборудования, м.
Вышеприведенное предположение об излучающих свойствах оборудования позволяет определить информационные частотные полосы (f) как
Wp )n =ifp )jQm , где Qin - эквивалентная добротность i-ой антенны на резонансной частоте (fpi) лежащая в пределах от 2 до 5 единиц.
Сведения об информативных частотных диапазонах для основных (первых) резонансных частот пяти вводов указанного автотрансформатора 500 кВ приведены в табл. 1.
Таблица 1
РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ЧАСТОТНЫЕ ПОЛОСЫ ДЛЯ АВТОТРАНСФОРМАТОРА 500 КВ
Номер ввода Ширина информ. частотной полосы, МГц Границы частотной полосы, МГц Частота основного резонанса, МГ ц
Ввод 1, 500кВ II < 3 от 15,2 до 20,2 (Лі)і = 17,7
Ввод 2, 220 кВ 00 11= Ч^ 3 от 23,6 до 31,6 $2)1 =27,6
Ввод 3, земля (4ґ,з)і =36 от 110 до 146 (/рз)і =120
Вводы 4-5, 11 кВ II ч^ 3 от 146 до 195 $>4,5)1=170
На рис. 5 представлено двухмерное изображение спектров собственного электромагнитного излучения силового АТ 500 кВ, полученное экспериментальным путем с помощью анализатора спектра. На рисунке четко прослеживаются резонансные частоты в информативно-частотных полосах для всех вводов.
Рис. 5. Двухмерный спектр силового автотрансформатора
Процедура проведения электромагнитного контроля может состоять из следующих этапов [4].
1. Определение размеров вертикальных составляющих высоковольтных вводов, выполняющих роль излучающих антенн на высоковольтном электроэнергетическом оборудовании (по технической документации), причем размеры излучающих антенн вычисляются как вертикальные составляющие ^ изолированных от корпуса ВВЭО наружных вертикальных частей проводов вводов, где / - порядковый номер ввода.
2. Расчетное или опытное определение значений частот основных (первых) резонансов излучающих антенн.
Расчет частот ([Р1)! основных (первых) резонансов излучающих антенн проводят по формуле
([р1 )! = с/4И/ ,
где ^ - высота «/»-ой антенны;
о
с = 3-10 м/с - скорость света.
3. Вычисление ширины информативных частотных полос излучения антенн для основной (первой) резонансной частоты.
4. Вычисление значений частот резонансов и ширины информативных частотных полос для высших гармоник.
5. Выбор стандартных антенн и измерительных приемников. Для проведения измерений необходимо выбрать стандартный промышленный приемник, желательно с встроенным микропроцессором, позволяющий регистрировать энергетические спектры электромагнитных излучений в наиболее информативном частотном диапазоне. Это должен быть приемник, нижняя^ и верхняя/в частоты анализа которого охватывают информативный частотный диапазон (д.
В том случае, когда для контроля технического состояния электротехнического оборудования данного типа применяют информативные частотные полосы, соответствующие излучениям антенны на частотах вторых, третьих и прочих высших гармоник основных резонансов излучающих антенн, значения частот _/н и /в соответственно удваиваются, утраиваются и т.д.
Требования к селективности измерительного приемника с учетом многочастотного и квазигармонического характера излучений от электроэнергетического оборудования определяются из соотношения:
^/пр fн/Qмакс 5
где А/пр - полоса селекции приемника; дмакс - максимальное значение эквивалентной добротности отдельного пика квазигармонического колебания.
Экспериментальные данные показывают, что максимальные эквивалентные добротности отдельных пиков квазигармонических колебаний в энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от высоковольтного электроэнергетического оборудования различного назначения обычно не превышают значения Qмакс ~ 100.
6. Выбор средств обработки измеренных данных. Регистрация и запись информации о спектрах в ходе одного обследования всех основных контролируемых объектов на территории станции или подстанции потребуют в среднем 32 Мбайт оперативной и 10 Гбайт постоянной памяти.
Регистрация и запись информации о спектрах для одного вида контролируемого оборудования на станции или подстанции потребуют в среднем 32 Мбайта оперативной и 1 Гбайт постоянной памяти.
