CC BY
71
УДК 621.3.082.77
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, ОСНОВАННЫЕ НА ОБНАРУЖЕНИИ И ИЗМЕРЕНИИ УРОВНЯ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
Н.А. Свистунов
Рассмотрены методы диагностики и контроля состояния электротехнических устройств силовых подстанций, основанные на обнаружении и измерении уровня частичных разрядов в изоляции оборудования.
Ключевые слова: электротехнические устройства, частичные разряды, диагностика.
В условиях постоянного роста цен на ресурсы топливно-энергетические комплекса остро стоит проблема электроснабжения, затрагивающая все отрасли хозяйства страны. Эта проблема также актуальна и для энергетики. Повышение энергетической эффективности является приоритетной государственной задачей на всех уровнях систем электроснабжения: от выработки, преобразования и распределения, до потребления электрической энергии потребителями.
Из-за экономического состояния страны на сегодняшний день приходится принимать меры по увеличению срока эксплуатации устаревающего электротехнического оборудования.
В России общая протяженность электрических сетей напряжением 0,4 ...110 кВ уже превысила 3 млн км, а трансформаторная мощность подстанций и трансформаторных пунктов — 520 млн кВА. Стоимость основных фондов сетей составляет около 200 млрд руб., а степень их износа — около 40 %. В 90-е годы прошлого века из-за политической и экономической ситуации в стране резко сократились объемы строительства, технического перевооружения и реконструкции подстанций, и лишь впоследние годы вновь стали уделять достаточно внимания этим направлениям.
Для решения задач оценки технического состояния электрооборудования электротехнических систем внедряются эффективных методов инструментального контроля и технической диагностики. Также это необходимо и обязательно для обеспечения эффективной, безопасной и надежной работы электрического оборудования [1].
Методы диагностики, обеспечивающие контроль текущего технического состояния оборудования под нагрузкой и в процессе его нормальной эксплуатации, играют важную роль в обслуживании по необходимости и заблаговременном ремонте оборудования, тем самым продлевая срок службы электротехнических устройств и повышая надёжность и эффективность их функционирования.
Рассмотрим методы диагностики и контроля технического состояния электротехнических систем силовых подстанций, основанные на обнаружении и измерении уровня частичных разрядов в изоляции оборудования.
Частичный разряд - это электрический разряд, который шунтирует лишь часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами [2].
Частичный разряд представляет собой результат локальной концентрации напряженности электрического поля в теле или на поверхности электрической изоляции, превышающей электрическую прочность изоляции. В следствии действия переменного напряжения происходит поляризация диэлектриков и на поверхности включения образуется слой связанных с молекулами диэлектрика зарядов, создаётся напряженность поля включения. В определённый момент, когда напряжённость поля включения больше или ровна электрической прочности диэлектрика в локальном объёме происходит разряд.
Электроэнергетика
Во время возникновения частичного разряда можно наблюдать определённые физические явления, такие как: протекание импульсного тока в искусственных цепях с объектамив которых возникаютчастичные разряды; электромагнитное и световое излучения в окружающее пространство; ударные волны; разложение диэлектрика на молекулярные группы, а такженагрев в локальных объёмах изоляции с частичными разрядами.
Опираясь на природу данных физических явлений, было разработано несколько методов обнаружения и обработки частичных разрядов и диагностики технического состояния изоляции электротехнических устройств, рассмотрим некоторые из них:
- Акустический метод;
- Электромагнитный, СВЧ-метод;
- Электрический метод.
Далее рассмотрим их главные достоинства и недостатки.
Акустический метод. При возникновении частичного разряда в изоляции электротехнического устройства происходит электрический импульс, порождающий звуковую волну.
Благодаря этому для регистрации частичных разрядов и локализации дефекта можно использовать акустические датчики. Они в следствии относительно низкой скорости распространения акустических сигналов дают возможность провести достаточно точную локализацию источника сигналов внутри установки. Одновременно с этим измеряется задержка момента прихода акустического импульса относительно электрического сигнала в нескольких точках электрооборудования и, з счёт этого, вычисляется ориентировочное расположение источника, учитывая конструкцию конкретного объекта [3].
