Какой параметр позволит диагностировать состояния высоковольтного ввода

Высоковольтный ввод — ключевой элемент систем электроснабжения, и его надежная работа критична для стабильности и безопасности электрических сетей. В статье рассмотрим параметр, позволяющий эффективно диагностировать состояния высоковольтного ввода. Это поможет специалистам своевременно выявлять потенциальные проблемы и предотвращать аварии. Понимание этого параметра повысит надежность оборудования и сократит затраты на обслуживание и ремонт, что актуально для инженеров и технических специалистов в энергетике.

Какой параметр позволит диагностировать состояния высоковольтного ввода

Эксперты в области электроэнергетики подчеркивают, что одним из ключевых параметров для диагностики состояний высоковольтного ввода является уровень изоляционного сопротивления. Этот показатель позволяет оценить состояние изоляции и выявить возможные дефекты, которые могут привести к утечкам тока или коротким замыканиям. Регулярные измерения изоляционного сопротивления помогают предотвратить аварийные ситуации и продлить срок службы оборудования. Кроме того, специалисты рекомендуют использовать термографию для выявления перегревов в соединениях, что также может указывать на проблемы в высоковольтном вводе. Комплексный подход к диагностике, включая анализ этих параметров, обеспечивает надежность и безопасность работы электроустановок.

https://youtube.com/watch?v=hVq68FRkqus

Диагностика вводов и трансформаторов тока под рабочим напряжением

Анализ опыта эксплуатации вводов и трансформаторов тока (ТТ) позволяет сделать следующие выводы:

1. Для разработки эффективной системы диагностики необходимо установить характер дефекта, развитие которого действительно приводит к повреждению оборудования, и время развития дефекта.
2. Характер дефекта определяет выбор диагностирующего параметра, а время развития дефекта — периодичность между измерениями этого параметра.
3. Характерными дефектами для вводов являются увлажнение, образование проводящих отложений на внутренней поверхности фарфоровой покрышки ввода, уход масла. Развитие таких дефектов приводит к изменению тангенса угла диэлектрических потерь основной изоляции, в том числе и к уменьшению его величины. По мере развития дефекта появляются ЧР и в дальнейшем электрический пробой.
4. Характерными дефектами для ТТ являются местные дефекты, развитие которых приводит либо к тепловому пробою, либо к появлению частичных разрядов и электрическому пробою основной изоляции
5. Такие дефекты на ранней стадии развития могут быть обнаружены измерениями тангенса угла диэлектрических потерь под рабочим напряжением и тепловизионными измерениями.
6. Скорость развития дефекта во вводах и ТТ составляет менее одного года, поэтому необходимо контролировать оборудование не реже двух раз в год, а при выявлении дефекта в начальной стадии развития — 1 раз в 1-3 месяца в зависимости от получаемых показателей. Кроме того, необходимо контролировать ТТ после эксплуатационных воздействий, вызывающих появление дефекта ( воздействие токов КЗ и высокочастотных перенапряжений).

При переходе на измерения под рабочим напряжением необходимо решить следующие три проблемы:

1. обеспечить безопасное подключение измерительной схемы к аппарату без его отключения;
2. обеспечить наличие и возможность подключения к эталонному объекту при измерениях по мостовой схеме;
3. интерпретировать и нормировать результатов измерений в соответствии с требованиями директивных документов и имеющегося опыта диагностики.

Безопасность подключения измерительного моста к измерительному выводу высоковольтного аппарата под рабочим напряжением обеспечивается тем, что эти выводы заранее при очередном отключении соединяют отрезками экранированного кабеля с устройством УКИ, позволяющим без разрыва тока в цепи “измерительный вывод — заземление” включить в эту цепь измерительное или эталонное плечо моста. Эти устройства устанавливают на доступной высоте (

1. Подключение измерительной схемы должно производиться без разрыва тока в цепи заземления измерительного вывода ввода (аналогично включению релейных измерительных схем с использованием испытательного блока типа БИ).
2. Должна быть исключена возможность отключения измерительной
3. схемы без предварительного заземления измерительного вывода ввода или ТТ также без разрыва тока в цепи заземления измерительного вывода.
4. Устройство не должно вносить погрешностей в измерительную схему.
5. Устройство должно сохранять работоспособность и высокий уровень изоляции в течение всего срока эксплуатации ввода или ТТ.
6. Устройство должно позволять производить прямые измерения стандартах изоляционных характеристик, принятых в “Нормах испытаний электрооборудования”[1], а также любых других измерений, для выполнения которых необходимо подключение схемы измерения к измерительному выводу.

Сформулированным выше техническим требованиям удовлетворяет устройство УКИ-1-1, в котором максимально использованы готовые, стандартные изделия: 01Ш-0,38 или 0,22 кВ; релейный рубильник Р-1-16- 1-1-1, микрофонное гнездо 6,3 мм с выключателем и стандартным штекером, коробка металлическая У-994 или другого типа, герметичный ввод и другие. Принцип действия устройства показан на рис.1. Устройство устанавливается на баке автотрансформатора, выключателя или стойки и соединяется экранированным кабелем с измерительной обкладкой ввода или ТТ. Защитная крышка измерительного вывода заменяется на стальную разъемную крышку, в которой устанавливается нелинейный ограничитель перенапряжений ОПН-0,38 или (ШН-0,22 кВ и внутрь которой через гермоввод вводится экранированный кабель с сечением центральной жилы 1,5 мм и подключается к ОПН и измерительному выводу. Кабель от измерительного вывода ввода или ТТ подключается к рубильнику Р-1-16-1111 и подключенному параллельно ему микрофонному гнезду с выключателем. Вторая клемма рубильника заземлена. Заземление измерительного вывода в работе осуществляется через проложенный кабель сечением 1,5 мм и рубильник на 16 А ( при токе через ввод от 40 до 120 мА). Рис. 1 Устройство контроля изоляции ввода под рабочим напряжением УКИ-1-1. Подключение вывода от измерительной схемы выполняется микрофонным штекером, к которому подключен кабель от измерительного (Сх) или эталонного (Со) плеч измерительного моста. При вставлении штекера в микрофонное гнездо, параллельно заземлению измерительного вывода аппарата через рубильник подключается сопротивление плеча моста. После включения штекера в микрофонное гнездо отключают рубильник заземления измерительного вывода аппарата без разрыва тока в цепи заземления. Для отключения измерительной схемы необходимо включить заземляющий рубильник и отключить штекер. При случайном нарушении последовательности операций обрыва тока в цепи заземления измерительного вывода не произойдет, так как при вынимании штекера из гнезда происходит заземление измерительного вывода выключателем микрофонного гнезда. Кроме того, вся измерительная цепь и вывод защищены 01Ш-0,22 или 0,38 кВ. Выбор эталонного объекта. В качестве эталонного объекта может быть использован любой объект с известными значениями tg δ и емкости. При этом точность измерения определяется точностью принятых характеристик эталона. Выбор характеристик эталона определяется зависимостью tg δ от времени эксплуатации изоляции. За аксиому принимается, что старение изоляции приводит к ухудшению её изоляционных характеристик. Однако опыт эксплуатации показывает, что если в изоляции не появилось дефекта, то величина tg δ остается стабильной в течение всего срока службы аппарата. Причем, на силовых трансформаторах, работавших с постоянной номинальной нагрузкой и при высоких температурах масла, происходит даже увеличение сопротивления изоляции в пределе до бесконечности, хотя изоляция теряет механическую прочность. Важно отметить, что для бездефектной изоляции tg δ не увеличивается в течении всего срока службы изоляционной конструкции. А это означает, что начальные значения tg δ служат основой для сравнения с полученными данными при очередных измерениях в течении всего срока службы аппарата. В тех случаях, когда на измеряемой фазе имеется конденсатор связи, то удобнее всего брать его за эталон. Это связано с тем, что у конденсаторов связи относительно небольшая и стабильная величина собственного tg δ, и tg δ измеряемых объектов, практически всегда будет больше tg δ эталона, а это означает, что будут получены положительные значения измеряемой величины Atg δ. Правда при измерениях не имеет значения больше или меньше tg δ^ tg δ объекта. Во всех случаях измеренная величина Atg δ„3M складывается с tg δ3T с полученным при измерениях знаком (“+” или . Коденсатор связи удобен еще и тем, что величина tg δ его изоляции не только мала по величине, но и достаточно стабильна как по температуре, так и во времени. Однако, для того, чтобы исключить температурные пересчеты лучше брать однотипный объект, имеющий близкую по величине температуру. Рис. 2. Векторная диаграмма при измерениях tg δx объекта с использованием эталона, у которого tg δ эт 7*0. При измерениях под рабочим напряжением объект с известным значением tg δ принимается за эталонный, и относительно него проводятся измерения всех остальных объектов. При этом измеряется разница между tg δ3T и tg δx (см. векторную диаграмму рис.2). Истинное значение tg δ„cr-Atg δ изм +tg δ,T. Для расчета емкости измеряемого объекта используется емкость эталонного объекта: Эта емкость может быть взята из протоколов предыдущих измерений эталонного объекта, проводившихся с отключением, либо по данным заводских измерений. Эта емкость может быть измерена непосредственно перед использованием объекта в качестве эталона под рабочим напряжением по схеме “амперметра — вольтметра” (рис.З). Емкость вычисляется по результатам измерений: Порядок измерений по схеме на рис.З следующий [2]:

1. подается заявка на вывод из работы фильтра присоединения конденсатора связи в установленном порядке;
2. включается ЗР КС и устанавливается дополнительное переносное заземление на шинку фильтра присоединения КС;
3. отсоединяется шинка присоединения от фильтра присоединения;
4. струбциной к шинке подключается схема измерения тока через емкость КС;
5. снимается переносное заземление;
6. отключается на время измерения ЗР КС.

