Метод дистанционной диагностики высоковольтной изолирующей конструкции Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МЕТОД ДИСТАНЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Д.К. ЗАРИПОВ*, Т.В. ЛОПУХОВА**

*ЗАО НПФ «Оптоойл»

*Казанский государственный энергетический университет

Метод предназначен для выявления дефектной изоляции и включает в себя регистрацию пространственного распределения интенсивности теплового излучения многоэлементной (многозвенной) высоковольтной изолирующей конструкции, находящейся под переменным напряжением в установившемся температурном режиме.

Техническим результатом при реализации метода является повышение эффективности дистанционной диагностики путем выявления дефектов на ранней стадии их возникновения.

Проблемы дистанционной диагностики многоэлементных (многозвенных) изолирующих конструкций регулярно рассматриваются в периодической печати

[1-3].

Разработанный нами метод предназначен для выявления дефектной многоэлементной или многозвенной изолирующей конструкции, например гирлянды изоляторов высоковольтной линии электропередачи переменного тока, опорного, стержневого или проходного изоляторов с помощью приборов дистанционной регистрации интенсивности теплового излучения и интенсивности излучения поверхностных разрядов. Техническим результатом при реализации метода является повышение эффективности дистанционной диагностики многоэлементной или многозвенной изолирующей конструкции переменного тока путем выявления дефектов на ранней стадии их возникновения.

Изменение сопротивления элемента или звена конструкции вследствие деградации приводит к изменению его тепловыделения и, соответственно, температуры. Однако известно, что температура элемента в конструкции неоднозначно характеризует его состояние, поскольку значения температур исправного и дефектного элементов могут совпадать.

Принцип, заложенный в предлагаемый метод, основан на том, что исправное и дефектное состояния изоляции можно отличить по изменению распределения температур всей конструкции. Снижение сопротивления на одном из элементов исправной конструкции на начальной стадии приводит к увеличению его температуры, но не приводит к изменению напряжения на нем и перераспределению напряжения между элементами. Температура на других элементах остается неизменной. Дальнейшее снижение сопротивления на элементе приведет к изменению напряжения на нем, перераспределению напряжения в конструкции и изменению температур других элементов. Таким образом, можно отличить две конструкции, в одной из которых есть дефектный элемент, даже когда температура дефектного элемента не отличается от температуры исправного, если сравнивать конструкции по изменению распределения температур.

По данному методу оценка распределения температур по конструкции осуществляется по значениям среднего и среднеквадратического отклонения в

© Д.К. Зарипов, Т.В. Лопухова

Проблемы энергетики, 2006, № 3-4

зарегистрированной тепловизором или пирометром интенсивности теплового излучения элементов. Расчетами и экспериментальной проверкой была доказана возможность выявления дефектов конструкций по критерию превышения среднего или среднеквадратического отклонения в распределении

зарегистрированной интенсивности теплового излучения элементов над

установленными для них пороговыми значениями.

По значениям среднего и среднеквадратического отклонения в

распределении интенсивности теплового излучения сложно выявить дефектную конструкцию, состоящую из «нулевых» элементов, активное сопротивление которых мало, и исправных, с очень высоким активным сопротивлением. Значения характеристик пространственного распределения теплового излучения конструкции в этом случае практически совпадают с исправной. Но в этом случае перераспределение напряжения в конструкции приведет к появлению или скачкообразному росту поверхностных разрядов на исправных элементах, что можно зарегистрировать соответствующими приборами по излучению.

Таким образом, состояние изолирующей конструкции можно определить по значениям среднего и среднеквадратического отклонения пространственного распределения теплового излучения и излучения поверхностных разрядов и выявить наличие дефекта по превышению любой из полученных величин установленного для нее порогового (минимального) значения, зависящего от соответствующих текущей диагностике метеоусловий.

Оптимальные пороговые значения могут быть установлены при диагностике такой же изолирующей конструкции, один из элементов которой имеет активное сопротивление, равное минимально допустимому значению, установленному для исправной изоляции, а сопротивления всех остальных элементов предельно высокие. При этом пороговое значение для среднего в пространственном распределении теплового излучения устанавливают равным интенсивности теплового излучения элемента с наименьшим активным сопротивлением. Например, для фарфоровых изоляторов ПФ-70 предельно высокое активное сопротивление равно приблизительно 3 ГОм, а минимально допустимое по инструкции для изоляции, считающейся исправной, - 300 МОм.

При диагностике в одинаковых метеоусловиях большого числа идентичных многоэлементных изолирующих конструкций, например гирлянд изоляторов на высоковольтных линиях электропередачи, пороговые значения можно установить при последующем анализе по конструкции, один из элементов которой имеет наибольшую интенсивность теплового излучения, а интенсивность теплового излучения остальных не превышает среднего значения, полученного по всем конструкциям. При этом пороговое значение для среднего в пространственном распределении теплового излучения устанавливают по элементу с максимальной интенсивностью теплового излучения элемента. Определение пороговых значений таким способом возможно при условии, когда общее число дефектных элементов значительно меньше исправных, что наблюдается на практике. Получаемое в результате среднее значение соответствует значениям для исправной изоляции с большим сопротивлением.

