Существующая техника контроля состояния изоляции ОРУ и ВЛ с помощью приборов дистанционной диагностики не обладает достаточной эффективностью. В настоящее время совершенствование контроля изоляции идет в направлении создания встраиваемых систем. Разрабатываются устройства обнаружения ухудшения диэлектрических свойств изолирующей конструкции, устанавливаемые на ней самой или рядом на опоре. Одним из таких устройств является предлагаемый оптический индикатор дефекта. В результате расчетных и лабораторных исследований была разработана и опробована электрическая схема устройства. В ходе натурных экспериментов в ОРУ 110 кВ подстанции Казанской ТЭЦ-3 (ОАО «ТТК-16») установлена практическая возможность обнаружения дефекта изоляции с помощью изготовленного образца индикатора. На одном из обследованных опорных изоляторов наблюдался сигнал с индикатора, что свидетельствовало о наличии возможного дефекта или сильного загрязнения поверхности. Данное предположение было подтверждено зафиксированными ультразвуковым дефектоскопом УД-8В частичными разрядами на поверхности этого изолятора. В целом исследования показали возможность использования предложенного метода и устройства оптической индикации для контроля изоляции. Оптические индикаторы являются простыми устройствами контроля состояния изоляции при плановых осмотрах ОРУ и ВЛ. Их можно использовать как стационарные приборы, закрепленные непосредственно на изоляторе, так и в качестве переносного прибора, устанавливаемого на изолирующую штангу.

I. Введение

Одну из главных ролей в надежной работе высоковольтного оборудования играет изоляция. В последние годы наметилось направление создания изолирующих конструкций с дополнительными или встроенными элементами контроля их состояния. Эти встроенные индикаторы состояния изоляции срабатывают при воздействии сильных

электрических полей или в результате пробоя. Достоинством данных устройств является возможность определения состояния изоляции визуально в ходе периодических осмотров. Недостаток - сигнализация только при значительном снижении изолирующих свойств конструкции. Кроме того, установка подобных индикаторов на уже эксплуатируемых конструкциях зачастую возможна только вместе с полной заменой старой изоляции.

Контроль состояния изоляции действующих подстанций под рабочим напряжением осуществляется сейчас в основном с помощью приборов, основанных на приеме теплового, ультразвукового, светового излучений, которые позволяют во многих случаях обнаруживать дефекты изоляции на ранних стадиях их развития. Однако дистанционные методы контроля также обладают ограниченной эффективностью в силу пропуска дефектов, требуют надлежащих временных и погодных условий для работы и опытного оператора для правильной интерпретации полученных результатов.

Совместный анализ рассмотренных выше методов контроля состояния изоляции подталкивает к необходимости создания системы контроля, которая бы сочетала в себе преимущества обоих рассмотренных выше методов. Одним из возможных шагов в этом направлении может быть рассмотренный в этой статье способ контроля состояния изолирующих конструкций, основанный на применении оптических индикаторов, устанавливаемых на изолирующие конструкции ВЛ и ОРУ. Созданные в последние годы светодиоды и жидкокристаллические индикаторы, светящиеся даже при токах в единицы микроампер, могут служить основой для рассматриваемых устройств. Как показали эксперименты, индикация этих устройств обнаруживаема без дополнительных приборов, визуально с земли, например, в ходе очередных осмотров линий и подстанций. Возможно создание индикаторов простых в изготовлении и которые не будут требовать дополнительного технического обслуживания.

II. Устройство и принцип работы индикатора

Если расположить индикатор дефекта на основе светодиода вблизи изолирующей конструкции, находящейся под напряжением, то электрическое поле создаст разность потенциалов между двумя его электродами. Величина наведенной на излучателе ЭДС, протекающего через него тока и яркость свечения будут определяться напряженностью электрического поля. Поскольку распределение электрического поля и потенциала вдоль изолирующей конструкции изменяется при нарушении целостности отдельных ее участков, то дефектное состояние изолирующей конструкции может быть обнаружено по интенсивности свечения индикатора, установленного на участке изолирующей конструкции или вблизи на опоре.

