CC BY
61
ские науки. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 143-150.
D.O. Feofilov, T.A. Akimenko
A GENERALIZED MATHEMATICAL MODEL OF THE SUSPENSION SYSTEM OF GROUND MOBILE OBJECT
A mathematical model of the suspension of any structure is considered. A variant of the implementation of such a mathematical model for simulation of moving ground targets by the composition of models of individual elements is offered.
Key words: suspension system, mechanotronic system, mathematical model, method of aggregation.
Получено 20.07.12
УДК 620.192.46
И.В. Зайчиков, канд. техн. наук, доц., (4872)-35-02-19, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.И. Солдатов, асп., (4872)-35-02-19, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
И.В. Лавров, ген. директор, (4872)-35-02-19, zigorwm@mail. т (Россия, Тула, ООО «ИАЦ «Промэксперт»»)
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КЛЕЕВЫХ ШВОВ ФАРФОРОВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ
Выполнен поиск способов контроля механического состояния клеевых соединений высоковольтных фарфоровых изоляторов неразрушающим методом с построением технологии проверок и выбором соответствующего оборудования и оснастки.
Ключевые слова: акустико-эмиссионный, ультразвуковой, виброакустический, радиоволновой, рентгенографический, тепловизионный, фарфор, клей
Задача проверки механического состояния клеевых соединений высоковольтных фарфоровых изоляторов возникла в связи с негативными процессами старения оборудования данного типа. Нормативно допустимый срок службы для рассматриваемого класса фарфоровых изоляторов типа ИВВ-500, применяющихся в составе воздушных выключателей типа ВВБК-500, определён паспортными данными завода изготовителя 25 годами. На текущий момент на подстанциях, выполняющих генерацию и распределение электроэнергии по воздушным линиям с используемым напряжением 500 кВ и выше, выявлена систематическая проблема, требующая своевременного решения.
Сущность проблемы заключается в следующем: в результате эко-
267
номии средств и использования имеющегося запаса изоляторов существенно снизился уровень их закупок у производителя. Из-за этого основное узкоспециализированное предприятие, занимавшееся производством и испытанием изделий данного типа, из-за недофинансирования прекратило свое функционирование. Это привело к тому, что существенная часть имеющегося парка высоковольтных изоляторов выработал свой ресурс. Количество аварий и случаев травматизма по причине выхода из строя выключателей типа ВВБК-500 из-за повреждений опорно-стержневых изоляторов в основном по зонам клеевых швов стало недопустимо большим. Замена выработавших ресурс изоляторов в ряде случаев невозможна, так как их производство остановлено, а зарубежных аналогов в данном классе нет. Таким образом, стало актуальным предупреждение выхода из строя эксплуатируемых изоляторов неразрушающим методом на рабочем месте и контроль продления их ресурса.
Анализ существующих методов и технологий неразрушающего контроля показал, что лишь небольшое их число приемлемо для решения указанной задачи. Среди них можно назвать акустико-эмиссионный, ультразвуковой, виброакустический, радиоволновой, рентгенографический и тепловизионный методы. Однако все указанные методы должны учитывать специфику основного материала изолятора и материала клея шва, а также конструктивные особенности данного изделия.
Акустико-эмиссионный и ультразвуковой методы были проанализированы первыми, так как на их базе существуют утвержденные методические указания [1]. Однако оба метода применяются к основному материалу фарфоровой покрышки и не применяются к зоне и материалу клеевого шва. Модернизировать данные методы для решения поставленной задачи не представляется возможным.
Для реализации акустико-эмиссионного метода требуется регистрация уровня акустической эмиссии импульсов от развивающихся микротрещин при двукратно силовом нагружении с заранее определённым уровнем, который не должен превышать максимально допустимый. Данное значение невозможно определить для отработавших свой ресурс изоляторов, особенно для материала клеевого соединения, так как в каждом конкретном случае требуется делать испытание на прочность и адгезию материала состарившегося клея. Кроме того, риск разрушить изолятор статистически составляет 1.. .2 %.
Для ультразвукового метода необходима регистрация отраженных сигналов от вкраплений или полостей в исследуемом материале. Зона раздела фарфоровых покрышек, содержащая клей воспринимается в данном методе как дефект и не позволяет исследовать ее внутреннее состояние в связи с малой геометрической толщиной, составляющей около 2.4 мм для изоляторов типа ИВВ-500, и в связи с наличием конической поверхности клеевого шва, уходящей внутрь материала одной из двух склеиваемых фарфоровых покрышек, скрытой за внешними фасками торцов сопрягаемых покрышек.
Виброакустический метод был проанализирован также в связи с наличием методических указаний [2]. Метод базируется на оценке спектральной плотности мощности реакции изолятора на воздействие случайной вибрации с плоским спектром. При этом анализируется наличие стоячей волны в материале изолятора и ее сохранение во времени. Наличие клеевого соединения в этом методе фактически является преградой для возникновения стоячей волны и требует дополнительного исследования спектра плотности мощности на предмет возможности косвенно получать информацию о состоянии материала шва.
Радиоволновой метод даёт возможность определять толщину изделия из неметаллического материала [3], а также позволяет выявить внутренние дефекты в неметаллическом материале. Однако применительно к конструкции изолятора и геометрии шва нет возможности создания опорного пучка и поля с равномерными амплитудно-фазовыми характеристиками, чтобы надежно регистрировать в пределах зоны клеевого шва дефекты типа расслоений, раковин, инородных включений. Кроме того, как при просвечивании, так и при использовании отражателя, требуется помещение части элементов аппаратуры внутрь полой опорно-стержневой конструкции изолятора, что невозможно из-за того, что он является неразборным изделием.
