CC BY
355
УДК 621.315.65(08)
А. Г. ГАЛКИН, Т. А. НЕСЕНЮК (УРГУПС)
Уральский государственный университет путей сообщения, 620034, Россия, Екатеринбург, ул. Колмогорова 66, тел.: +7 (343) 221-25-27, эл. почта: AGalkin@usurt.ru. TNesenuk@mail.ru
КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА ИЗОЛЯТОРОВ линий ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Введение
Информационный поиск и анализ отечественной и зарубежной технической литературы показал, что ни в РФ, ни в СНГ, ни за рубежом проблема оперативной диагностики состояния распределительных электросетей в настоящее время не решена [1]. Электрические сети питают тяговые и нетяговые потребители. К тяговым потребителям относится электрический транспорт, имеющий свою инфраструктуру, обеспечивающую бесперебойное питание контактной сети, линий СЦБ, продольного электроснабжения, освещения, автоматики телемеханики, релейной защиты. Разнообразие видов и характеров повреждений пока не позволило найти какой-либо универсальный метод диагностики изоляции, что затрудняет обнаружение дефекта, увеличивает время поиска и приводит к экономическим потерям [2].
Процессы, протекающие в изоляции под воздействием различных эксплуатационных факторов, приводят к ее разрушению и ухудшают свойства изоляции. Контроль изоляции определяется испытанием, оценкой состояния изоляции и принятием решения о дальнейшей его эксплуатации.
Диагностику изоляторов необходимо осуществлять приборами, обладающими достаточной чувствительностью в жестких условиях эксплуатации с учетом расположения изолирующих конструкций. В большинстве энергосистем (80%) осмотры изоляторов проводятся с поверхности земли в дневное время суток с помощью оптических приборов. Биноклями, используемые бригадами обслуживающими воздушные линии электропередачи при осмотрах, можно наблюдать только существенные внешние повреждения, а не полную и объективную информацию о состоянии изоляторов.
Классификация методов контроля изоляции
В настоящее время существуют различные методы контроля изоляции. Авторы попытались классифицировать методы контроля на контактные и бесконтактные, электрические и неэлектрические, звуковые и визуальные, а так же комбинированные, схематическое изображение представлено на рис. 1.
Контактные методы, в основном, применяют при отключении напряжения на участке ЛЭП, где испытывают изоляторы. Такие методы сопровождаются снятием изоляторов с опор, что создает опасность связанную с подъемом рабочего персонала на опоры ВЛ и вероятность попадания персонала под напряжение. Тогда, как бесконтактные методы могут применяться без отключения напряжения в ЛЭП.
Возникновение или увеличение интенсивности короны или поверхностных частичных разрядов можно использовать для косвенной оценки изолирующей способности и обнаружения дефектов электронно-оптическим дефектоскопом (ночного видения Филин, Коршун, СогопаЗсоре, и дневного БауСог II™). Особенностью применения является регулирование чувствительности с учетом помехоустойчивости и пространственной разрешающей способности. По длительности оптического излучения определяется величина амплитуды тока утечки: 1п I = 0,1 + 0,34 Гпчр (при I > 2 мА), где ГПчр -измеренная длительность излучения ПЧР в миллисекундах (0,1... 9,9 мс) [3].
Изображения записывают, оцифровывают и определяют интенсивности излучения ПЧР в двух участках спектра количественно. Степень загрязнения поверхности определяют из отношения [3]:
X = 20,8-
У
2-К
\
Ч^кр +Лжн J
-1
(1)
где /Кр и /син - интенсивность излучения разрядов в красной и синей областях спектра, соответственно. После чего осуществляется выявление дефектов изоляторов и мест перекрытия.
Для работы с переносными приборами изучается информация о местности контролируемого участка и плане размещения контролируемой изоляции, планируется схема маршрута передвижения, анализируются данные показаний приборов подстанции, фиксирующих перекрытия, учитывается время суток (желательно темное время суток и повышенная влажность при положительной температуре).