Рис.З. Измерение емкости КС по схеме “амперметра — вольтметра”. С момента подачи команды на отключение ЗР КС все члены бригады не прикасаются и не приближаются к приборам и проводникам измерительной схемы на недопустимое расстояние. После отсчета величины тока немедленно включается ЗР КС, и в обратном порядке восстанавливается обычная схема работы КС. Если же КС используется в качестве эталонного объекта, то в описанном выше порядке к шинке фильтра присоединения подключается также струбциной кабель от эталонного плеча моста. Аналогично может быть измерена емкость любого объекта, принимаемого за эталонный, или собственно измеряемого объекта. Во всех случаях это измерение желательно выполнить, так как оно служит дополнительной информацией о состоянии объекта, и, кроме того, является поверочным, то есть: емкость объекта измеряется двумя методами, что повышает достоверность измерений. В качестве других эталонных объектов обычно используют как однотипные объекты, например, ввод — ввод (рис.5), так и разнотипные: ввод — ТТ и другие. На результаты измерений выбор эталона никакого влияния не оказывает, важно лишь, как уже отмечалось, знание точных параметров эталонного объекта [3]. В качестве эталонного объекта при измерениях по мостовой схеме ОРГРЭС рекомендует использование схемы по рис.4. Эталонное напряжение в этой схеме формируется цепочкой: ТН рабочей системы шин измеряемой фазы — разделительный трансформатор УТН — фазовращающие элементы С и R — эталонный конденсатор 10 кВ. Фазовращающие элементы С и R используются для компенсации фазового сдвига, создаваемого, двойной трансформацией эталонного напряжения через ТН и УТН. Рис. 4. Схема измерения tg δ ввода с использованием в качестве эталона трансформатора напряжения той же фазы — цепочки компенсации углового сдвига — эталонного конденсатора (схема ОРГРЭС). Выбор величины фазового сдвига производится подбором величины элементов С и R таким образом, чтобы на измерительном устройстве была получена величина tg δ, равная значению tg δ, измеренному при 10 кВ, аппарата, по которому производится настройка схемы, то есть фактически принятому за эталон. Определенные таким образом С и R записываются и устанавливаются каждый раз при повторных измерениях данного объекта. Определение таким образом эталонного напряжения только усложняет измерения и не дает никаких преимуществ перед схемой по рис. 1 предложенной и используемой нами с 1973 году, где объект с известным при 10 кВ значением tg δ сразу принимается за эталонный, и относительно него проводится измерения всех остальных объектов.

Параметр диагностики	Метод измерения	Диагностируемое состояние
Тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ)	Измерение мостом переменного тока	Увлажнение изоляции, старение изоляции, частичные разряды
Емкость изоляции (C)	Измерение мостом переменного тока	Дефекты изоляции, расслоение изоляции, изменение геометрии
Сопротивление изоляции (Rиз)	Мегаомметр	Общее состояние изоляции, наличие грубых дефектов
Частичные разряды (ЧР)	Акустический, электрический, оптический методы	Дефекты изоляции, локальные перегревы, старение изоляции
Температура поверхности ввода	Тепловизор, термопары	Перегрев контактов, дефекты изоляции, неравномерное распределение тока
Анализ растворенных газов в масле (АРГ)	Газовый хроматограф	Развитие дефектов изоляции, перегрев, электрические разряды
Ток утечки	Измеритель тока утечки	Увлажнение изоляции, загрязнение поверхности, дефекты изоляции
Визуальный осмотр	Непосредственный осмотр	Механические повреждения, загрязнения, коррозия, дефекты уплотнений
Измерение сопротивления постоянному току	Микроомметр	Состояние контактов, целостность токоведущих частей
Анализ вибрации	Виброметр	Механические дефекты, ослабление креплений

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов, связанных с диагностикой состояний высоковольтного ввода:

1. Измерение диэлектрической проницаемости: Один из ключевых параметров, позволяющих диагностировать состояние высоковольтного ввода, — это диэлектрическая проницаемость изоляционных материалов. Изменение этого параметра может указывать на наличие влаги, загрязнений или деградации изоляции, что может привести к пробоям и другим аварийным ситуациям.

2. Тестирование на пробивное напряжение: Параметр пробивного напряжения также является важным индикатором состояния высоковольтного ввода. Регулярное тестирование на пробивное напряжение позволяет выявить слабые места в изоляции и предотвратить аварии, связанные с электрическими пробоями.

3. Анализ частичных разрядов: Частичные разряды (ЧР) — это электрические разряды, которые происходят в изоляции и могут указывать на ее повреждение. Мониторинг и анализ ЧР позволяют заранее выявлять потенциальные проблемы в высоковольтных вводах, что способствует повышению надежности и безопасности электрооборудования.

https://youtube.com/watch?v=EgDOfWHON2c

Эффективность и целесообразность диагностики высоковольтных вводов

С. Д. Кассихин, К. Г. Сипилкин, А. З. Славинский, В. Н. Устинов, Завод «Изолятор», Ю. С. Пинталь, М. Б. Верещагин, ГОУ ВПО «Московский энергетический институт (ТУ)»

В современных энергосистемах функционирует большое количество вводов различных конструкций и годов выпуска, некоторые из которых эксплуатируются более 40 лет. Значительная часть этих вводов превышает нормативный срок службы в 25 лет, установленный действующими стандартами [1]. Следует отметить, что большинство эксплуатируемых вводов в России, странах СНГ, Прибалтики и бывшего СЭВ производятся на заводе «Изолятор», который является старейшим предприятием электротехнической отрасли России с более чем столетней историей. В ассортименте завода представлены следующие типы вводов: маслобарьерные (МБ) на 110-500 кВ, выпускавшиеся с 1936 по 1960 год; бумажно-масляные (БМИ) негерметичного исполнения на 110-220 кВ с 1956 по 1994 год и герметичного исполнения на 110-1150 кВ с 1962 года по настоящее время; а также вводы с твердой изоляцией типа RBP на 110 кВ/800 А (по лицензии фирмы «Микафил») с 1973 года и на 110 кВ/2000 А и 150 кВ/800 А с 2000 года. В 80-е годы и до середины 90-х годов основным продуктом завода «Изолятор» были герметичные маслонаполненные вводы с БМИ на напряжение 110-1150 кВ, в то время как вводы с твердой изоляцией составляли около 20% от общего объема производства. С 1999 по 2002 год, в условиях резкого сокращения выпуска вводов с БМИ на 330 кВ и выше, доля вводов до 110 кВ с твердой изоляцией типа RBP возросла до 90% от общего количества. В 2003-2004 годах началось серийное производство вводов с твердой изоляцией типа RIP. Таким образом, структура производства в последнее время определяется потребностями и возможностями рынка, где количество вводов на 110 кВ, находящихся в эксплуатации, составляет наибольшую долю от общего числа установленных.

Вопрос о надежности вводов различных годов выпуска становится актуальным, так как вводы разных типов имеют различные показатели надежности в зависимости от срока эксплуатации. В 60-е, 70-е и 80-е годы среднее количество отказов составляло 25, 45 и 84 соответственно в год. Однако удельная повреждаемость оставалась на стабильном уровне, поскольку рост числа отказов соответствовал увеличению числа установленных вводов, и даже наблюдалась тенденция к снижению удельной повреждаемости с конца 80-х — начала 90-х годов. Средние значения числа отказов в год для вводов 110-750 кВ в 80-е годы представлены ниже. Наибольшее количество повреждений наблюдается у вводов 110 кВ, что связано не с их низкой надежностью, а с тем, что они составляют более 50% от общего числа эксплуатируемых вводов.

Для анализа надежности и выявления причин отказов важно рассмотреть распределение поврежденных вводов разных типов по сроку службы до отказа. На основе опыта эксплуатации интенсивность отказов вводов λ может быть представлена в виде «классической» кривой, которая включает три характерных участка: Т1, Т2 и Т3. Участок Т1 соответствует периоду приработки, Т2 — нормальной эксплуатации, а Т3 — «старости». На участке Т2 интенсивность отказов минимальна и составляет 0,025-0,1% от числа установленных вводов для различных типов [2-4]. Недостатком данной кривой является то, что она основана на обобщении данных по разнородным вводам, включая герметичные и негерметичные конструкции.

Рост числа отказов на участке Т1 в основном связан с заводскими и монтажными дефектами, в то время как на участке Т3 — с естественным старением изоляции (электрическим, тепловым, механическим). Существенное снижение числа отказов на участке Т1 может быть достигнуто за счет повышения эффективности приемосдаточных испытаний на заводе (кривая 2 на рис. 1).

В области высоких напряжений изоляция любого узла высоковольтной конструкции выбирается с учетом наиболее серьезных воздействий (напряжение промышленной частоты, грозовые или коммутационные импульсы). Испытания одним из этих напряжений могут подтвердить достаточность выбора изоляции. Однако, как показывают результаты анализа поврежденных вводов с БМИ и специальные исследования на моделях [5, 6], процессы, приводящие к повреждению вводов, определяются рабочим напряжением и специфическими механизмами нарушения изоляции, которые не воспроизводятся при кратковременных испытательных воздействиях. По общепринятому мнению, наилучшим способом подтверждения качества технологической обработки и запаса прочности изоляции являются измерения уровня частичных разрядов (ЧР) при контрольных испытаниях на заводе под максимальным рабочим напряжением. Это подтверждается сравнительным анализом повреждений вводов разных годов выпуска до и после введения измерений уровня ЧР и других современных методов контроля. Анализ показывает, что в ряде случаев причиной повреждений является низкий технический уровень эксплуатации, однако в большинстве случаев это связано с ухудшением изоляционных свойств в процессе эксплуатации, в первую очередь из-за качества и снижения электрической прочности масла. Лишь небольшое количество аварий можно отнести к недостаткам технологии производства.

До внедрения современных методов контроля, включая измерение уровня ЧР, зависимость количества повреждений вводов от срока эксплуатации была представлена в таблице 1.

Таблица 1

Количество поврежденных вводов (пробой или перекрытие внутренней изоляции)

Длительность эксплуатации, лет

Наработка до отказа

Наибольшее число отказов у вводов, служивших более 5 лет

1. уровень ЧР <10 иКл при 1,5 Г
2. общее газосодержание масла ОГС < 1%;

Рис. 2. Гистограмма интенсивности отказов λ (60-е гг.) в относительных единицах

С конца 70-х годов наблюдается существенно иной характер зависимости количества повреждений от срока эксплуатации (таблица 2, рис. 3). Гистограммы (рис. 2, 3) построены с учетом различий в количестве вводов N(t) с различными сроками эксплуатации.