Принцип работы оптического индикатора поясняется следующим. Распределение электрического поля и потенциала вдоль изолирующей конструкции изменяется при нарушении целостности отдельных ее частей. Разность потенциалов на поврежденном участке уменьшается, что вызывает увеличение напряжения вблизи неповрежденной части конструкции. Дефектное состояние изолирующей конструкции может быть обнаружено по интенсивности свечения индикатора, которая зависит от падения напряжения на его электродах и протекающего тока.

На рис. 1 упрощенно показана работа светового индикатора, внесенного в область действия переменного электрического поля вблизи изолятора, подвешенного на металлической опоре. На рисунке схематично указаны электрод (1) и электрическая связь индикатора с металлическими элементами конструкции. С - емкость электрода индикатора относительно высоковольтной части конструкции.

 

 

В ходе проектирования были разработаны две электрические схемы индикатора. Первая схема основана на компараторе МСР 65R41 (рис. 2). В этой схеме ток, наведенный на электроде, выполняющем функцию обкладки конденсатора, выпрямляется диодным мостом и, протекая через конденсатор С1, заряжает его. Цепь, состоящая из R2 и \Л5, создает опорное напряжение, которое подается на инверсный вход компаратора и задает таким образом порог срабатывания. На прямой вход компаратора подается напряжение, формируемое делителем, построенным на R3 и R4, которое пропорционально напряжению на С1. В процессе работы напряжение на С1 плавно нарастает до определенной величины. В этот момент напряжение на прямом входе, пропорциональное напряжению на С1, достигает порога срабатывания и компаратор переключается, открыв свой выходной транзистор и подав тем самым напряжение на светодиод ^1. Светодиод загорается. Ток, протекая через светодиод, разряжает С1, и напряжение на конденсаторе начинает быстро падать, так как ток заряда конденсатора от электрода во много раз меньше тока разряда. Падает также напряжение и на прямом входе компаратора. Как только оно становится ниже порога срабатывания, компаратор переключается, прервав ток через светодиод. Светодиод гаснет. Конденсатор С1 начинает заново заряжаться. Таким образом, цикл заряда и разряда (выключения и включения светодиода) непрерывно повторяется. Резистор R5 в схеме служит для задания требуемой величины гистерезиса на входе компаратора и определяет время включенного состояния светодиода. Резистор R6 ограничивает ток через светодиод и также определяет время включенного состояния светодиода. Резистор R7 шунтирует светодиод, позволяя конденсатору С1 разряжаться, даже если напряжение на светодиоде будет ниже порога его включения.

Вторая схема выполнена на основе динисторов (рис. 3). Особенностью данной схемы является возможность индикации частичных разрядов, возникающих в изоляции при повреждении и/или загрязнении. Схема состоит из двух контуров. Первый контур включает в себя следующие элементы: емкость С1, сопротивления R1 и R2, динистор \Л6 и зеленый светодиод НЬ1. Второй контур состоит из емкости С2, сопротивления R3, динистора \Л7 и красного светодиода ^2. Схема работает следующим образом. Диодный мост - \Л4 выпрямляет переменный ток. Этот ток заряжает емкость С1.

 

