CC BY
21
ПРИБОР ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ МЕСТ КОРОННЫХ РАЗРЯДОВ НА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ
В.К. КОЗЛОВ, И.Н. ЛИЗУНОВ Казанский государственный энергетический университет
В статье приводится решение задачи повышения надежности работы электрооборудования с помощью разрабатываемого нами прибора, определяющего точки коронирования на электрооборудовании до аварийного отключения. Сравниваются и анализируются способы и приборы, детектирующие коронные разряды (короны), которые были разработаны как в нашей стране, так и за рубежом. Описывается созданный макет прибора, позволяющий с помощью имеющихся технологий осуществлять детектирование местных корон и отвечающий современным требованиям и характеристикам лучших зарубежных аналогов.
В настоящее время все большую актуальность получают задачи обеспечения надежности работы электрооборудования (ЭО), бесперебойности энергоснабжения потребителей разных категорий. Данная проблема - ключевая для энергосистем, тем более в современных условиях энергетического рынка.
Вместе с организационными мероприятиями, направленными на достижение высокого уровня надежности, большое значение имеет и техническая сторона вопроса. Средства по пресечению возникновения и развития аварийных и ненормальных режимов на ЭО могут оказать значительное положительное влияние на надежность сети и энергосистемы в целом.
Предлагаемый прибор обнаружения местных коронных разрядов на высоковольтном ЭО является одним из эффективных средств достижения высокой надежности ЭО.
Приборы для детектирования коронных разрядов
Коронный разряд - это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Почти все физические процессы, сопровождающие корону (излучение в широком диапазоне оптических частот, звука, образование объемного заряда вблизи коронирующего электрода и т.д.) используются для её детектирования.
В настоящее время существуют три метода определения точки местной короны: антенный, ультразвуковой и оптический. Первый метод широко использовался и используется для изучения физического явления короны на высоковольтных линиях электропередач, но представляется громоздким и немобильным, применимым для стационарных наблюдений в течение долгого периода времени. Два других метода являются с коммерческой и эксплуатационной точки зрения намного более подходящими. Поэтому на их основе были созданы ряд отечественных и зарубежных разработок.
Наиболее распространенными детекторами короны в энергосистеме России являются различные модификации прибора «Филин», первая из которых появилась более 10 лет назад. При всех достоинствах, все модификации «Филина» обладают существенным недостатком - необходимостью проведения работ только в темное время суток (последние модификации допускают работу при
© Проблемы энергетики, 2006, № 11-12
освещенности до 100 люкс), что делает их применение затруднительным, а подчас просто опасным.
Одна из самых последних отечественных разработок в этой области -ультразвуковой детектор УЗД-201. Причем, данный прибор обладает функцией детектирования короны как одной из побочных возможностей, полученных при разработке прибора для определения герметичности объектов ультразвуковым методом. Поэтому он не обладает возможностью визуализации короны и достаточной чувствительностью. Кроме того, класс напряжения инспектируемой энергоустановки должен быть более 10 кВ.
Зарубежные разработки представлены модификациями оптических камер БауСог®(Израиль), CoroCAM® (ЮАР) и Power Vision® (ЮАР). Все указанные приборы позволяют обнаруживать очаги коронирования как в дневное время суток, так и в ночное, обладают: высокой чувствительностью, разрешающей способностью, развитым сервисным интерфейсом. Некоторые из них могут устанавливаться на вертолетах, что значительно ускоряет процесс исследования длинных ЛЭП высокого напряжения. По многим из них накоплен большой опыт эксплуатации в различных регионах мира, некоторые широко используются в ведущих исследовательских институтах. Недостатком, присущим всем зарубежным приборам, является их высокая стоимость (порядка двух миллионов долларов США), к тому же в России неизвестна технология построения оптического фильтра с высоким порядком подавления шумов.
Характеристики отечественных и зарубежных приборов, а также созданного нами макета указаны в таблице.