Рис. 3. Гистограмма интенсивности отказов λ (80-е гг.) в относительных единицах

1. после высоковольтных испытаний прирост содержания углеводородных газов в масле Σ(,Ι Ιν -> 0;
2. содержание механических примесей (МП) оценивалось не по абсолютному значению МП <10 г>

Следует отметить, что с 1985-1986 годов для заливки вводов вместо масел типа Т-750 с высоким содержанием ароматики (более 30%) начали использовать масла типа ГК с низким содержанием ароматики (менее 6%). Эти масла значительно различаются по своим характеристикам, таким как газостойкость, стабильность и совместимость с конструкционными материалами. Эти свойства определяют масла с точки зрения устойчивости к воздействию ЧР по газообразованию и степени физико-химического взаимодействия с конструкционными материалами, включая образование продуктов уплотнения масла, в том числе твердых осадков. Их количественная оценка производится с помощью измерений:

1. газосодержания (методом ХАРГ);
2. содержания твердого осадка (методом фильтрации);

3. величины диэлектрических потерь (методом электрических измерений tg δ).

4. в основном из-за неудовлетворительных результатов ХАРГ;

5. иногда из-за повышения давления в результате резкого газообразования;

6. очень редко из-за роста тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) изоляции.

7. заменить вводы для MB устаревших конструкций на современные, которые завод в настоящее время выпускает с твердой изоляцией типа RIP;

8. производить планомерную замену вводов любых типов с маслом Т-750, выработавших установленный срок службы 25 лет.

9. улучшен характер распределения электрического поля (конусная подрезка, выбор экранировки, радиусов закругления деталей по результатам расчета электрического поля и т. д.);

10. изменена конструкция узлов крепления остова для исключения явления электроэрозии посредством разделения функций электрических контактов и механического закрепления (1998);
11. изменена конструкция верхнего стяжного узла вводов 500-750 кВ для исключения искрения между деталями с плавающим потенциалом и введено экранирование этого узла для реакторных вводов (конец 2002 г.).

Здесь I — время от начала эксплуатации, I = iТн + τ; i = 0, 1, 2 и т. д. — номер очередной профилактики; ТИ — период между профилактиками; τ — время от момента очередной g-й профилактики; 0 < τ < 3; Δпа — число аварий за промежуток времени Δτ = 0,5 года; n(t) — число установленных вводов в этом промежутке времени (τ — At, τ).

1. Зависимость суммарного числа аварий с момента проведения очередных профилактических испытаний в период стабильной работы после 3-6 лет эксплуатации можно аппроксимировать формулой

(1) Соответственно интенсивность отказов (2)

На основании (1) и (2) можно оценить количественные показатели надежности и экономической целесообразности проведения профилактических испытаний. Существование зависимости (2) свидетельствует о том, что отказы в основном носят характер постепенных, и их число можно было бы значительно сократить при Тл -» 0. В этом случае необходимо рассматривать условие экономической целесообразности. Суммарные эксплуатационные затраты с учетом расходов на профилактические испытания и ущерба от аварий в общем виде где Оио — стоимость испытания одной изоляционной конструкции; Сб0 — стоимость замены одной забракованной ИК; Са0 — ущерб от отказа (аварии) одной. Отсюда может быть получено условие экономической нецелесообразности (Ти -> бесконечность) [9]: Если это условие не выполняется, то где— среднее число дефектов, возникающих в единицу времени, отнесенное к одной ИК; τ0 — случайная величина оставшегося срока службы ИК с момента развития (появления) дефекта; τ 0 — средний срок службы ИК с дефектом. Так как для состаренной изоляции возрастает величина а, соответственно возрастают число аварий нл и число отбраковок пъ, суммарные эксплуатационные затраты резко возрастают независимо от значения выбранного периода между испытаниями Тш. Можно показать, что даже в случае практически непрерывного контроля число аварий за малый промежуток времени At непосредственно после проведения i-ιϊ профилактики ИК; η — общее число установленных ИК; на- число аварий между испытаниями; пъ — число забракованных ИК при испытании.

Рис. 5. Качественная зависимость суммарных эксплуатационных затрат и ее составляющих от периодичности Тж между испытаниями

Условие минимума удельной стоимости эксплуатации ИК: где Р = PPi, Р — вероятность пропуска дефектной ИК (контролируемые параметры были меньше нормы); Рг вероятность того, что оставшийся срок жизни дефектной ИК τ0 < iTw. По имеющимся данным аварийности, обработанной методами математической статистики, для вводов с БМИ P1 = 0,12 τ0 max < 9 лет. Тогда для времени эксплуатации t3 > τ0 max следует Рг 1. Таким образом, даже при непрерывном контроле абсолютное число аварий вводов с большими сроками эксплуатации может быть оценено величиной на = 210 hit.

Интересно сравнить данные по аварийности трансформаторов из-за повреждений вводов (вводы для масляных выключателей 110-220 кВ они не выпускают) с зарубежными фирмами. В настоящее время на российском рынке и рынках стран СНГ стремятся расширить свое присутствие иностранные компании — производители вводов, такие как ABB, BUSHING, АББ Электроизолит Бушинг, TRENCH, PASSONI У1ГГА. Согласно данным СИГРЭ и материалам, представленным на международных симпозиумах, доля аварий трансформаторов из-за повреждений вводов составляет 11-30% в зависимости от типа трансформатора [11-13]. Доля аварий трансформаторов из-за повреждений вводов производства ЗАО «Мосизолятор» в среднем не превышала этот показатель, а колебания составляли, по нашей оценке, в разные годы 15-40% в зависимости от типа трансформатора по данным, предоставляемым производителями трансформаторов (ЗТЗ, Тольятти).

Следует обратить внимание на известные факты отказов высоковольтного оборудования с вводами иностранных компаний, которые имели место в последние годы. Если отнести их к суммарному числу, не превышающему несколько сотен вводов поставок иностранных компаний, то сравнение говорит само за себя. В настоящее время завод освоил серийное производство вводов с самой современной RIP-изоляцией до 500 кВ включительно. В общем объеме продукции их доля составляет более 90%. С начала серийного производства в 2004 году было выпущено около 30 000 штук. В 2006-2009 годах удельная повреждаемость в год составила 0,027% от числа установленных, что как минимум в два раза меньше, чем для вводов с БМИ в период приработки. Не зафиксировано случаев повреждений вводов с наработкой более двух лет. Это может быть связано с высокой надежностью вводов с RIP-изоляцией в период нормальной эксплуатации после окончания периода приработки. Однако следует отметить, что это может быть обусловлено недостаточным объемом выборки вводов, эксплуатируемых более двух лет. Достоверную оценку надежности вводов с RIP-изоляцией в период нормальной эксплуатации можно будет сделать позже, по мере увеличения числа вводов с наработкой 3-4 года. Из приведенного анализа следуют основные выводы:

Высоковольтная диагностика

Высоковольтное оборудование требует особого отношения при эксплуатации, так как оно обычно обеспечивает энергией масштабные низковольтные сети, дорогостоящее промышленное оборудование, объекты критической инфраструктуры. Кроме того, оно работает с высокими уровнями энергии, и неправильная эксплуатация может повлечь серьезные разрушения. Поэтому диагностика является обязательной для обеспечения надежной и безопасной работы высоковольтных электроустановок.

https://youtube.com/watch?v=W6nPLd-9rJY

Напряженная работа

Согласно стандартам Международной электротехнической комиссии, техника с рабочим напряжением от 1000 В и выше считается высоковольтной. В энергетическом секторе максимальные значения напряжения могут достигать более 750 кВ. Такие высокие уровни напряжения имеют свои особенности в эксплуатации. Прежде всего, они требуют более качественной изоляции, так как способны легко преодолевать даже самые эффективные изоляционные материалы, включая воздух, вакуум, газ, нефть, сшитый полиэтилен, кабели с освинцованной оболочкой и бумажной изоляцией (PILC), фарфор и другие. Даже если проектировщики высоковольтных систем предусмотрели дополнительную изоляцию, со временем она будет подвергаться старению, что увеличивает риск возникновения короткого замыкания. Такие инциденты представляют опасность как для людей, так и для оборудования, и могут привести к серьезным разрушениям.

Несвоевременное выявление частичного разряда может сделать элементы электрооборудования крайне опасными. На фото слева — своевременно обнаруженное повреждение изоляции кабеля, случай из практики компании Nelson Electricity.

Также необходимо проводить диагностику при вводе в эксплуатацию нового высоковольтного оборудования. Часто оборудование, прошедшее испытания на этапе приемки, может выйти из строя вскоре после начала работы в нормальном режиме, поскольку стандартные приемочные тесты не всегда дают точное представление о надежности оборудования. Человеческий фактор, взаимодействие с другими устройствами, условия окружающей среды и другие аспекты могут привести к изменению рабочих параметров, поэтому регулярная диагностика является обязательной.

Изоляция — главная проблема

Для высоковольтного оборудования особенно опасны частичные разряды, которые присутствуют практически в любом оборудовании с напряжением выше 3 кВ и связаны с локальными утечками тока через изоляцию. Даже если проектировщики заложили в конструкцию оборудования избыточные параметры защиты, со временем изоляция теряет свои качества. К тому же следует учитывать вероятность повреждения, места прерывания изоляции, человеческие ошибки и т. д. В итоге происходит пробой изоляции, который может привести к серьезным происшествиям с большими убытками.

Примеры незначительных разрушений после высоковольтного пробоя изоляции

Диагностика изоляции высоковольтного оборудования требует особых мер к безопасности сотрудников. Желательно, чтобы процедура диагностики занимала минимум времени или выполнялась дистанционно. Такой концепции в своей продукции придерживается британская компания High Voltage Partial Discharge Ltd. (HVPD) — один из лидеров в области разработки диагностического оборудования для мониторинга частичных разрядов в энергосистемах с напряжением 3,3-750 кВ.

Разработки HVPD — пример современных решений для мониторинга частичных разрядов в режиме реального времени. В частности, линейка устройств для испытания силовых кабелей, измерения и диагностики частичных разрядов.