© Галкин А. Г., Несенюк Т. А., 2013
комбинированные
виброакустический (МИК) * ультразвуковой резонансный (УДС 2ВФ-ЦИВОМ) к. ^ *ультрафио летовый (УФ камера) *инфракрасный (тепловизор)
А
частоты свободных колебаний
*выявления ЧР
(ULTR.APR.OBE, ЦЪТКАТЕЗТ)
ту
П П
-
резонансные ультразвуковой акустический световой тепловой
частоты
Рис. 1. Методы контроля изоляции * - не требующие отключения напряжения во время испытаний
При приближении грозы запрещено применение контролирующими приборами, так же как приближение к токоведущим частям, ближе, чем на расстояние, указанное в РД 153-34.0-03.150-00. Необходимость учета всех параметров с учетом времени суток, влажности и климата, обучение персонала навыкам оператора и значительные затраты времени на поиск неисправности характеризует недостатки данного метода.
На практике в качестве диагностического прибора контроля изоляции используют тепловизор, обнаруживающий неисправность благодаря нагреванию наблюдаемой конструкций током. Применение в электроэнергетие инфракрасного аппарата позволяет косвенным способом выявлять неисправности [4]. Автор считает, что трудности диагностики возникают
© Галкин А. Г., Несенюк Т. А., 2013
начиная со сложности сопоставления температур всех элементов электроустановки, не допуская перекрытия изображения токопроводя-щими элементами, продолжаются при рассмотрении исследуемых объектов с разных углов на достаточно близком расстоянии, при этом тепловизор не учитывает многие физические эффекты, возникающие при излучении, поглощении и отражении инфракрасного (теплового) излучения. А программное обеспечение тепловизора не учитывает многие факторы из-за отсутствия соответствующих установочных параметров, значения которых могли бы задаваться до съемки.
Оценка надежности изоляции по результатам испытания бывает недостоверной на различных уровнях напряжений. Примером может служить
решение Всероссийского семинара по сравнению различных методов контроля состояния изоляторов [5]. На семинаре отмечено, что проблемы совершенствования системы диагностирования изоляторов остаются актуальными. Рекомендовалось разработчикам и изготовителям аппаратуры для контроля изоляторов доработать существующие методики с целью повышения достоверности оценки состояния изоляторов.
Решение по контролю изоляторов
Авторами предлагается для диагностики использовать «Устройство для определения дефектов в изоляторах» [6] благодаря возникающему току замыкания на землю - току поверхностного или полного пробоя. Ток, направленный через сигнальное устройство, вызывает срабатывание последнего. Для улавливания тока пробоя не изменяя изоляционное тело изолятора авторы предлагают изменить конструкцию крепежного узла. Особенность «устройства» заключается в том, что крепежный элемент выполняют выступающим за пределы изолятора в месте крепления к заземленной конструкции, наносят на поверхность крепёжного элемента равномерную по толщине пленку из токопроводящего материала, на выступающей части крепежного элемента к пленке жестко прикрепляют металлический проводник, другой конец которого через сигнальное устройство соединяют с заземлённой конструкцией [6].
Проводимые в лаборатории «Теоретических основ электротехники» УрГУПС эксперименты подтвердили верность конструктивного исполнения устройства. При проведении опыта [7] распределения тока утечки по загрязненной поверхности, всю поверхность изолятора увлажнили соляным раствором и добились устойчивого прохождения тока. В результате ток протекал по влажной соляной поверхности изолятора на токопроводящую пленку, к которой был подключен тонкий медный провод. Ток попадал на «устройство», что можно было наблюдать на термограмме (рис. 3, а). В качестве сигнального устройства был использован предохранитель, плавкая вставка которого перегорела после прохождения через него тока утечки.
Следующий опыт проводился для того, чтобы убедиться в работе механизма устройства при пробое изолятора. На представленном рис. 3, б., составленным путем наложения фото и термограмм, можно увидеть путь прохождения пробивного тока. В качестве сигнального устройства применили медную проволоку, ко-
торая расплавилась под действием пропускаемого тока. Данный опыт позволил доказать возможность применения испытываемого устройства для выявления неисправного (пробитого) изолятора при внутренних повреждениях.
