МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)
Институт инновационных технологий
Факультет радиофизики, электроники и медицинской техники
Кафедра электротехники и электроэнергетики
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
по дисциплине «Cредства и методы диагностики высоковольтного оборудования»
для студентов, обучающихся в магистратуре по направлению
140400.68 Электроэнергетика и электротехника
СОСТАВИТЕЛЬ
В.А. ШАХНИН
Владимир - 2014 г.
0
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ……………………………………………….2
2. ОБЩАЯ СХЕМА И ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ…………………………………………………………………..3
3. РЕКОМЕНДАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ С ИСТОЧНИКАМИ
ИНФОРМАЦИИ…………………………………………………………………..5
3.1. Работа с книгой………………………………………...............................5
3.2. Работа с интернет – ресурсами………………………………………....6
4.
МЕТОДИЧЕСКИЕ
РЕКОМЕНДАЦИИ
И
ЗАДАНИЯ
ДЛЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ НАД ОСНОВНЫМИ
ТЕМАТИЧЕСКИМИ РАЗДЕЛАМИ КУРСА…………………………..........8
4.1.
План
СРС
и
последовательность
изучаемых
тем……………………………………................................................................8
4.2. Тема СРС: Традиционные методы диагностики высоковольтного
оборудования…………………………………………………………………….8
4.3. Тема СРС: Принципы мониторинга состояния высоковольтного
оборудования…………………………………………………………………….15
4.4. Тема СРС: Тепловизионное обследование высоковольтного
оборудования ……………………………………………………………………22
4.5. Тема СРС: Акустическое обследование высоковольтного
оборудования…………………………………………………………………….35
4.6. Тема СРС: Электрошумовое обследование высоковольтного
оборудования……………………………………………………………………41
4.7. Тема СРС: Вибрационное обследование высоковольтного
оборудования…………………………………………………………………….44
1
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ ПО ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «СРЕДСТВА И
МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ»
Самостоятельная работа студентов (СРС) – это деятельность их в
процессе обучения и во внеаудиторное время, выполняемая по заданию
преподавателя, под его руководством, но без его непосредственного участия.
В ходе самостоятельной работы достигаются главные цели обучения —
закрепление полученных знаний и перевод их в устойчивые умения и
навыки. Достижение этих целей предполагает решение следующих задач:
• формирование умений использовать нормативную, правовую, справочную
документацию и специальную литературу;
• развитие
познавательных
творческой
инициативы,
способностей
и
активности
самостоятельности,
студентов,
ответственности
и
способностей
к
организованности;
• формирование
самостоятельности
мышления,
саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации;
От степени самостоятельности выполнения всех этих типов работ, от
настойчивости при выполнении самостоятельной работе зависит успех
обучения. Хорошо организованная самостоятельная работа обеспечивает
развитие таких качеств, как организованность, дисциплинированность,
активность и целеустремленность, инициатива, настойчивость в достижении
поставленной цели. Приобретается культура умственного труда, т. е. те
профессиональные
качества,
которые
необходимы
современному
специалисту-электроэнергетику.
2
2. ОБЩАЯ СХЕМА И ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ
Общая схема СРС по изучения дисциплины «Средства и методы
диагностики высоковольтного оборудования» включает в себя следующие
основные этапы:
• определение цели самостоятельной работы;
• конкретизация познавательной задачи;
• самооценка
готовности
к
самостоятельной
работе
по
решению
поставленной или выбранной задачи;
• выбор адекватного способа действий, ведущего к решению задачи;
• планирование
(самостоятельно
или
с
помощью
преподавателя)
самостоятельной работы по решению задачи;
• реализация программы выполнения самостоятельной работы;
• осуществление
в
процессе
выполнения
самостоятельной
работы
управленческих актов: слежение за ходом самостоятельной работы,
самоконтроль
корректировка
промежуточных
на
основе
и
конечного
результатов
результатов
самоконтроля
работы,
программы
выполнения работы, устранение ошибок и их причины.