Таблица
Сравнение основных характеристик приборов
«Филин-6» «DayCor II» «Coro CAM IV» Макет прибора «Корона»
Общие характеристики:
Поле зрения, по вертикали/ горизонтали н.д. 5°/3,75 5°/4° 3°/3
Фокусное расстояние/ дальность, м 5-7 от 3 от 3 3-30
Рабочая освещенность в сумерки, люкс не более 100 от 1 н.д. н.д.
Потребление энергии, Вт (пост. ток) 0,4 12-16 н.д. н.д.
Вес, кг 2 5,5 3 5
Размеры, мм 340х89х75 250x170x150 н.д. 290х120х70
Рабочий диапазон температур, 0С -20;+50 0С н.д. н.д. н.д.
Технические решения
Основным физическим принципом, положенным в основу работы практически всех зарубежных устройств, является то, что корона испускает УФ-излучение в области от 230 нм до 405 нм. Излучение короны в Солнечно-слепом диапазоне (ССД: 240-280 нм) может быть обнаружено прибором при полном солнечном освещении благодаря оптическому фильтру. Основой зарубежной технологии является УФ-оптика: катадиоптрические линзы с большой площадью накопления фотонов, которые являются коммерческой тайной и не имеют аналогов в России.
По принципу действия разрабатываемый нами прибор учитывает тот же физический факт. Созданный нами макет прибора преобразует световую энергию
© В. К. Козлов, И.Н. Лизунов
Проблемы энергетики, 2006, № 11-12
УФ-диапазона в электрический сигнал, который, в свою очередь, обрабатывается с учетом особенностей излучения местных коронных разрядов на электрооборудовании. Соответственно макет состоит из оптомеханического блока (выделяющий УФ-диапазон оптическими методами) и электронной части, осуществляющей логическую обработку, основой которой является микроконтроллер фирмы Л1ше1® - Atmega8 (рис. 1).
Рис. 1. Принципиальная схема прибора
Микроконтроллер Atmega8 принимает на входе порта сигнал и обрабатывает его. Обработка заключается в оцифровывании сигнала с помощью встроенного 10-разрядного АЦП, дополнительной фильтрации с помощью подпрограммы цифрового фильтра, передачи полученной информации на ЖК-дисплей и последовательный интерфейс. Принципиальная схема подключения периферийных устройств к микроконтроллеру, а также соединения внутри платы МК приведена на рис. 2.
Рис. 2. Подключение периферийных устройств к МК Atmega8L © Проблемы энергетики, 2006, № 11-12
На рис. 2:
SPI - разъем (модуль) программирования, позволяющий программировать МК непосредственно на рабочей плате,
СОМ - последовательный интерфейс ADM242, позволяет передавать данные с МК на СОМ-порт компьютера согласно стандарту RS232,
ЖКИ - жидкокристаллический индикатор НТ1613, напряжение питания
Uпит = 1,7 В .
Макет конструктивно состоит из оптического и электронного блоков, причем оптический блок представляет собой наиболее массивную часть. Предварительные испытания макета показали, что устройство фиксирует излучения от УФ лампы в так названном жестком ультрафиолете.
Выводы
1. Исследования, проведенные на макете, указывают на реальную возможность создания перспективного прибора для детектирования мест коронных разрядов.
2. Основные метрологические характеристики, масса, габариты и уровень энергопотребления прибора аналогичны характеристикам зарубежных аналогов.
Summary
The decision of the problem of increasing to work's reliability of electro equipments by design and use device, defining points of corona on equipment before their emergency disconnecting is carried in article. It's compared and analyzed ways and instruments detect corona discharges which were designed in our country or overseas. In the same way in article is described created model of the instrument, allowing by means of available technology to realize detect local coronas and agreeable to modern requirements and feature best foreign analogues.
Литература
1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. - М.: Наука, 1987. - 592 с.
2. Старцев Г.П., Савушкин А.В. Двойной монохроматор с неклассическими вогнутыми дифракционными решетками. - М.: Оптика и спектр. - 1979 - Т. 46. - С. 1189-1194.
© В. К. Козлов, И.Н. Лизунов
Проблемы энергетики, 2006, № 11-12