7. Выбор мест расположения измерительных антенн и регистрирующей аппаратуры.
Измерительные антенны следует располагать на расстоянии не менее 8 и не более 25 м от оборудования, на высоте 1,5 м над поверхностью земли, обеспечив регистрацию электромагнитного излучения вертикальной поляризации. Положение антенны в пространстве после ее установки следует скорректировать, обеспечив прием максимального уровня сигналов.
При расположении и подключении регистрирующих устройств и компьютера вблизи высоковольтной установки необходимо принять меры предосторожности в отношении расположения кабелей и других компонентов с тем, чтобы обеспечить отсутствие нежелательных наводок. Заземление приборов
(корпуса транспортного средства) необходимо выполнять возможно более коротким проводом.
8. Выбор режимов регистрации спектров.
Основные характеристики анализатора спектра должны быть следующими:
диапазон частот - от 1 до 1000 МГц;
ширина полосы пропускания - от 50 кГц до 1 МГц;
динамический диапазон - 70 дБ;
чувствительность - 2-10 мкВ.
Основные характеристики широкополосного приемника: диапазон частот - от 1 до 1000 МГц; полоса пропускания - от 50 кГц до 1МГц; наличие AM, №М, WFM модуляций; чувствительность - 2-10 мкв.
После снятия спектров электромагнитного излучения проводится анализ состояния ВВЭО по критериям, в которых отображены основные квалификационные свойства спектров [3].
1. Оценка состояния оборудования по коэффициенту интегральной мощности электромагнитных колебаний в заданной информативной полосе. Коэффициент интегральной мощности Кп среди квалификационных характеристик спектров является наиболее информативным и определяется для каждой п-ой информативной частотной полосы как отношение интегральной мощности обследуемого оборудования Рп обсл к интегральной мощности эталонного Рп эт :
Кп ~ Рп обсл/Рп эт ,
/п макс
где Рп = / ^п(/)4/ - интегральная мощность излучения оборудования в по-
/п мин
лосе частот/п мин — /п — /п макс;
8п/ - плотность интегральной мощности излучения.
На рис. 6 показано изменение коэффициентов интегральной мощности в течение обследования ВВЭО на одной из подстанций Приморского края. Из
графика видно, что изменение коэффициентов К и К2 в пределах от 1,06 до 1,39 указывает на стабильность работы оборудования. Эти данные подтверждаются результатами регламентных испытаний.
2. Другим критерием может быть оценка состояния оборудования по амплитуде спектра электромагнитного излучения. На рис. 7 представлены средние значения спектров, измеренные вблизи АТ с интервалом в один год. На достаточно большое развитие дефектов указывает повышение уровня излучения на 10-25 дБ.
АТ2 В
10------------------------------------------------------------------------------------------------------------
40 60 80 100 120 140 160
1, МИг
Рис. 7. Наложение спектров, измеренных вблизи аварийного автотрансформатора 500 кВ
Заключение
1. ВВЭО является мощным источником ЭМИ в нормальном режиме работы, уровень которого позволяет осуществлять электромагнитный контроль технического состояния оборудования.
2. Причиной возникновения мощного ЭМИ являются электрические, тепловые и физико-химические процессы, в том числе частичные разряды.
3. Излучение электромагнитного поля вблизи АТ происходит в пределах информативных частотных полос, определяемых излучаемыми свойствами высоковольтных вводов.
4. В качестве критериев оценки высоковольтного оборудования могут быть интегральная мощность излучения, коэффициент интегральной мощности, амплитуда и другие квалификационные характеристики спектров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. М.: Энергия, 1979. 220 с.
2. Силин Н.В. Электромагнитный способ оценки технического состояния высоковольтного оборудования // Промышленная энергетика. 2006. № 1. С. 8-11.
3. Силин Н.В. Контроль состояния электроэнергетического оборудования по спектральным характеристикам его электромагнитного излучения // Энергетика. 2008. № 3. С. 86-91.
4. Силин Н.В., Коровкин Н.В. Электромагнитный контроль электроэнергетического оборудования // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2008. № 4. С. 186-192.