Рис. 2. Устройство для определения дефектов в изоляторах: 1 - изолятор; 2 - крепежный элемент;
3 - пленка; 4 - закрепленный через траверсу или напрямую штырь или крюк; 5 - сигнальное устройство; 6 - заземленная конструкция; 7 - опора; 8 - ЛЭП;
9 - выступающая часть крепежного элемента
Следующий опыт проводился для того, чтобы убедиться в работе механизма устройства при пробое изолятора. На представленном рис. 3, б., составленным путем наложения фото и термограмм, можно увидеть путь прохождения пробивного тока. В качестве сигнального устройства применили медную проволоку, которая расплавилась под действием пропускаемого тока. Данный опыт позволил доказать возможность применения испытываемого устройства для выявления неисправного (пробитого) изолятора при внутренних повреждениях.
Таким образом, при короне, внутренних стримерах, дуговом разряде, искровых перекрытиях линейной изоляции или полном пробое с помощью предлагаемого устройства можно выявить неисправность изоляции в линии электропередачи.
© Галкин А. Г., Несенюк Т. А., 2013
Рис. 3. Термограмма распределение тока пробоя: а) по поверхности изолятора; б) сквозного
Опорный изолятор с индикатором неисправности
Проблему опорной изоляции автор предлагает решить, установив индикатор неисправности модернизированным крепежным узлом [8], рис. 4. Изолировав потенциал то ко проводящей линии (шины) 4 с одной стороны и заземленной конструкции 3 с другой втулкой и прокладкой из диэлектрического материала, можно соединить.
При пробое корпуса 1 изолятора однофазный ток протекает через металлический крепежный болт 2, изолированный от заземленной несущей конструкции 3 диэлектрической прокладкой 5 и втулкой 6 из диэлектрического материала, затем по проволочному проводнику 8, один конец которого пропущен между металлической шайбой 7 крепежного узла и дополнительной токопро-водящей шайбой 12, установленными у головки болта 2, ток попадает на заземленную несущую конструкцию 3, к которой прикреплен другой конец проволочного проводника 8. На металлическом проволочном проводнике 8 размещен индикатор неисправности 9, срабатывающий при прохождении однофазного тока. Индикатор неисправности может иметь различную форму и различные методы срабатывания.
© Галкин А. Г., Несенюк Т. А., 2013
А
Рис. 4. Схема опорного изолятора с индикатором неисправности
Например, покрытие термокраской поверхности индикатора позволит визуально обнаруживать прохождение тока замыкания на землю за счет изменения цвета термокраски от силы тока. На краску не оказывают влияния магнитные и электрические поля.
Стальная проволока, сечение которой выбирается величиной тока, за счет нагрева током пробоя расплавляется и обрывается, при этом флажок будет удерживаться одним концом, что и будет сигналом повреждения изолятора.
Применение ИТЮ-тсхнологий. Можно применять ИТЮ-тсхнологии. модернизируя пассивную метку и считывателем обнаруживать прохождение тока замыкания на землю за счет перегорания микросхемы метки, которая не будет откликаться на высокочастотный сигнал, подаваемый считывателем [9].
В лабораториях УрГУПС проводились эксперименты по определению тока пробоя пассивных ИТЮ-мсток МЗ (рис. 5, поз. 1), длины распространения сигнала от угла расположения, материала на который крепится метка, о влияниях на прием и передачу высокочастотных сигналов различных разрядов (рис. 5, поз. 2).
Рис. 5. Опыты с пассивной КРГО-меткой: 1 - подключение метки в измерительную схему;
2 - исследование влияния коронного разряда на считывание пассивной ЯРЮ метки МЗ
Результаты испытаний ЯРЮ метки МЗ позволяют сделать следующие выводы: ток пробоя должен задаваться определенным значением; метка может крепиться на различные материа-
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников
1. Несенюк Т. А. Диагностирование изолирующих конструкций // Транспорт Урала.- 2011,- №3 (30).-С. 69-71.
2. Соловьев Э. П. Выбор наружной полимерной изоляции на основе опыта длительной эксплуатации / Э. П. Соловьев, М. К. Ярмаркин // Газета "Энергетика и промышленность России", №12(64), 2005.
3. Методические указания по дистанционному оптическому контролю изоляции воздушных линий электропередачи и распределительных устройств переменного тока напряжением 35 - 1150 кВ. СТО 56947007-29.240.003-2008.