На рис. 1-4 приведены термограммы гирлянд изоляторов, полученные тепловизором при диагностике контактной сети переменного тока напряжением 27,5 кВ на перегоне от станции Шалега до станции Арья Горьковской железной дороги. Все изображения получены при одинаковых погодных условиях в течение одного часа работ. Одновременно с тепловизионными съемками проводилась

регистрация интенсивности излучения поверхностных разрядов на гирляндах с помощью ультразвукового дефектоскопа.

3) 4)

Рис. 1 иллюстрирует ситуацию, при которой левая гирлянда является исправной, а правая - дефектной, у которой значения среднего и среднеквадратического отклонения распределения тепловыделения превышают пороговые значения, а частичные разряды отсутствуют. На рис. 2 среднее значение интенсивности теплового излучения гирлянды превышает порог, среднеквадратическое значение - не превышает, и частичные разряды не зафиксированы. На рис. 3 пороговое значение превышает только интенсивность излучения частичных разрядов. Под тарелкой нижнего изолятора видно свечение разряда. На рис. 4 приведена термограмма гирлянды изоляторов, по которой были определены пороговые значения среднего и среднеквадратического в пространственном распределении теплового излучения и интенсивности излучения поверхностных разрядов.

Метод реализуется следующим образом. С помощью тепловизора осуществляют регистрацию пространственного распределения теплового излучения тестируемой изолирующей конструкции, как это показано на рис.1-4. Одновременно регистрируется интенсивность излучения от конструкции поверхностных разрядов, например, ультразвуковым дефектоскопом.

Далее на зарегистрированном снимке по значениям яркости в изображении или температуры каждой точки изолирующей конструкции определяют числовые значения параметров пространственного распределения излучения - среднее и среднеквадратическое отклонение. Полученные величины среднего и среднеквадратического отклонения пространственного распределения теплового

излучения, а также интенсивности излучения поверхностных разрядов сравнивают с пороговыми значениями, установленными для них при метеоусловиях, соответствующих текущей диагностике. Если при сравнении хотя бы одна из величин превышает установленный для нее порог, то тестируемую конструкцию считают дефектной.

Распределение интенсивностей теплового излучения можно также определять с помощью пирометра, последовательно наводя его на каждый элемент изолирующей конструкции и фиксируя температуру.

Примером, показывающим возможность реализации метода и достижения заявленного технического результата, является результаты диагностики гирлянд подвесных фарфоровых изоляторов на контактной сети переменного тока напряжением 27,5 кВ на перегоне от станции Шалега до станции Арья Горьковской железной дороги, выборочно приведенные в таблице.

Таблица

Результаты диагностики

№ № п/п Термо- грамма Средняя яркость на термограмме в относительных величинах Среднеквадратическое отклонение яркости на термограмме в относительных величинах Зна со элемен гирл ве чения замеров противлений тов после снятия янд, начиная с рхнего, МОм Состояние изоляции

1 2 3

1 Рис. 1 (правая) 168 10,0 70 2000 1000 Дефектное

2 Рис. 2 161 6,5 90 1000 1000 Дефектное

3 Рис. 3 138 5,7 2 2000 2000 Дефектное

4 Рис. 4 150 6,9 2000 2000 400 Исправное

Общее число проверенных гирлянд на перегоне - более 300. Метеоусловия при проведении работ не изменялись. Пороговые значения для среднего и среднеквадратического отклонения в пространственном распределении теплового излучения были установлены по гирлянде, показанной на рис.4, и равнялись 155 и 6,9 соответственно. Пороговое значение для среднего определялось по яркости нижнего изолятора. Пороговое значение для интенсивности излучения поверхностных разрядов соответствовало отсутствию таковых.

Применение данного метода в течение ряда лет показало, что достоверность диагностики подвесной изоляции оценивается на уровне 80%.

Summary

The method is meant for detection of faulty insulation. This method involves registration of spatial distribution of heat radiation by multi-element insulating construction, which is under alternating voltage in steady-state regime.

Technical result from realization of this method is remote diagnostics efficiency improving because defects can be detected on their early stage.

Литература

1. Обложин В. А. Контроль подвесной изоляции

тепловизором//«Электрические станции».- Тулэнерго.-1999.- №11.

2. Алеев Р.М., Зарипов Д.К., Лопухова Т.В. Возможности методов дистанционной диагностики состояния подвесной изоляции//Российский

национальный симпозиум по энергетике, 10-14 сентября 2001: Материалы докладов. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2001.- Т. 2.-123 с.

3. Алеев Р.М., Зарипов Д.К., Лопухова Т.В. Комплексный подход к дистанционной диагностике состояния подвесной изоляции//Известия вузов. Проблемы энергетики.- 2004.- № 3-4.- С. 78-86.

Поступила 20.02.2006