Системы от HVPD используют передовую технологию Kronos. Это сервер мониторинга, который непрерывно следит за частичными разрядами и состоянием изоляции в энергосистемах с напряжением от 3,3 кВ и выше. Монитор HVPD Kronos использует мультиплексор (устройство высокоскоростной передачи данных Ethernet) для дистанционного мониторинга: операторы следят за показаниями удаленно, могут своевременно обнаружить проблему и не допустить аварии и простоя оборудования. В Kronos реализованы технологии, которые снижают трудозатраты и повышают надежность высоковольтной диагностики, например оповещения через SMS или e-mail, удаленный доступ, визуализация и анализ данных и др. Система предупреждает о повреждении высоковольтной изоляции прежде, чем оно приведет к поломке и незапланированным простоям дорогостоящего оборудования. Одновременно благодаря аналитике снижается вероятность ложных тревог.

Весной 2016 г. HVPD представила прибор PDS Insight — первый в мире ручной сканер для регистрации частичных разрядов на кабелях, распределительных устройствах, трансформаторах, генераторах, электродвигателях и другом оборудовании. Преимущество ручного сканера в том, что в некоторых случаях он может заменить громоздкое стационарное оборудование и позволяет провести диагностику без остановки оборудования.

PDS Insight максимально ускоряет процедуру диагностики: на ключевые точки энергосистемы можно прикрепить наклейки со штрих-кодами. Встроенный в PDS Insight сканер штрих-кодов автоматически распознает ID оборудования, снимает показания и отправляет через Bluetooth на планшет с программным обеспечением OLPD Manager. На планшете можно сохранить статистику, подготовить отчет и отправить его на сервер компании. Таким образом, ручной сканер дает возможность быстро проводить точные локальные измерения, включая диагностику старого оборудования.

Последнее особенно важно для предотвращения аварий, ведь сутки простоя оборудования, например, предприятия нефтегазовой промышленности, обходятся в среднем в $5,28 млн, по подсчетам ABB. Также диагностика может сэкономить средства за счет точной оценки, например, состояния изоляции кабеля. Примером может быть случай с компанией Dunedin Electricity, которой требовалось повысить нагрузку на старый (47 лет) высоковольтный кабель. Были сомнения насчет его способности выдержать высокое напряжение, но диагностика силового кабеля показала, что старая бумажно-свинцовая изоляция в порядке и может работать с возросшей нагрузкой. В итоге удалось отложить планируемые капитальные работы стоимостью $1,1 млн.

Трансформаторы, выключатели и другие сложности

Согласно различным источникам, в России около половины трансформаторов в энергосистемах имеют срок службы от 25 до 30 лет. Эта ситуация характерна и для многих других стран, поскольку при надлежащем обслуживании трансформаторы способны функционировать на протяжении десятилетий. Однако недостаточное внимание к диагностике этих устройств может привести к серьезным авариям, даже на объектах критической инфраструктуры. Ярким примером является инцидент, произошедший 9 мая 2015 года на американской атомной электростанции Indian Point, когда взрыв трансформатора вызвал мощный пожар и остановку всего энергоблока.

Для проверки состояния трансформаторов используются электроизмерительные приборы, которые позволяют оценить параметры тока. В последние годы также активно применяется тепловизионный мониторинг. С помощью тепловизоров можно быстро и безопасно выявить чрезмерный нагрев, который может указывать на неисправность электрооборудования. Ведущие производители измерительных приборов, такие как Fluke, разработали тепловизоры с различными функциями и ценовыми категориями, специально для промышленного использования.

Определить утечку тока в масле или изоляции, а также на высоковольтных вводах и масляных выключателях можно с помощью детекторов частичных разрядов и испытаний с максимальным напряжением. Однако комплексная диагностика высоковольтных трансформаторов представляет собой сложную задачу, требующую значительных временных затрат и громоздкого оборудования. В связи с этим все чаще используются мобильные лаборатории, такие как лаборатория для испытания и диагностики трансформаторов Transfo.

Положительные результаты высоковольтной диагностики

Результатами регулярной диагностики высоковольтного оборудования могут быть:

• значительное снижение эксплуатационных расходов;
• возможность определить остаточный ресурс электрооборудования и рассчитать необходимые капиталовложения;
• выявление некачественного электрооборудования и неправильного монтажа;
• выполнение ремонтных работ в зависимости от состояния оборудования, а не графика планового технического обслуживания;
• повышение надежности электроснабжения и сокращение времени простоя оборудования.

Если вам нужна профессиональная консультация по вопросам высоковольтной диагностики, просто отправьте нам сообщение!

Какой параметр позволит диагностировать состояния высоковольтного ввода

M. Крюгер, A. Кретге, M. Кох, K. Ретмайер, M. Пюттер, Л. Хулка, OMICRON Energy, г. Клаус К. Зуммередер, M. Мур, Технический университет, г. Грац Австрия

ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОТКЛИКА НОВЫХ ВВОДОВ

На рисунке 2 представлены кривые tg δ для новых вводов с изоляцией RIP, RBP и OIP. Измерения проводились при напряжении 2 кВ и в диапазоне частот от 15 до 400 Гц. Кривые имеют относительно плавный вид, без резких скачков, а минимумы tg δ наблюдаются на очень низких частотах – менее 15 Гц. При частоте 50 Гц значения не превышают предельные показатели, указанные в таблице 1. Это касается исключительно новых вводов.

Ввод с твердой изоляцией типа RIP и композитным изолятором

В большинстве вводов с твердой изоляцией RIP и композитным изолятором присутствует опорная трубка, армированная стекловолокном, также известная как волоконная трубка. Она выполняет две функции: обеспечивает высокую механическую прочность и предотвращает проникновение влаги в активную часть, пропитанную эпоксидной смолой, благодаря покрытию из чистой смолы. В 80-х годах некоторые производители выпускали вводы на 245 кВ без волоконных трубок, приклеивая силиконовые экраны непосредственно к активной части. Со временем влага через силиконовые экраны проникает в активную часть, что приводит к выходу из строя таких вводов. На синей линии рисунка 4 представлены результаты измерений ввода без волоконной трубки с просочившейся влагой, а желтая линия демонстрирует ситуацию без влияния влаги. Разница особенно заметна на низких частотах.

Ввод с твердой RBP-изоляцией

Для ввода на 123 кВ (рис. 5) с твердой RBP-изоляцией кривая диэлектрического отклика на фазе C демонстрирует четкий изгиб. Особенно заметен резкий рост tg δ на высоких частотах.

Ввод с OIP-изоляцией

Вводы на 33 кВ с бумажно-масляной изоляцией были заменены из-за высокого tg δ при повышенных температурах, что указывает на повышенное содержание влаги во внутренней изоляции. На рисунке 7 показан tg δ для вводов с бумажно-масляной изоляцией на частоте 50 Гц при различных уровнях влажности и температурах [2]. При высоких температурах tg δ значительно увеличивается при наличии влаги в изоляции.

СПЕКТРОСКОПИЯ ВВОДОВ

СУШКА ВВОДОВ

Ввод RBP на напряжение 145 кВ с масляной изоляцией

Ввод RBP на 145 кВ хранился в оригинальной упаковке в течение 30 лет в подземных помещениях электростанции. Коэффициент потерь при частоте 50 Гц составил 30%! На рисунке 10 представлены результаты измерений после пробной сушки, проведенной в течение 12 недель в сушильной печи при температуре около 60 °С. Коэффициент потерь по-прежнему превышал 20% при частоте 50 Гц. Вводы с такими высокими потерями больше нельзя сушить, и их использование становится невозможным.

Ввод RBP на напряжение 45 кВ

Эти вводы также хранились в оригинальной упаковке на протяжении многих лет. На рисунке 11 представлены результаты измерений FDS-PDC трех вводов во влажном состоянии и конструктивно идентичного ввода (красная кривая), который находился в сушильной печи в течение недели при температуре 70°C.

Ввод RBP на напряжение 145 кВ

Ввод RBP на 145 кВ сушили в сушильной печи более 12 недель при температуре 60°C. На рисунке 12 показаны результаты измерений до и после сушки. Благодаря сушке коэффициент потерь при 50 Гц снизился с 2,2 до 1,1%. Для ввода на 145 кВ это значение все еще считается относительно высоким. Проведено измерение частичного разряда, чтобы определить, возникли ли трещины и полости в результате сушки.

На рисунке 13 представлены результаты испытаний частичного разряда (ЧР) на фазах без фильтрации с использованием так называемой совмещенной диаграммы по трем центральным частотам (3CFRD). Здесь показана сумма всех сигналов частичных разрядов. Явно различимый и четкий рисунок отсутствует.

Для разделения сигналов частичного разряда от различных источников была проведена фильтрация с помощью 3CFRD. Этот метод позволяет одновременно измерять частичные разряды на трех различных частотах: 500 кГц, 2,8 МГц и 8 МГц. Если источники частичных разрядов имеют разные частотные спектры, данный метод позволяет отделить их друг от друга и выявить рисунок отдельных источников без наложения сигналов. Кроме того, этот подход помогает отделить ложные сигналы от реальных событий частичного разряда, что является значительным преимуществом при измерениях вне экранированных кабин. На рисунке 14 представлены лучевая диаграмма 3CFRD и векторное сложение амплитуд частичных разрядов одного пробоя, измеренных на трех частотах.

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

Диагностика и мониторинг высоковольтного оборудования. Современные технические и программные решения

По оценкам аналитиков, отличительной особенностью состояния основных фондов электроэнергетического комплекса Российской Федерации является высокая степень износа силового электротехнического оборудования и большое количество энергетических установок с исчерпанным нормативным ресурсом эксплуатации.

Как следует из Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики до 2035 года, около 46% энергогенерирующих объектов в составе установленной мощности ЕЭС России были введены в работу до 1980 года и уже отметили 40-летний юбилей. 90 ГВт мощности паротурбинного оборудования выработали парковый ресурс. До 2025 года этот показатель увеличится до 120 ГВт.

Несмотря на принятые меры, в том числе программы по договорам о предоставлении мощности и внедрение технологий распределенной энергетики, в последние годы доля нового энергогенерирующего оборудования остается сравнительно невысокой. Экономические показатели энергокомпаний свидетельствуют о необходимости принятия мер, направленных на увеличение сроков эксплуатации действующего энергооборудования.

В качестве одного из эффективных способов обеспечения надежной и безопасной работы таких установок эксперты называют применение методов неразрушающего контроля и диагностирования, которые позволяют мониторить и анализировать состояние электрооборудования, оперативно выявлять возникающие неисправности и предотвращать возможные сбои.