4. Кочуров Е. Л. О технических характеристиках тепловизоров и о проблемах интерпретации результатов тепловизионной съемки оборудования / Е.Л. Кочуров, И.В. Милютин, А. В. Рубиновский [электрон, ресурс], режим доступа: http://enlab.ni/pub/pub 16/риЬ 16.html
5. Решение Всероссийского семинара «Сравнение различных методов контроля состояния фарфоровых опорно-стержневых изоляторов на подстанциях 110 кВ. Применение методов диагностирования опорно-стержневой изоляции 35-110 кВ», г. Екатеринбург 25.11.2011.
6. Заявка на изобретение №2012120948\07(031733) Российской Федерации, МКП 8 Н 01В 17/00. Устройство для определения дефектов в изоляторах. Дата подачи: 22.05.2012.
7. Протокол испытаний «Устройства для определения дефектов в изоляторах», 2012. - 7 лист.
8. Заявка на изобретение №2013133062\07(049422) Российской Федерации, МКП 8 Н 01В 17/14/ Опор-
лы, кроме металлических конструкций от которых она должна быть изолирована; угол поворота метки относительно считывателя влияет на длину считывания; высокочастотные сигналы не оказывают влияния электрические разряды различной конфигурации. Таким образом, использование ИТГО-технологий возможно для диагностики изоляции воздушных линий электропередачи с учетом особенностей ИТЮ-меток. Объезды на передвижных лабораториях, обходы ЛЭП позволят производить диагностику изоляции с помощью ИТГО-технологий на ранней стадии развития и при пробое.
Выводы
Предложенные способы выявления неисправных изоляторов существенно уменьшат экономические потери, связанные с недоотпус-ком электрической энергии потребителям, повреждением высоковольтного оборудования, уменьшат время поиска причины аварии и снизят вероятность несчастных случаев.
REFERENCES
1. Nesenuyk T. A. Diagnostirovanie izoliruyushchikh konstruktsiy [Diagnostics of insulating structures] // Transport Urala [Transport of the Urals]. - 2011. - №3 (30). P. 69-71.
2. Solovyev E. P., Yarmarkin M. K. Vybor naruzhnoy polimernoy izolyatsii na osnove opyta dlitelnoy eksplu-atatsii [Selection of exterior polymeric insulation based on long-term operation], Gazeta "Energetika i promyshlennost Rossii" [Newspaper " Power and Industry of Russia"], №12(64), 2005.
3. Metodicheskie ukazaniya po distantsionnomu op-ticheskomu kontrolyu izolyatsii vozdushnykh liniy el-ektroperedachi i raspredelitelnykh ustroystv peremennogo toka napryazheniem 35-1150 kV. STO 56947007-29.240.003-2008 [Guidelines for remote optical monitoring of overhead power transmission lines' insulation and distribution devices of alternate current 35 -1150 kV|.
4. Kochurov E.L., I.V. Milyutin, Rubinovskiy A.V. O tekhnicheskikh kharakteristikakh teplovizorov i o prob-lemakh interpretatsii rezultatov teplovizionnoy syemki obo-rudovaniya [On the specification of thermal imaging cameras and interpretation problems of equipment thermal-imaging shooting], URL: http://enlab.ru/pub/publ6/publ6.html
5. Sravnenie razlichnykh metodov kontrolya sos-toyaniya farforovykh oporno-sterzhnevykh izolyatorov na podstantsiyakh 110 kV. Primenenie metodov diagnostiro-vaniya oporno-sterzhnevoy izolyatsii 35-110 kV. [Resolution of All-Russian seminar "Comparison of different monitoring methods of porcelain rigid-rod insulators at 110 kV substations. Application of diagnostic methods of 35110 kV rigid-rod insulation], Ekaterinburg, 25.11.2011
6. Application for an invention No.2012120948\07
© Галкин А. Г., Несенюк Т. A., 2013
ный изолятор с индикатором неисправности, дата (031733) of the Russian Federation, МКР 8 N 01V 17/00. подачи: 16.07.2013. Ustroystvo dlya opredeleniya defectov v izolatorakh [A
9. Несенюк T.A. Применение RFID-технологий device for detecting faults in isolators] / T.A. Nesenyuk. для поиска неисправной изоляции // Транспорт Ура- Filing date 22.05.2012
ла 2013 -№2(37) - С 72-76 Protokol ispytaniy «Ustroystva dlya opredeleniya
defektov v izolyatorakh» [Test record sheet A device for
Поступила в печать 16.10.2013.
detecting faults in isolators], 2012, 7 p.