Главные преимущества метода акустической локации частичных разрядов:
1. Применение данного метода, имеющего высокую чувствительность, позволяет обнаружить образование частичных разрядов в дефектных местах на ранних стадиях.
2. Характеристики частичных разрядовдают возможность производить многостороннюю оценку свойств дефектов и характера процесса частичного разряда.
3. Данный метод можетопределить как интегральные характеристики множества, так и свойства единичных частичных разрядов.
4. Возможно безынерционно отображать разрядные явления в изоляции.
Недостаток акустического метода заключается в том, что электрическая изоляция электроаппаратов является многослойной конструкцией на основе изоляционной бумаги (электротехнического картона), помещенной в изоляционное масло и пропитанной им. Такая среда вызывает интенсивное затухание, а также многократные отражения проходящего через неё сигнала. Этот фактор существенно снижает уровень регистрируемого сигнала. К тому же и само электрооборудование, находящееся под нагрузкой, является источником ультразвуковых колебаний, уровень которых значительно выше ультразвуковых колебаний от частичного разряда. Поэтому частотный разряд в такой конструкции нельзя достаточно надёжно зарегистрировать.
Электромагнитный, СВЧ-метод. Данный метод даёт возможность обнаружить объект частичного разряда благодаря направляемому приёмному СВЧ антенного оборудования. Этому методу не требуется контактировать с контролируемым оборудо-ванием,а также позволяет проводить обзорное сканирование группы оборудования.К тому жепогодные условия не влияют на данный способ измерения.
Электромагнитный метод регистрации частичных разрядов имеет следующие преимущества:
1. СВЧ - зонд обеспечивает надежное обнаружение частичных разрядов во вводах и трансформаторах тока.
2. Уровень обнаружения сигналов частичных разрядов в электрооборудовании указанного типа в условиях эксплуатации под нагрузкой составляет несколько десятков пикокулон, что значительно лучше. Также СВЧ зонд не требует подключения к электрооборудованию или отключения от него, что позволяет проводить дистанционный контроль электрооборудования с расстояния в несколько метров
Недостатком данного метода является отсутствие количественной оценки частичных разрядов, таких как заряд частичного разряда, его ток, мощность и др. Так же он подвержен влиянию электромагнитных излучений других объектов.
Электрический метод. В основе этого метода лежит контроль частичных разрядов в электрических цепях, связанных с исследуемым объектом. Принцип действия электрического метода состоит в следующем: из-за частичного разряда в искусственных цепях протекают импульсные токи, датчик находящийся в непосредственном контакте с исследуемым объектом фиксирует величину импульсных токов, т.е. кажущийся заряд [4].
Основное преимущество датчиков частичных разрядов электрических каналов заключается в том, что они расположены в непосредственной близости от места зарождения частичных разрядов, но достигаемый положительный эффект нивелируется ухудшением качества сигнала из-за прохождения через несколько этапов.
Таким образом, проведя анализ наиболее распространённых существующих методов контроля уровня частичных разрядов в электротехнических системах, можно сделать вывод что все они имеют свои недостатки ичто для обеспечения наибольшей эффективности работы систем контроля частичных разрядов в изоляции оборудования электротехнических систем под нагрузкой и в процессе их нормальной эксплуатации необходимо применять по несколько датчиков частичных разрядов различных типов.
Список литературы
1. Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций: учебное пособие / А.И. Хальясмаа [и др.]. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. 64 с.
2. ГОСТ 20074-83. Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов.
3. Вдовико В.П. Частичные разряды в диагностировании высоковольтного оборудования. Новосибирск: Наука, 2007. 155 с.
4. Measurement of partial discharges in transformers. Pt 1 // GIGRE WG12.01. Elec-tra, 1971. N19.
Свистунов Николай Андреевич, аспирант, svislunoff.nick'a yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF DIAGNOSTIC METHODS OF TECHNICAL CONDITION OF ELECTROTECHNICAL DEVICES BASED ON DETECTION AND MEASUREMENT OF THE LEVEL OF PARTIAL DISCHARGES
N.A. Svistunov
The diagnosticsmethods and monitoring of the state of electrical devices of power substations, based on the detection and measurement of the level of partial discharges in equipment insulation, are considered.
Key words: electrotechnical devices, partial discharges, diagnostics.
Svistunov Nickola yAndreevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula state University
