CC BY
34
УДК 621.3.048
КОМПЛЕКСНАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ
А.В. ГОЛЕНИЩЕВ-КУТУЗОВ, В.А. ГОЛЕНИЩЕВ-КУТУЗОВ, Г.Д. МАРДАНОВ, И.Е. СИНЮГИН
Казанский государственный энергетический университет
Аннотация: Предложен и апробирован способ дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов, основанный на одновременной индикации и компьютерной обработке сигналов частичных разрядов, детектированных акустическим и электромагнитным датчиками.
Ключевые слова: дистанционная диагностика, частичные разряды, высоковольтные изоляторы, акустические и электромагнитные датчики.
Бесконтактная дистанционная диагностика высоковольтных изоляторов (ВИ) по характеристикам частичных разрядов (ЧР) является наиболее оптимальным способом контроля текущего состояния ВИ, находящихся под рабочим напряжением. Данный способ для контроля высоковольтного оборудования уже находит применение при лабораторных и заводских испытаниях как в России, так и за рубежом [1,2]. Для измерения интенсивности и числа ЧР используется, как правило, какой-либо один способ: электромагнитный, акустический или оптический. Для этого применяются соответствующие приборы, причем практически отсутствуют методики пространственного и временного согласования сигналов ЧР, что затрудняет нахождение дефектов, а также связь параметров ЧР с особенностями дефектов и их влияние на рабочее состояние изолятора.
Предложенный нами способ дистанционной диагностики ВИ [3] основан на пассивном приеме одновременно электромагнитного и акустического сигналов излучения создаваемого ЧР с последующим накоплением и компьютерной обработкой. Использование электромагнитного датчика позволяет оценить общий уровень изменения состояния изолятора, а акустический датчик позволяет локализовать место повреждения. При этом сигналы частичных разрядов, детектируемых электромагнитным и акустическим датчиками, согласуются с фазой высокого напряжения, и подсчет числа импульсов и их среднего значения интенсивности проводится раздельно по каждому дискретному интервалу фазового напряжения. Кроме того, программой предусмотрено выделение одиночных наиболее мощных частичных разрядов с подачей информирующих сигналов об опасности для высоковольтной линии. Для определения конкретного значения фазы используется дополнительный электромагнитный датчик.
Способ осуществляется (рис. 1) посредством следующих операций. Используя узконаправленные электромагнитную 1 и акустическую 2 антенны, принимают сигналы частичных разрядов в виде электромагнитных и акустических импульсов, соответственно, усиливают их с помощью широкополосных усилителей 3, 4. Затем импульсы частичных разрядов поступают в аналогоцифровые преобразователи 5, 6 и далее - в устройство обработки сигналов с блоком отображения информации и блоком памяти (персональный компьютер) 7. Непосредственное отображение усиленных сигналов частичных разрядов осуществляется двухканальным осциллографом 8. Электромагнитный и акустический приемники с антеннами предварительно градуируют по чувствительности с учетом расстояния от источника измерения. Затем
© А.В. Голенищев-Кутузов, В.А. Голенищев-Кутузов, Г.Д. Марданов, Е.И. Синюгин Проблемы энергетики, 2013, № 9-10
для каждого типа изоляторов контактным способом, согласно ГОСТ 20074-83, определяются предельные значения интенсивности и числа частичных разрядов, характеризующие дефектное состояние.
Рис. 1. Блок-схема измерительной установки
Полученное фазовое распределение интенсивности (заряда) и числа импульсов сравнивают с ранее записанным распределением аналогичных сигналов для эталонного изолятора. Выделяют по определенной компьютерной программе сигналы с превышающим безопасным для нормального функционирования уровнем, выявляют изоляторы с дефектами и определяют возможность их дальнейшего функционирования.
щ } % * !>• кёл * Шл •'.-Л* Й-*--: ЙГО 1 * С • 0
0 2 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 36
Фаза
0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 100-120 120-140 140-160 160-180 180-200 200-220 220-240 240-260 260-280 280-300 300-320320-340 340-360 0 5 110 116 251 111 14 0 0 0 0 68 195 559 41 23 0 О
а)
О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
Фаза
0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 100-120 120-140 140-160 160-180 180-200 200-220 220-240 240-260 260-280 280-300 300-320320-340 340-360
0 0 0 0 10 69 15 0 0 0 0 2271 1281
б)
Рис.2. Зависимость интенсивности частичных разрядов от фазы питающего напряжения
На рис. 2 показаны результаты обработки сигналов ЧР для полимерных изоляторов марки ЛК 70/35: исправного изолятора (а) и изолятора, содержащего дефект в виде повреждения стеклопластикого стержня (б). По оси абсцисс (нижняя строка) представлено число ЧР в каждом фазовом интервале, а по оси ординат - их интенсивность. Масштаб для рис. 2,а составлял 1 дел.=100 пКл, для рис.2,б 1 дел=1000 пКл. Фазовые интервалы для максимального числа импульсов и интенсивностей ЧР практически совпадают; они соответствуют интервалам фазовых углов 60-70 градусов для положительной полуволны и 230-260 градусов для отрицательной (рис. 2,а и 2,б).
Полученные во время проведения экспериментов результаты позволили разработать три диагностических признака, отличающих исправные полимерные изоляторы от дефектных:
1) повышение числа частичных разрядов и их интенсивности за дискретный фазовый интервал;
2) наличие мощных частичных разрядов, превышающих по интенсивности средние значения за фазовый интервал;
3) сдвиг фазовых интервалов числа частичных разрядов с наибольшими интенсивностями.
Однако первым и главным диагностическим признаком является значительное отличие в количестве и интенсивностях ЧР, а также фазовый сдвиг этих значений.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 13-08-97027/2013.
Summary
Proposed and tested method of remote diagnostics of high-voltage insulators, based on the simultaneous display and computer processing of partial discharge signals detected acoustic and electromagnetic sensors.
Key words: remote, composite insulators, partial discharge, power conversion, acoustic and electromagnetic sensors.
Литература
1. Гост 20074-83. Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов. М.: Издательство стандартов.
2. Вдовико В.П. Частичные разряды в диагностировании высоковольтного оборудования / В.П. Вдовико. Новосибирск.: Наука, 2007. 187 с.
3. Голенищев-Кутузов В.А., Голенищев-Кутузов А.В., Евдокимов Л.И., Черномашенцев А.Ю. Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных полимерных изоляторов. Патент РФ № 2483315 от 27 мая 2013 года.
Поступила в редакцию 10 сентября 2013 г.
Голенищев-Кутузов Александр Вадимович - д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой «Промышленная электроника» Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел: 8(843)5194278, 8(917)2500635. E-mail: [email protected].
Голенищев-Кутузов Вадим Алексеевич - д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры «Промышленная электроника» Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел: 8(843)5194278.
Марданов Георгий Дамирович - магистрант кафедры «Промышленная электроника» Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел: 8(843)519-42-78.
Синюгин Илья Евгеньевич - магистрант кафедры «Промышленная электроника» Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел: 8(843)519-42-78.