8. Application for an invention No. 2013133062\07 Ключевые слова: изолятор, методы контроля (049422) of the Russian Federation, МКР 8 N 01V 17/14/] изолирующих конструкций, устройство для опреде- Oporny izolyator s indikatorom neispravnosti [Base msula-ления дефектов в изоляторах, опорный изолятор с tor with fault indicator], Filing date 16.07.2013. индикатором неисправности, электромеханическое 9. NesenuykT. A. Primenenie RFID-tekhnology dlya
сигнальное устройство, RFID- технологии. poiska neispravnoy izolyatsii [The use of RFID-technology
to detect insulation faults ] //Transport Urala [Transport of the Urals], 2013,- №2 (37). P.72-76.
Внутренний рецензент Сыченко В. Г. Внешний рецензент Васяк И.
В данной работе проведена классификация методов диагностики и контроля изолирующих конструкций, описаны особенности применения бесконтактных методов на примере камер ночного видения и тепловизора. Предложено применение разработанного «Устройства для определения дефектов в изоляторах». В качестве параметра срабатывания предлагается использовать ток пробоя изолятора, выявляющего неисправность диэлектрика с помощью сигнального устройства. Приведены результаты испытаний работоспособности устройства на поверхностный ток и сквозной ток пробоя Проблему диагностики опорной изоляции авторы предлагают разрешить, установив индикатор неисправности с применением механических, термических или радиочастотных способов контроля
УДК 621.315.65(08)
О. Г. ГАЛК1Н, Т. А. НЕСЕНЮК (УРГУПС)
Уральський державний ушверситет шляхт сполучення, 620034, Рост, Екатеринбург, вул. Колмогорова 66, тел.: +7 (343) 221-25-27, ел. пошта: AGalkin@usurt.ru. TNesenuk@mail.ru
КОНТРОЛЬ IД1АГНОСТИКА130ЛЯТ0Р1В Л1Н1Й ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
У данш po6oTi проведена класифкацЫ методт д1агностики та контролю ¡золюючих конструкцш, описаш особливосп застосування безконтактних методт на приклад1 камер шчного бачення i теплов1зора. Запро-поновано застосування розробленого «Пристрою для визначення дефеклв в ¡золяторах». В якосп параметру спрацьовування пропонуеться використовувати струм пробою ¡золятора, що виявляе несправшсть flie-лектрика за допомогою сигнального пристрою. Наведет результати випробувань працездатносп пристрою на поверхневий струм i наскр1зний струм пробою. Проблему д1агностики опорноТ ¡золяци автори пропону-ють виршити, встановивши ¡ндикатор несправносп з застосуванням мехашчних, термнних або радючас-тотних cnoco6iB контролю
Ключов1 слова: ¡золятор, методи контролю ¡золюючих конструкцм, пристрш для визначення дефекпв в ¡золяторах, опорний ¡золятор з ¡ндикатором несправносп, електромехашчний сигнальний пристрш, RFID-технологи.
Внутршшш рецензент Сиченко В. Г. Зовшшнш рецензент Васяк I.
UDC 621.315.65(08)
A. G. GALKIN, Т. A. NESENYUK (DNURT)
Ural State University of Railway Transport, 620034, Russia, Ekaterinburg, 66 Kolmogorov Street, tel.: +7 (343) 221-25-27, e-mail: AGalkin@usurt.ru. TNesenuk@mail.ru
MONITORING AND DIAGNOSTICS OF POWER TRANSMISSION LINES INSULATORS
In this paper the classification of monitoring and diagnostic methods of insulating structures is made, the peculiarities of noncontact methods application by the example of night observation cameras and thermal imaging cameras are described. The use of the developed "Device for detecting faults in insulators" is suggested. Insulator's leakage current that detects dielectric's fault with the help of alarm device is used as operating value. The test results of device operability on surface current and steady leakage current are given. The authors suggest to solve the problem of base insulation diagnostics by setting fault indicators with regard to mechanical, thermal and radio frequency monitoring methods.
Keywords: insulator, monitoring of insulating structures, device for detecting faults in insulators, base insulator with fault indicators, electromechanical alarm device, RFID-technology.
Internal reviewer Sychenko V. G. External reviewer Vasyakl.
© Галкин А. Г., Несенюк Т. A., 2013