По мере зарядки С1 напряжение на нем возрастает. Динистор 'УЪ6 при прямом включении не пропускает ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет 30-40 В. Как только напряжение достигнет нужного значения, динистор открывается и заряд с емкости С1 разряжается на светодиод НЬ1, вследствие чего светодиод горит в импульсном режиме (длительность импульса зависит от выбранного сопротивления 42). При отсутствии разрядов всегда будет срабатывать только зеленый светодиод НЬ1, поскольку из-за падения напряжения на диоде УБ5 динистор УБ7 всегда будет закрыт. При определенной величине импульсов частичных разрядов напряжение на 'УЪ7 может превысить напряжение на 'УЪ6, и тогда он откроется первым и будет гореть красный светодиод НЬ1. Значения емкости С2 и сопротивления Ю подобраны таким образом, чтобы реагировать на появление коротких импульсов, вызванных частичными разрядами. По описанным выше схемам были изготовлены экспериментальные образцы индикаторов, которые прошли испытания в высоковольтной лаборатории Казанского государственного энергетического университета. Внешний вид индикаторов показан на рис. 4. На снимке (рис. 5) изображены два полимерных изоляторах ЛК 70/35, подключенные к напряжению переменного тока 20 кВ, один из которых (правый) имеет дефект в виде продольного проводящего канала, шунтирующего часть конструкции (~30 %), а второй (левый) исправный. К верхним электродам обеих изоляторов прикреплены оптические индикаторы дефекта. Наличие на правой изолирующей конструкции (рис. 5) дефектного участка вызвало появление частичных разрядов, о чем сигнализирует красный светодиод. Частота мерцания зеленого светодиода напрямую зависит от величины электрического поля на входном электроде

индикатора, которое возрастает по мере снижения диэлектрических способностей изолятора. Результаты, полученные в лаборатории, позволили перейти к натурным

экспериментам на реальных объектах энергосистемы. Испытания индикаторов проходили в ОРУ 110 кВ Казанской ТЭЦ-3 (ОАО «ТГК-16»). Индикатор дефекта был установлен на изолирующую штангу и одним электродом приводился в соприкосновение с заземленной частью опорных изоляторов. На обследованных опорных изоляторах, как видно на рис. 6, наблюдалось достаточное яркое для обнаружения глазами при солнечном свете свечение индикатора.

 

 

III. Выводы

В целом исследования показали возможность использования предложенного устройства оптической индикации для контроля изоляции. Данные индикаторы помогут при плановых осмотрах ОРУ и ВЛ. Их можно использовать как стационарные приборы, закрепленные непосредственно

на изоляторе, или в качестве переносного прибора, устанавливаемого на изолирующую штангу. Имеется потенциал совершенствования метода за счет установки на каждой гирлянде изоляторов одновременно нескольких индикаторов, использования при осмотрах оптических приборов наблюдения и систем воздушного мониторинга. При разработке промышленных образцов индикаторов также должны быть решены проблемы устойчивости их к загрязнениям и неблагоприятным погодным условиям, грозовым и коммутационным перенапряжениям.

Диагностика как средство оптимизации эксплуатационных затрат и повышения эффективности ремонтов энергетического оборудования

Непрерывность технологического цикла - свойство, характеризующее большинство крупных промышленных предприятий, к которым, несомненно, относится ПАО «Татнефть». Перебои в работе систем электроснабжения технологических комплексов приводят к существенным экономическим потерям. В связи с этим предъявляются повышенные требования как к системам производства и распределения электрической энергии, так и к элементам, составляющим эти системы.

Одним из основных элементов систем распределения электрической энергии являются силовые трансфор-маторы. Многие специалисты отмечают, что замена трансформатора по истечении его назначенного ресурса зачастую оказывается нецелесообразной. В случае соот-ветствия условий работы оборудования расчетным на протяжении всего срока эксплуатации и отсутствия превышения номинальных значений токов, велика вероятность того, что состояние общей изоляции и изо-ляции его элементов после завершения назначенного ресурса останется удовлетворительной. Вместе с тем для обеспечения требуемого уровня надежности работы энергосистемы при дальнейшей эксплуатации обору-дования, исчерпавшего назначенный ресурс, особое внимание должно уделяться контролю его технического состояния. Таким образом, на современном этапе развития энергетики повышается актуальность вопросов диагно-стики силовых трансформаторов классов напряжения 110, 35, 10(6) кВ.

Электрохозяйство предприятия ОАО «Татнефть» насчитывает 485 маслонаполненных трансформаторов напряжением 35/10 (6) кВ и 110/35/10 (6) кВ, 277 из которых отработали установленный стандартом ГОСТ 11677-85 срок службы 25 лет.