Рентгенографический метод является по сравнению с рассмотренными выше методами более приемлемым [4], так как позволяет определять дефекты, если один из размеров дефектной области превышает 0,1 мм. Но для получения высококачественных рентгеновских изображений нужна дорогая, сложная и высоковольтная аппаратура рентгеновских трубок, которая должна допускать применение на высоте до 5...6 м в полевых условиях. По этой причине экономически применение метода не является оправданным. Кроме того, просвечивание по схеме "эллипс" (по аналогии с радиографическим контролем сварных швов трубопроводов) возникает сложность в анализе зоны шва, так как путь рентгеновских лучей пересекает сложную внешнюю поверхность фарфоровой покрышки. Она содержит ребра, которые при углах просвечивания менее 90* к оси изолятора будут образовывать неоднородное изображение. Дополнительно к этому будет значительное ослабление излучения, так как геометрические размеры изолятора велики. Это потребует увеличения чувствительности приемника и мощности излучателя.
Тепловизионный метод. для решения указанной задачи рассматривался как наиболее приемлемый с точки зрения технической реализации в полевых условиях и регламентированный действующими руководящими документами [5]. Однако изолятор имеет ряд конструктивных и теплоизоляционных свойств, затрудняющих его применение.
Одной из основных проблем является остеклованная и ребристая поверхность изолятора, которая имеет существенно негативные свойства отражения, которые портят качество термограмм. Следующей проблемой является низ-
кая теплопроводность как фарфора - материала покрышки, так и клея - соединительного материала шва. Еще одной проблемой является цилиндрическая форма поверхности изделия, не позволяющая правильно и целиком контролировать клеевое соединение.
По первой указанной проблеме были проанализированы окна прозрачности для инфракрасного излучения и существующая приборная база, позволяющие снизить влияние данной проблемы. Из двух наиболее часто используемых окон с длинами волн 8.12 мкм и 3.5 мкм, выбран последний диапазон, позволяющий работать с более точными и менее зашумленными термограммами клеевого шва. Термограммы были получены в результате натурных измерений реального образца изолятора двумя тепловизорами: серии Fluke (рабочий диапазон длин волн 8.12 мкм) и серии Irtis (рабочий диапазон длин волн 3.5 мкм).
Вторая проблема была решена применением тепловизора с высокой чувствительностью по мощности электромагнитного инфракрасного излучения и высокой разрешающей способностью по температуре. Этим параметрам удовлетворяет тепловизор, имеющий рабочий материал приёмника инфракрасного излучения, охлаждаемый жидким азотом, и имеющий реализацию приёмника в виде одиночного зонда со стабильными и одинаковыми параметрами по всему полю зрения теповизора. В тепловизорах серии Irtis реализована именно такая конструкция, обеспечивающая электромеханическое управление одиночным зондом и разрешающую способность по температуре 0.2 С. Кроме того для получения максимально контрастных термограмм было решено использовать активный метод воздействия на изделие, а именно принудительный нагрев материала изделия по аналогии с климатическими испытаниями [6]. Для этого был разработан и собран электронагреватель, охватывающий цилиндрическую поверхность изделия и позволяющий имитировать тепловой удар по изделию, разрешённый и применяемый при его заводских испытаниях в соответствии техническими условиями [7].
Третья проблема была решена разработкой и использованием механической системы направляющих для сканирования фрагментов шва с шагом, равным 1/8 длины окружности. В этом случае в поле зрения тепловизора имеются минимальные геометрические искажения изображения шва, связанные с его неплоской поверхностью.
Список литературы
1. Методические указания по контролю механического состояния фарфоровых опорно-стержневых изоляторов разъединителей 110 кВ и выше и фарфоровых покрышек высоковольтных воздушных и масляных выключателей в условиях эксплуатации. М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2004.
2. Методические указания по контролю механического состояния фарфоровых опорно-стержневых изоляторов разъединителей 110 -220 кВ под ра-
бочим напряжением. М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2005.
3. ГОСТ 23480-79. Контроль неразрушающий. Методы радиоволнового вида.
4. Колесников А.А., Овсянников А.Г. Проверка качества изготовления изоляторов методом рентгеноскопии. // Материалы Второй Российской с международным участием научно- практической конференции «Линии электропередачи - 2006: проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно-технический прогресс». Новосибирск,2006.
5. РД 34.45-51.300-97 «Объём и нормы испытаний электрооборудования».
6. ГОСТ 26093-84. Изоляторы керамические. Методы испытаний.
7. ТУ 16-528.192-80. Изолятор опорный. Типы ИВВ-500-200 УХЛ1 и ИВВ-500-2000 У1.
I. W. Zaychikov, V.I. Soldatov, I. V. Lawrov
ANALYSIS OF NON-DESTRUCTIVE TESTING CAPABILITIES STATE OF ADHESIVE JOINTS PORCELAIN INSULATORS
Search of ways of control of a mechanical condition of glutinous connections of high-voltage porcelain insulators by a nondestructive method with construction of technology of checks and a choice of the corresponding equipment and equipment is executed.
Key words: akustiko-issue, ultrasonic, vibroacoustic, radiowave, radiographic, thermovision, porcelain, glue
Получено 20.07.12