Конец эпохи ППР?

Начиная с 1960-х годов с целью профилактики и своевременного выявления дефектов энергооборудования энергетики использовали систему планово-предупредительных работ (ППР). За годы применения она была хорошо отлажена и даже показывала неплохие результаты.

Однако в современных условиях эта методика нуждается в обновлении, поскольку она не учитывает тенденцию к росту количества механизмов, исчерпавших свой нормативный ресурс. Кроме того, недостаточное экономическое обоснование используемых нормативов снижает эффективность использования системы ППР.

В сложившейся ситуации существенным недостатком плановости в борьбе с неожиданными поломками оборудования является несовершенство такого подхода. В СССР разработкой планов ремонта занимались специализированные институты. В их функции входила подготовка технической документации, необходимой для регламентного обслуживания и ремонта разного оборудования.

После того, как централизованные научно-технические структуры прекратили свое существование, разработка планов, перечней и объемов ППР была переложена на плечи собственников электрооборудования.

Как правило, в своей работе они руководствовались ранее принятыми нормативными актами. Практика показывает, что документация практически не корректировалась. Из года в год она оставалась прежней.

Кроме того, при разработке новых документов не учитывалось текущее техническое состояние находящегося в работе энергооборудования, изменение характера нагрузок и его остаточный ресурс.

В то же время разработчики нормативной документации для нового энергооборудования не брали в расчет тот факт, что в его конструкцию входят иные, более современные компоненты, с другими техническими характеристиками и свойствами. Использование новых материалов и технологий позволило существенно повысить надежность агрегатов и таким образом продлить межремонтный период их работы.

Некоторые недостатки также свойственны и предупредительности ППР. Прежде всего, весомый «минус» заключается в том, что техобслуживание и плановые ремонты проводятся после отработки оборудованием определенного промежутка времени. При этом не учитывается его техническое состояние, интенсивность нагрузки и выработка.

А если учесть, что нормативная документация, разработанная во времена СССР, содержала избыточный страховой запас, нередко в плановые ремонты выводились вполне работоспособные механизмы. Преждевременное ТО становилось причиной неоправданных простоев и увеличивало суммы затрат на содержание объекта.

Таким образом, в современных реалиях система ППР, суть которой состоит в том, что остаточный ресурс оборудования определяется исходя из времени его эксплуатации, не находит подтверждения на практике и носит ярко выраженный затратный характер.

Оптимальным выходом из сложившейся ситуации стало внедрение технического диагностирования, благодаря которому можно проводить техобслуживание и ремонт не по календарному графику, а по плану, разработанному с учетом реального технического состояния объекта. Кроме того, диагностика позволяет продлить срок эксплуатации оборудования сверх нормативного, вплоть до полной выработки ресурса, заложенного производителем.

Оценка технического состояния и принятие решения о необходимости проведения ремонтных работ осуществляется на базе вычисляемого индекса ТС. Современные методики диагностики позволяют произвести необходимые расчеты для любого оборудования и в зависимости от полученных результатов сделать правильные выводы.

Оценка ТС и принятие решения о ремонте с учетом фактического технического состояния оборудования предполагает проведение исследования, которое может быть выполнено двумя способами:

• Контроль по предельным значениям параметров. В качестве примера можно привести испытание, которое проводится на протяжении ограниченного промежутка времени. В ходе такого испытания замеряются параметры, четко прописанные для каждого вида оборудования. Это может быть сопротивление изоляции, емкость, ток утечки, пробивное напряжение и т. п.

Такой вид исследования не требует проведения аналитических вычислений. Результаты замеров сравниваются с предельными значениями, указанными в нормативных документах или в инструкции производителя.

По оценкам специалистов, «минус» этого метода исследования ТС состоит в том, что он не дает возможности оценить качество текущего состояния оборудования, понять динамику развития неисправностей, которые, возможно, уже появились, но пока не влияют на работоспособность устройства.

Помимо этого, положительные результаты текущих испытаний не являются гарантией того, что электрооборудование и дальше будет работать безотказно. К примеру, после успешных испытаний изоляции проводов повышенным напряжением кабельные линии вскоре могут выйти из строя, поскольку испытательное напряжение значительно превышает рабочее и может спровоцировать пробой или сокращение остаточного ресурса эксплуатации.

Контроль по предельным значениям параметров осуществляется с определенной периодичностью. Однако при этом у энергетиков нет технической возможности отслеживать изменение параметров в промежуток времени, отделяющий одно испытание от другого, что не может гарантировать безаварийную работу оборудования.

• Контроль текущих значений параметров. В отличие от предыдущего способа, этот вид контроля осуществляется с применением современных систем мониторинга и дает возможность получить достоверную, оперативную информацию о реальном состоянии электрооборудования.

Качественная диагностика технического состояния позволяет своевременно выявить и локализовать дефекты в оборудовании. При этом исследование проводится с помощью неразрушающих методик контроля.

Периодический мониторинг ТС дает возможность отслеживать динамику развития повреждений, оценивать остаточный эксплуатационный ресурс, прогнозировать срок и объем проведения необходимого техобслуживания и/или ремонта дефектного оборудования.

Внедрение современных автоматизированных систем мониторинга обеспечивает беспрерывный контроль технического состояния энергообъекта. Диагностика проводится в режиме онлайн и не требует остановки оборудования, что позволяет оперативно выявлять быстроразвивающиеся дефекты и тем самым предотвращать возникновение аварийных ситуаций в промежутках между плановыми обследованиями.

Если говорить об объеме получения данных, то максимально информативным является постоянный мониторинг ТС. Для того чтобы достичь нужной степени детализации следует установить множество различных датчиков и устройств сбора данных, организовать каналы передачи информации к центрам (серверам) сбора, анализа и хранения результатов исследования, что требует определенных капиталовложений.

Однако такой подход оправдан, поскольку благодаря ему решение о необходимости ТО или ремонта того или иного механизма принимается с учетом его фактического технического состояния. Обслуживание и ремонтные работы проводятся в оптимальные сроки, если по ряду характеристик определяется текущее состояние электрооборудования и его остаточный ресурс. При этом механизмы обследуются во время работы (без остановки производственного процесса).

Новый этап развития методов диагностики

Текущее состояние любого элемента энергосистемы, узла или механизма призваны определять системы диагностики и мониторинга. При этом степень новизны оборудования совершенно не важна.

С помощью таких систем удается не только продлить срок службы электрооборудования, сэкономить на ППР, но еще и предотвратить возникновение аварийных ситуаций. Таким образом можно сэкономить гораздо больше средств, чем было затрачено на обслуживание.

Кроме того, экономический эффект от внедрения систем диагностического мониторинга достигается за счет таких факторов:

• снижение травматизма оперативного и обслуживающего персонала в результате повреждения электрооборудования;
• минимизация суммы капиталовложений в необоснованное обновление основных фондов;
• сокращение трудозатрат оперативного персонала при внедрении автоматизированных систем мониторинга и диагностики;
• снижение эксплуатационных затрат и потерь при индивидуальном подходе к планированию ремонтных работ;
• получение достоверных данных о реальном техническом состоянии элементов энергосистемы, узлов и механизмов;
• сокращение сроков проведения плановых ремонтов с остановкой электрооборудования благодаря своевременной и целенаправленной подготовке к ремонтным работам;
• сокращение случаев недоотпуска электрической энергии и претензий со стороны потребителей за причиненный ущерб;
• увеличение срока рентабельной эксплуатации электрооборудования в условиях сниженных нагрузок.

Сегодня перед системами мониторинга ставятся задачи двухх типов:

• определение в режиме реального времени текущего состояния механизмов, выявление деструктивных процессов на ранних этапах их развития и оценка остаточного ресурса;
• решение технико-экономических задач.

Для решения задачи по оценке ТС и остаточного ресурса высоковольтного оборудования создана локальная система технического диагностирования (ЛСТД). Она состоит из комплекса датчиков, охватывающего все узлы и системы, и программных средств, предназначенных для создания многоуровневых систем технического диагностирования силовых трансформаторов.

Для постоянного мониторинга ТС изоляции от 6 до 45 кабельных линий с рабочим напряжением до 35 кВ под разработана многоканальная система мониторинга CDM (Cables Diagnostics Monitor). Ее функционал позволяет:

• минимизировать общие затраты на систему диагностики, которые рассчитываются на один контролируемый кабель;
• максимально эффективно отстраиваться от наводок высокочастотных помех на контролируемое оборудование;
• на основе метода регистрации и анализа частичных разрядов контролировать состояние КЛ не одномоментно, а постоянно, во всех режимах работы;
• анализировать собранную информацию, оперативно вырабатывать диагностические решения и давать рекомендации относительно дальнейшей работы КЛ.

С помощью системы CDM реализуются две основные функции диагностирования:

1. Выполняется непрерывный контроль состояния изоляции высоковольтной кабельной линии, выявляются деструктивные процессы, определяется тип дефекта, анализируется степень его развития и уровень опасности при дальнейшем использовании.
2. Автоматически локализуются места с выявленными дефектами. Эта функция реализуется в режиме реального времени, под рабочим напряжением. Объема внутренней памяти прибора достаточно для хранения данных в течение продолжительного промежутка времени. Вся собранная информация и диагностические заключения оперативно передаются в автоматизированную систему управления технологическим процессом более высокого уровня.

Диагностика ТС изоляции подконтрольных кабельных линий проводится в режиме онлайн с помощью встроенных алгоритмов. В случае фиксации достижения заданных предельных показателей данные о критическом состоянии кабеля отображаются на лицевой панели защитного шкафа. Об этом оперативный персонал информируют загорающиеся светоизлучающие диоды красного цвета. По результатам исследования система автоматически формирует протоколы состояния всех контролируемых КЛ.

Для организации контроля следует:

• На всех кабельных линиях на поводках заземления концевых муфт предварительно установить первичные датчики частичных разрядов серии «RFCT-7». Эти устройства предназначены для регистрации частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования. По сути, это измерительные трансформаторы тока, которые эффективно функционируют в высокочастотном диапазоне частот. Первичные датчики с помощью коаксиальных кабелей одинаковой длины подключить к прибору CDM;
• Создать условия для работы системы в автоматическом режиме. Для этого на компьютере формируется схема контролируемой кабельной сборки, которая перед началом работы загружается в прибор CDM. Схемная конфигурация создается с помощью специального программного продукта – конструктора, который позволяет чертить схемы кабелей и указывать места установки датчиков. В процессе создания схемы вводится развернутая техническая информация, необходимая для выявления поврежденного кабеля, оценки его текущего технического состояния, определения типа повреждения изоляции и степени опасности при дальнейшей эксплуатации.