Для поддержания их работоспособности применяется система регламентированных ремонтов, оставшаяся нам с тех же времен, что и оборудование. Данная стратегия ремонтов неизбежно приводит к тому, что производимый объем ремонтных работ не всегда обоснован техническим состоянием, объем операций восстановления может устранять не все имеющиеся повреждения и сама периодичность ремонта не всегда обоснована техническим состоянием.

Кроме того, оборудование периодически подвергается разрушающим испытаниям, например высоковольтным, которые дополнительно приводят к сокращению ресурса работы оборудования и его досрочному выходу из строя.

Такие методы диагностики, как электрохимический анализ трансформаторного масла и проведение тепловизионного обследования оборудования, не первый год применяются в нашей компании и хорошо себя зарекомендовали. Проблема остается в том, что данные методы являются узконаправленными и позволяют увидеть лишь часть картины состояния оборудования.

Соответственно, есть необходимость дополнить диагностический комплекс и расширить номенклатуру обследуемого оборудования.

Имея успешный опыт диагностики кабельных линий методом регистрации частичных разрядов (ЧР), в конце 2013 года в дополнение к существующим методам в ООО «Диагностика-Энергосервис» начаты работы по применению метода регистрации частичных разрядов при диагностике силовых трансформаторов.

Данная работа реализована в ходе выполнения научноисследовательской и опытно-конструкторской работы «Диагностика силовых трансформаторов современными методами», проводимой Казанским государственным энергетическим университетом для ООО «Диагностика- Энергосервис», определены оптимальные методы диагностики силовых трансформаторов с применением приборов марки АЯ700 и И2200 производства ООО «Димрус».

В ходе диагностики силовых трансформаторов выявляются следующие виды частичных разрядов, характерных для трансформаторного оборудования.

• Коронный разряд. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого корони- рующего электрода). Данный дефект безвреден для оборудования.

• Плавающий потенциал. Возникает при образовании контуров протекания тока в заземленных элементах. С данным дефектом оборудование может работать долго и надежно, однако он может являться причиной интенсивного газообразования.

• ЧР в толще изоляции. Возникает между корпусом и обмоткой, в обмотке с образованием в толще изоляции стреингов и угольных дорожек, приводит к авариям.

Регистрация частичных разрядов вошла в состав методики комплексного обследования трансформаторов так же, как и физико-химический анализ трансформаторного масла, хроматографический анализ растворенных в масле газов, обследование трансформаторов тепловизионным методом.

В процессе изучения и освоения данного вида диагностики мы неизбежно сталкиваемся с вопросом интерпретации результатов полученных измерений и оценки фактического состояния оборудования.

Установлено, что вероятность безотказной работы оборудования в зависимости от изучаемого параметра подчиняется нормальному закону распределения (рис. 1).

 

 

По значению остаточного ресурса самого дефектного узла трансформатора принимается решение о выводе на ремонт или дате следующей диагностики для определения и прогнозирования динамики развития дефекта.

В ходе разработки методики нами произведены экспериментальные обследования и выявлена следующая статистика (рис. 2).

 

 

Из 120 исследованных трансформаторов 76 находится в нормальном состоянии, 36 поставлены на контроль, а на 8 выявлены критические дефекты, достоверность которых подтверждена в ходе ремонта. Таким образом, срочному ремонту подлежит 7 % трансформаторов, в то время как по сроку эксплуатации необходимо провести капитальный ремонт 57 %.

Экономический эффект за счет продления срока службы трансформаторов (277 шт.) в масштабе компании составит порядка 184 млн руб. при затратах на диагностику 24 млн руб. Таким образом, применение и дальнейшее развитие представленных разработок позволит:

- прогнозировать время наработки на отказ;

- исключить выход из строя вследствие разрушающих испытаний;

- оптимизировать объем и периодичность операций восстановления;

и в конечном итоге данная методика позволит перевести систему планового ремонта к стратегии ремонта по техническому состоянию.

 

 

Источник: не определен

Обсудить на форуме