Одной из самых сложных задач при регистрации частичных разрядов в высоковольтных КЛ эксперты называют отстройку от внешних помех, под действием которых чувствительность систем мониторинга многократно снижается. В качестве решения – выявления дефектов на ранних стадиях, разработчики прибора предусмотрели ряд средств отстройки, который содержит набор алгоритмов:

• Совместный анализ времени возникновения импульсов и фазы питающего напряжения;
• Time of arrival. Алгоритм представляет собой отстройку с учетом времени поступления импульсов от разных КЛ с разрешением в единицы наносекунд;
• Амплитудная разборка импульсов разрядов, которая позволяет удалить из анализа сигналы, поступившие из соседних КЛ;
• Анализ частотных свойств каждого импульса. Этот алгоритм дает возможность разделить импульсы помех и повторяющиеся импульсы частичных разрядов;
• Измерение температуры и влажности воздуха в помещении контролируемого КРУ, который обеспечивает более высокую информативность диагностических заключений прибора.

Еще одна не менее важная задача встроенных алгоритмов заключается в определении типа повреждения изоляции КЛ и в диагностике степени опасности этого дефекта. Эта задача решается с помощью интегрированной в прибор системы PD-Expert. Ее функционал позволяет в автоматическом режиме оценивать уровень частичных разрядов и определять тип конкретного дефекта в изоляции КЛ. Кроме того, возможности системы позволяют разделять несколько однотипных повреждений, расположенных в разных местах одного кабеля.

В системе CDM предусмотрена функция локации места возникновения дефекта в линии. Роль зондирующего исполняет импульс от частичного разряда, который возникает на месте повреждения изоляции. При отсутствии импульсов достаточной амплитуды в качестве зондирующего можно использовать импульсы от наведенной внешней помехи. Кроме того, в комплектацию прибора входит онлайн-рефлектометр, который существенно расширяет диагностические возможности программы.

Датчик RFCT-7 используется в системах постоянного и периодического исследования состояния изоляции высоковольтного оборудования. Для удобства монтажа разработчики сделали его разъемным. Устройство состоит из двух частей, которые соединены между собой с помощью болтов. Это упрощает процесс монтажа устройства на токоведущих элементах большого сечения.

Корпус прибора изготовлен из АБС-пластика, обладающего высокой ударопрочностью и эластичностью. В двух половинах корпуса расположен разрезанный высокочастотный сердечник большого сечения, благодаря которому в выходном сигнале датчика отсутствуют токи промышленной частоты 50 Гц. Устройство на них не реагирует.

Чтобы исключить насыщение сердечника токами промышленной частоты в нем устанавливается немагнитная изолирующая прокладка, благодаря которой датчик допускает протекание токов разной амплитуды без ущерба для точности измерения частичных разрядов.

В зависимости от толщины этой прокладки на корпусе датчика RFCT-7 ставятся соответствующие метки, информирующие потребителя о максимально допустимом токе промышленной частоты:

• Зеленый цвет – 500 А;
• Оранжевый цвет – 1 000 А.

Устройства этой серии монтируются только на заземляющих шинах, проводах и трубах. Конструкция датчиков марки RFCT-7 предусматривает наличие внутреннего окна размером 34х34 мм. Если размеры шины КЛ не позволяют использовать это устройство, можно применить разъемный датчик марки RFCT-4. Диаметр внутреннего окна этого прибора составляет 67 мм.

Для контроля технического состояния КЛ с рабочим напряжением 110 кВ и выше предназначена более сложная и информативная шестиканальная система мониторинга марки CDR.

Вводы силовых трансформаторов под контролем

С целью исследования состояния высоковольтных вводов трансформаторных установок энергетики используют сложные системы контроля, которые позволяют отслеживать несколько ключевых параметров изоляции ввода. В их число входят:

• Величина емкости ввода С1;
• Наличие зависимости параметров ввода от температурных показателей;
• Тангенс угла диэлектрических потерь;
• Тенденция изменения параметров.

Установка систем мониторинга сама по себе относится к разряду достаточно непростых задач. Но она существенно усложняется в случае монтажа систем контроля на трансформаторах, уже введенных в работу, где приходится с нуля монтировать датчики, устанавливать диагностическое оборудование, а также прокладывать различные кабельные линии (сигнальные, информационные, силовые) на действующем питающем центре.

Этих сложностей можно избежать, если использовать систему диагностики состояния вводов, созданную на базе беспроводных датчиков марки DB-2S. Эти устройства предназначены для контроля токов проводимости изоляции ввода. Они легко устанавливаются на любых трансформаторах: как на тех, что недавно поступили от поставщика, так и на уже эксплуатирующихся продолжительный период времени.

Датчики DB-2S – это «умные» устройства. Все процессы, связанные с фиксацией сигналов, обработкой собранной информации и оценкой ТС вводов выполняются внутренней программой датчика. На выходе формируется итоговое экспертное заключение о реальном ТС подконтрольного высоковольтного ввода.

По оценкам специалистов, наличие интеллектуальной составляющей и простота установки/демонтажа беспроводных датчиков DB-2S делают эти измерительные устройства оптимальным решением при организации мониторинга, оперативной диагностики и оценки ТС высоковольтных вводов всех типов и классов рабочих напряжений.

Особенность конструкции устройств этой марки заключается в полностью беспроводном исполнении. Встроенная в прибор электроника получает питание от тока проводимости контролируемого ввода, а выходные данные о ТС подконтрольного объекта передаются с помощью беспроводных интерфейсов.

В число основных преимуществ датчика DB-2S входят:

• Компактность и защищенное исполнение. Благодаря этим качествам устройство быстро монтируется на вводе и включается в режим диагностики на короткий промежуток времени, когда трансформатор выведен из эксплуатации;
• Отсутствие проводов. Работоспособность устройства обеспечивается за счет тока проводимости ввода;
• Датчик контролирует два дефектных параметра – текущую температуру ввода и ток проводимости, который используется для расчета величины емкости ввода С1 в ходе эксплуатации;
• Данные о реальном состоянии ввода передаются в автоматизированную систему управления технологическим процессом с помощью беспроводного интерфейса LoRa ONE с зоной покрытия до 1 000 м;
• Шифрование выходных данных дважды с двумя разными ключами, так называемое двойное шифрование, обеспечивает высокую информационную безопасность системы мониторинга и состояния вводов.

Наиболее опасным изъяном изоляции вводов эксперты считают пробой диэлектрика на одном или нескольких изоляционных промежутках. Разрушение диэлектрика, в результате чего снижаются его электроизоляционные свойства в месте пробоя, может стать причиной замыкания между проводящими обкладками, изготовленными из фольги. Исключение из цепи одной последовательно включенной емкости изоляционных промежутков способствует повышению суммарной емкости ввода С1.

Количество изоляционных промежутков в изоляции ввода зависит от его рабочего напряжения: от 10 для вводов с рабочим напряжением 110 кВ и до 50 для вводов с рабочим напряжением 500 кВ.

Если количество изоляционных промежутков достаточно большое, замыкание двух обкладок увеличит проводимость тока на 2-10% для вводов с рабочим напряжением 500 и 110 кВ соответственно. Следовательно, при замыкании двух изоляционных промежутков величина тока проводимости возрастет в два раза.

Второй критерий изменения ТС ввода – это вторичный параметр, который показывает величину возрастания напряжения на оставшихся изоляционных промежутках в случае замыкания поврежденного, поскольку в таком случае напряжение распределяется между меньшим количеством изоляционных промежутков.

Особенность работы измерительных устройств DB-2S заключается в том, что эти датчики мониторят только величину тока проводимости ввода и на основании этого параметра определяется емкость ввода С1. Одна при этом в расчет не принимаются возможные изменения напряжения на обмотках трансформаторной установки. В схеме расчета подразумевается, что напряжение остается постоянным, соответствующим номинальному значению.

Однако в реальности эта величина постоянно меняется. Причин может быть несколько:

— изменение нагрузки потребителей;

— внесение корректив в конфигурацию системы вследствие подключения/отключения линий, генераторов и отдельных потребителей.

Более сложные системы мониторинга состояния вводов силовых трансформаторных установок для учета колебания напряжения сети в расчетах емкости С1 используют напряжения от измерительных трансформаторов напряжения.

Этот прием позволяет повысить точность экспертных заключений, но существенно усложняет саму систему мониторинга. Например, требуется установка дополнительных аппаратов, контролирующих напряжения ТН.

Мониторинг состояния высоковольтных турбогенераторов

Каждый синхронный генератор, присоединенный к паровой или газовой турбине, нуждается в регулярном осмотре для оценки его ТС. Такое обследование нередко влечет за собой остановку дорогостоящего агрегата, из-за которой простаивают технологические линии, что приводит к ощутимым финансовым потерям.

Кроме того, периодическая выемка ротора из статора для проведения технического осмотра приводит к сокращению срока службы генератора. Всё это можно предотвратить с помощью непрерывного мониторинга состояния турбогенераторов. Технология относится к категории неразрушающих и основана на тщательной теоретической проработке и практической базе.

Суть методики состоит в анализе частичных разрядов (ЧР), которые возникают в процессе работы оборудования на статоре турбогенератора. С помощью этой методики специалисты могут:

• Оценить ТС генератора без остановки технологического процесса;
• Диагностировать зарождающиеся неполадки и дефекты до того, как они начнут оказывать воздействие на качество работы энергооборудования;
• С максимальной точностью определить сроки технического обслуживания и внести оборудование в план-график планово-предупредительного ремонта.

Система мониторинга частичных разрядов предусматривает использование следующих устройств:

• Ёмкостные эпоксидно-слюдяные датчики 80 пФ. Приборы предназначены для регистрации активности ЧР в машинах. Они не оказывают влияния на рабочие процессы и не снижают общую надежность агрегата.

Приборы устанавливаются (не менее одного на каждую фазу) максимально близко к исследуемому оборудованию. Это обеспечивает высочайший уровень чувствительности. Для улучшения выделения шумов, ЭСД устанавливаются направленно или дифференцированно, в зависимости от оборудования.

В конструкции датчика присутствует слой слюды, пропитанной эпоксидной смолой. Ширина диэлектрика составляет 80 мм. Эта особенность увеличивает электрические свойства ЭСД и делает его безопасным для использования в рабочем оборудовании.

Датчики 80 пФ могут быть установлены в опасных помещениях, в т. ч. на АЭС.

• Портативный приборTGA—B. Устройство используется для контроля ЧР в изоляции обмоток генераторной установки с частотой 50-60 Гц, оборудованных ёмкостными шинными датчиками ЕМС 80 пФ. Функционал TGA-B позволяет обследовать состояние статорных обмоток, что обеспечивает увеличение коэффициента готовности и продлевает срок службы оборудования.

— выявление рыхлых, перегретых и плохо пропитанных участков обмотки;

— простота подключения к уже действующим эпоксидно-слюдяным измерительным устройствам;

— кратчайшая ширина импульса менее 2,5 нс при величине отсечки 3 дБ;

— периодический контроль частичных разрядов в режиме реального времени.

• Высокочастотные датчикиSSC. Основная функция этого прибора заключается в обнаружении ЧР в обмотке статора. SSC передает сигнал, который обычно измеряется при помощи портативных устройств TGA.

Измерительные приборы устанавливаются непосредственно в паз статора агрегата. Специалисты рекомендуют использовать, как минимум, параллельно по 1 датчику на фазу. Таким образом обеспечивается охват всей обмотки.

Следует учесть, что 10% пазов статоров, которые распределяются по трем фазам, должны содержать прибор SSC, обеспечивающий контроль репрезентативной части обмотки статора. Это означает, что в большинство моделей турбогенераторов и в большие мониторы следует устанавливать шесть датчиков, поскольку эти устройства чаще всего имеют по две обмотки на фазу.

Агрегаты, рассчитанные на мощность 600 МВт, могут содержать девять ветвей, следовательно, следует устанавливать девять датчиков, по одному на каждую ветвь. Если ветвей больше, больше должно быть и измерительных приборов SSC.

Датчики могут быть использованы в таких агрегатах:

• Паротурбинные генераторы (с воздушным или водородным охлаждением);
• Газотурбинные генераторы (с воздушным или водородным охлаждением);
• Резервные генераторные установки;
• Синхронные компенсаторы (с воздушным или водородным охлаждением);
• Крупные двигатели (синхронные или индуктивные).

— измерительные устройства монтируются под клиньями статорной обмотки (на машинах, уже введенных в эксплуатацию) или между верхним и нижним стержнями. Этот способ установки предназначен для новых или перематываемых агрегатов;

— датчики не подключаются к высокому напряжению обмотки статора, поэтому они не подвержены электрической нагрузке;

— прибор изготовлен из стеклопластика на основе эпоксидной смолы;

— полоса пропускания 10 — 1 000 МГц (отсечка 3 дБ);

— полное сопротивление 50 Ом;

— наличие двойного выхода дает возможность распознавать разряды в пазовой части и отличать их от ЧР в лобовых частях обмотки.

• Датчик-тестер коронных разрядов РРМ CORONA PROBE. По сути это портативное контрольно-измерительное устройство, которое предназначено для выявления активности ЧР во вращающемся оборудовании. Зонд питается от батареи.

— возможность выполнить офлайн-тест (на остановленном агрегате) с целью выявления активности частичных разрядов в обмотке статора;

— максимально точное определение ЧР с указанием точного расположения в пазу;

— локализация ЧР при пофазном включении обмотки;

— компактные размеры, портативность, небольшой вес, простота эксплуатации;

— рекомендован институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике.

• ДатчикTFProde, предназначенный для измерения магнитного потока ротора в воздушном зазоре и выявления короткозамкнутых витков в синхронных электродвигателях, гидро- и турбогенераторах. Прибор представляет собой небольшой гибкий преобразователь печатной платы, который фиксируется на зубце статора.

— небольшая высота устройства упрощает процесс введения и удаления ротора без повреждения зонда;

— датчик может быть использован с системами непрерывного мониторинга FluxTracII и GuardII, а также с переносным прибором мониторинга магнитного потока RFAII.

• ДатчикиEVA. Комплект измерительных устройств для определения вибрации лобовых частей обмотки генераторов с водородным и воздушным охлаждением. Датчики выпускаются двух типов: одноосные и двуосные. Двуосные приборы могут одновременно измерять вибрации в радиальном и тангенциальном направлениях. Комплекты измерительных устройств предназначены для машин с водородным охлаждением.

Вся собранная информация поступает в блок GUARDII, где обрабатывается и анализируется. Полные данные передаются в АСУ ТП, а в случае необходимости – на автоматизированные рабочие места других контролирующих служб. При выявлении аварийной ситуации силовой агрегат отключается в автоматическом режиме через специальное реле.

Комплексный непрерывный мониторинг ЧР, магнитного потока ротора и воздушного зазора в агрегатах свыше 200 МВт осуществляется с помощью системы GUARDII+. Возможности:

— система может быть использована для контроля действующих и новых агрегатов, которые оборудованы пазовыми антенными измерительными устройствами (SSC);

— в систему интегрирована функция разделения шумов на основе фильтра высоких частот 40 МГц, по характеристике времени поступления и форме импульса. Система непрерывно измеряет уровень ЧР с расширенными функциями предупреждения и практически не нуждается во вмешательстве оперативного персонала;

— предупредительные сигналы предварительно настраиваются с учётом существующей базы данных, которая насчитывает свыше 400 тыс. результатов испытаний агрегатов. Архивные данные используются для создания двухмерных и трехмерных графиков с высоким разрешением. Кроме того, они позволяют получить суммарные характеристики, необходимые для анализа тенденций для ЧР и сравнения с аналогичными агрегатами;

— система поддерживает удаленные режимы обмена данными, которые дают возможность производить диагностику, управление и конфигурацию на расстоянии. Для этого используется программное обеспечение Iris Application Manager;

— система оснащена модулем ввода для установки дополнительных датчиков температуры и влажности окружающей среды;

— система поддерживает открытый коммуникационный протокол Modbus, основанный на архитектуре «ведущий – ведомый», который обеспечивает связь с приложениями других производителей через Ethernet. Например, для получения информации из системы компании о рабочем состоянии той или иной машины;

— система обеспечивает обмен данными с модулем удаленного ввода/вывода Iris Power и аналоговыми входами для сбора данных об условиях эксплуатации агрегата от полевых датчиков/преобразователей;

— в систему интегрирован безопасный FTP-сервер, удобный и легко конфигурируемый, который используется для загрузки данных в автоматическом режиме.

Для непрерывного онлайн-мониторинга магнитного потока ротора на турбогенераторах используется система FluxTracII-R.

— функционал системы позволяет собирать и анализировать данные, которые поступают от измерительного прибора, контролирующего магнитный поток в режиме онлайн, и предоставлять оперативному персоналу информацию о расположении катушки и жесткости любого короткозамкнутого витка;

— с помощью стационарно установленных датчиков магнитного потока в воздушном зазоре система осуществляет мониторинг плотности магнитного потока. Это отработанная технология синхронных машин, которая используется для выявления межвитковых замыканий в обмотке ротора;

— система позволяет производить измерение потока, что обеспечивает прямые способы онлайн-контроля состояния обмоток ротора. В результате предоставляется достоверная информация о целостности межвитковой изоляции катушки. Эти данные используются для диагностики аномальных вибраций, поверки целостности нового и перемотанного ротора, а также при планировании ремонтных работ основного оборудования;

— система FluxTracII-R осуществляет моментальный анализ всех пазов в обмотке круглого ротора при фиксированной эксплуатационной нагрузке;

— в случае необходимости позволяет анализировать результаты проведенных испытаний и тренд при разных нагрузках для более точного прогнозирования состояния обмотки ротора;

— функционал системы дает возможность осуществить точечный замер или без вмешательства оператора получить результаты обычных измерений нагрузки генератора, проводившихся на протяжении нескольких дней;

— система работает с обычным датчиком потока, который устанавливается на клин, или с установленным на зубце статора измерительным устройством TFProde, которое может встраиваться без извлечения ротора.

Диагностика дефектов изоляции КРУЭ

Для постоянного контроля ТС энергооборудования с элегазовой изоляцией – комплектных распределительных устройств различного исполнения, выключателей, силовых и измерительных трансформаторов – предназначена система мониторинга GIS-DM (Gas Insulated System – Diagnostic Monitor).

Оценка ТС электрооборудования осуществляется с использованием анализа ЧР в изоляции, которые были зафиксированы в СВЧ-диапазоне частот. По мнению аналитиков, этот метод регистрации частичных разрядов является самым чувствительным и наиболее эффективным для выявления дефектов в высоковольтной изоляции.

Для регистрации ЧР в элегазовом оборудовании используются измерительные устройства двух типов:

• Высокочастотный датчик маркиACS. По сути, это электромагнитная антенна, встраиваемая внутрь оборудования. Как правило, такие датчики устанавливаются на внутреннюю сторону крышек технологических люков. Обычно датчик монтируют специалисты завода – производителя элегазового оборудования на этапе его изготовления. Устанавливать измерительные устройства марки ACS на оборудовании, которое уже введено в эксплуатацию, достаточно проблематично;
• Датчик частичных разрядов маркиAES. Измерительный прибор устанавливается на внешней поверхности КРУЭ. Монтаж производится в зоне стыка двух трубчатых корпусов с помощью изоляционной прокладки, которая попутно выполняет роль внутреннего поддерживающего высоковольтного изолятора. Прибор регистрирует электромагнитные импульсы, выходящие изнутри машины через радиопрозрачные прокладки, разделяющие отдельные корпуса КРУЭ. Датчик марки АЕS легко устанавливается как на новом, так и уже на действующем энергооборудовании.

Датчики обоих типов подключаются к измерительному прибору системы мониторинга GIS-DM с помощью коаксиальных кабелей. По оценкам экспертов, весомым преимуществом GIS-DM является наличие программного обеспечения с набором специальных функций:

• Программа обеспечивает проведение дополнительной цифровой обработки зарегистрированных данных для максимально эффективной отстройки от помех. Для этого применяются различные методы оценки цифровых параметров импульсов, амплитудное сравнение импульсов, поступивших от разных измерительных устройств, а также контроль разновременности их прихода. Функционал программного продукта позволяет установить место возникновения дефекта исходя из разницы времени поступления импульсов к каждому датчику.
• Программа не просто регистрирует наличие частичных разрядов в изоляции, но и идентифицирует тип неполадки, определяет степень ее развития. С этой задачей хорошо справляется автоматизированная экспертная диагностическая система PD-Expert. Она использует открытый формат хранения данных. Этот формат доступен для разных разработчиков устройств измерения частичных разрядов и программных продуктов. Об этом необходимо помнить при выборе системы диагностики, поскольку она должна быть дружественной в форматах хранения данных.

С помощью этой системы методом сравнения информации, полученной от датчиков, с базой «образцов дефектов», заложенной в памяти программы, определяется тип дефекта изоляции КРУЭ и оценивается степень его опасности.

• Программное обеспечение дает возможность внедрять полученные диагностические заключения в глобальные системы мониторинга и контроля, которые позволяют давать интегральную оценку ТС и оценивать остаточный ресурс комплекса электрооборудования. Роль комплекса может выполнять технологическая цепь, в состав которой входит контролирующее устройство КРУЭ, весь питающий центр и даже путь поставки электрической энергии до объектов конечных потребителей.

Если на практике возникает необходимость создания системы мониторинга масштабных, сложных элегазовых КРУЭ, энергетики используют несколько регистрирующих устройств марки GIS-DM. Однако следует признать, что такое объединение требует определенных технических возможностей и специализированных программных решений.

В число основных требований, которые обеспечивают интеграцию нескольких устройств в единую систему мониторинга входят:

• Синхронизирование процессов регистрации импульсов ЧР, поступающих от всех датчиков по оптической линии связи. Это позволяет более эффективно отстраиваться от помех и максимально точно определять место возникновения дефекта в изоляции;
• Объединение всех первичных данных, собранных измерительными приборами и переданных по линии связи, на одном сервере или общем компьютере системы контроля. Такое техническое решение обеспечивает проведение комплексного анализа всех импульсов ЧР, зарегистрированных в комплектном распределительном устройстве;
• Реализация всех диагностических функций возможна потому, что приборы синхронизируются по оптической линии с точностью до наносекунды или до десятков наносекунд (в случае использования сигналов систем спутниковой навигации GPS/GLONASS).

По оценкам экспертов, наиболее важной частью любой системы мониторинга высоковольтного оборудования является экспертная система. С ее помощью решается несколько важных задач, в число которых входят:

• Определение текущего технического состояния;
• Выявление признаков неисправного состояния электрооборудования;
• Планирование сроков и объема предстоящего ремонта;
• Оценка эффективности выполненных ремонтных работ.

Известны два способа, с помощью которых создаются экспертно-диагностические системы для энергооборудования:

1. Специализированная система, разработанная для оборудования определенного типа. Она создается на базе знаний практического эксперта или группы таких экспертов.
2. Универсальная самонастраивающаяся система формируется по принципу нейронных сетей или создается на основе искусственного интеллекта. Она базируется на универсальном программном продукте. Практические эксперты привлекаются к работе в рамках своих компетенций только на этапе адаптации или самообучения экспертной системы.

Какой из этих вариантов можно считать более эффективным?

Нейронная сеть нацелена на поиск и диагностирование уже фиксировавшихся ранее дефектов. Ее функционал не может выявить и зарегистрировать проявление состояний, которые ранее не диагностировались, поскольку не учитывает особенности физических процессов в подконтрольных устройствах.

В основу фиксированной экспертной системы положены глубокие знания опытного консультанта (или группы консультантов), где четко прослеживается понимание процессов, происходящих в оборудовании. Такая система может максимально полно учитывать возникновение повторяющихся и модифицированных дефектов. Кроме того, она обладает большим потенциалом в плане модернизации диагностических алгоритмов.

Хорошо отработанная и отлаженная ранее система планово-предупредительных работ сегодня показывает свое несовершенство. Она не находит подтверждения на практике, демонстрирует затратность такого подхода и потому нуждается в трансформации и адаптации к современным тенденциям по увеличению процента силового электротехнического оборудования с исчерпанным нормативным ресурсом эксплуатации.

Оптимальным выходом из сложившейся ситуации становится внедрение систем диагностики и мониторинга. Функционал таких систем позволяет в режиме реального времени оценивать текущее техническое состояние машин, с помощью неразрушающих диагностических методов выявлять деструктивные процессы на ранних стадиях их развития и определять остаточный ресурс.

Современные автоматизированные системы мониторинга обеспечивают беспрерывный контроль технического состояния энергообъекта. Диагностика проводится онлайн и не требует остановки оборудования, что позволяет оперативно выявлять быстроразвивающиеся дефекты и тем самым предотвращать возникновение аварийных ситуаций.

Контроль за состоянием трансформаторов — Контроль за состоянием высоковольтных вводов

В трансформаторах используются вводы с бумажно-масляной (БМ) и, в некоторых случаях, с маслобарьерной (МБ) изоляцией. В первом варианте основным элементом изоляции является изоляционная бумага, пропитанная маслом, с разделением на слои с помощью уравнительных обкладок. Во втором случае используется трансформаторное масло, которое разделяется на слои с помощью бумажно-бакелитовых цилиндров и уравнительных обкладок.

Рисунок 21. Схема отводов из высоковольтного ввода

Таблица 13. Допустимые значения tg d изоляции вводов

tg d вводов с номинальным напряжением, кВ

Маслобарьерная основная и измерительного конденсатора

При вводе в эксплуатацию

Бумажно-масляная основная и измерительного конденсатора

При вводе в эксплуатацию

Последние слои бумажно-масляной изоляции

При вводе в эксплуатацию

Рисунок 22. Структурная схема устройства контроля изоляции ввода

Методы оценки состояния изоляции высоковольтного ввода

Высоковольтный ввод является критически важным элементом электрических систем, обеспечивающим передачу электроэнергии от внешних источников к распределительным сетям. Состояние изоляции высоковольтного ввода напрямую влияет на надежность и безопасность работы электрооборудования. Для диагностики состояния изоляции применяются различные методы, позволяющие оценить ее целостность и выявить потенциальные проблемы.

Одним из наиболее распространенных методов оценки состояния изоляции является измерение сопротивления изоляции. Этот метод основан на использовании мегомметра, который подает высокое напряжение на изоляцию и измеряет сопротивление. Нормальные значения сопротивления изоляции должны быть значительно выше 1 МОм, однако в процессе эксплуатации это значение может снижаться из-за воздействия влаги, загрязнений или механических повреждений. Регулярные измерения позволяют отслеживать динамику состояния изоляции и выявлять отклонения от нормы.

Другим важным методом является частотный анализ, который включает в себя измерение диэлектрических потерь. Этот метод позволяет оценить качество изоляционных материалов и выявить наличие дефектов, таких как трещины или загрязнения. Измерения проводятся на различных частотах, что позволяет получить более полное представление о состоянии изоляции. Частотный анализ также может быть использован для диагностики старения изоляционных материалов.

Термография – еще один эффективный метод, который позволяет визуализировать температурные аномалии в высоковольтном вводе. Нагрев изоляции может указывать на наличие короткого замыкания или других проблем, связанных с перегрузкой. Использование инфракрасных камер позволяет быстро и безопасно оценить состояние оборудования без необходимости его отключения.

Также стоит отметить метод частотно-импульсной диагностики, который основан на анализе откликов изоляции на импульсные сигналы. Этот метод позволяет выявить локализованные дефекты, такие как пробои или трещины, которые могут быть не видны при других методах диагностики. Частотно-импульсная диагностика является высокочувствительным инструментом, который может обнаруживать даже незначительные изменения в состоянии изоляции.

Наконец, метод временных характеристик, который включает в себя оценку времени восстановления изоляции после воздействия напряжения, также может быть полезен для диагностики. Этот метод позволяет оценить, насколько быстро изоляция восстанавливает свои свойства после снятия напряжения, что может свидетельствовать о ее состоянии и потенциальных проблемах.

В заключение, диагностика состояния изоляции высоковольтного ввода требует комплексного подхода и использования различных методов. Регулярные проверки и мониторинг состояния изоляции помогут предотвратить аварийные ситуации и обеспечить надежную работу электрических систем.

Вопрос-ответ

Что такое высоковольтный ввод?

Высоковольтный ввод представляет собой проходной изолятор сложной конструкции, предназначенный для вывода проводов высокого напряжения из баков трансформаторов, масляных выключателей, а также для прокладки кабелей через стены зданий.

Что такое Тангенс-Д?

Тангенс-Д – прибор контроля технического состояния высоковольтных вводов силовых трансформаторов. В настоящее время в силовых трансформаторах все чаще используются высоковольтные вводы с твердой RIP изоляцией.

Что такое высоковольтный и низковольтный ввод в трансформаторе?

Для любого трансформатора проводящий стержень низковольтного (НВ) изолятора должен пропускать больший ток, чем его высоковольтный (ВВ) аналог. Следовательно, проводящий стержень НВ изолятора всегда толще (имеет больший диаметр), чем его ВВ аналог.

Что значит высоковольтный?

Связанный с токами высокого напряжения.

Советы

СОВЕТ №1

Обратите внимание на уровень изоляции. Измерение сопротивления изоляции высоковольтного ввода поможет выявить возможные утечки тока и повреждения, что является ключевым параметром для диагностики его состояния.

СОВЕТ №2

Регулярно проводите термографическую диагностику. Нагревание соединений и компонентов высоковольтного ввода может указывать на проблемы, такие как плохие контакты или перегрузки, что важно учитывать для предотвращения аварий.

СОВЕТ №3

Используйте анализатор гармоник. Изучение гармонических искажений в системе может помочь выявить несоответствия в работе высоковольтного ввода и определить его состояние, что позволит своевременно принять меры по устранению проблем.

СОВЕТ №4

Следите за состоянием соединений и креплений. Регулярная проверка механических соединений и их креплений на наличие коррозии или ослабления поможет предотвратить серьезные неисправности и продлить срок службы высоковольтного ввода.