При
изучении
высоковольтного
дисциплины
«Средства
оборудования»
можно
и
методы
выделить
диагностики
два
вида
самостоятельной работы студентов:
1) аудиторная самостоятельная работа (лабораторно-практические
занятия, контрольные проверочные задания, работа с учебником, деловые
игры и др.);
2) внеаудиторная самостоятельная работа (выполнение домашних
заданий и творческих работ, выполнение курсовых и дипломных работ,
подготовка к зачётам и экзаменам и др.
3
К числу важнейших форм внеаудиторной самостоятельной работы
можно отнести следующее:
для овладения знаниями: чтение текста (учебника, первоисточника,
дополнительной литературы, в том числе, в электронном варианте):
составление схем и таблиц по тексту, конспектирование текста;
выписки
из
текста;
ознакомление
с
работа
со
словарями
нормативными
и
справочниками,
документами;
учебно-
исследовательская работа; использование аудио- и видеозаписей,
компьютерной техники и Интернета и др.;
для закрепления и систематизации знаний: работа с конспектом
лекции (обработка текста); повторная работа над учебным материалом
(учебника, первоисточника, дополнительной литературы, аудио- и
видеозаписей); составление плана и тезисов ответа; составление таблиц
для систематизации учебного материала; изучение нормативных
материалов; ответы на контрольные вопросы; подготовка сообщений к
выступлению на семинаре, конференции; подготовка рефератов,
докладов; составление библиографии, тематических кроссвордов;
тестирование и др.;
для формирования умений: решение задач и упражнений по образцу;
решение вариативных задач и упражнений; решение ситуационных
производственных (профессиональных) задач; подготовка к деловым
играм; проектирование и моделирование разных видов и компонентов
профессиональной
деятельности;
рефлексивный
анализ
профессиональных умений с использованием аудио- и видеотехники и
др.
4
3.РЕКОМЕНДАЦИИ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ С
ИСТОЧНИКАМИ ИНФОРМАЦИИ
3.1. Работа с книгой (в том числе из электронных библиотек
ВлГУ и кафедры ЭтЭн)
Необходимую для учебного процесса и научных исследований
информацию Вы черпаете из книг, публикаций, периодической печати,
специальных информационных изданий и других источников. Успешному
поиску и получению необходимой информации содействуют знания основ
информатики, источников информации, составов фондов библиотек и их
размещения. Официальные документы, учебная научно-методическая и
справочная
литература,
периодические
и
информационно-
библиографические издания, бюллетени, фильмы, плакаты и схемы,
имеющиеся в колледже, составляют учебно-информационный фонд,
используемый в учебном процессе. Этот фонд непрерывно пополняется
учебниками,
учебными
пособиями
и
другой
научной
и
учебной
литературой. Чтобы быстро и умело ориентироваться в этом потоке
информации, Вы должны уметь работать с предметными каталогами
библиотеки, уметь пользоваться информационными изданиями типа
“Экспресс-информация”, “Реферативные журналы”, “Книжная летопись”, а
также автоматизированной поисковой системой и интернетом, чтобы
быстро найти нужную информацию.
Каждый студент должен уметь работать с книгой. Без этого навыка
практически
невозможно
овладеть
программным
материалом,
специальностью и успешно творчески работать после окончания учебы.
Умение работать с книгой складывается из умения быстро найти требуемый
источник (книгу, журнал, справочник), а в нем — нужные материалы; из
умения разобраться в нем, используя при этом различные способы чтения.
В чем заключается самостоятельная работа студента при работе над
источником информации? Ответ очевиден: работать самостоятельно 5
значит читать рекомендованную литературу и источники и делать записи
прочитанного с целью подготовиться к ответам на вопросы семинара,
углубить свой знания дисциплине, подготовить реферат, доклад, курсовую
работу по той или иной теме курса.
Для поиска специальной научной литературы следует использовать:
— предметные и систематические каталоги библиотек, в том числе,
электронных;
— библиографические указатели “Новая литература по электроэнергетике”;
— библиографические
журнальных статей”;
указатели
“Книжная
летопись”
и
“Летопись
— реферативные журналы поэлектроэнергетике;
— указатели опубликованных в журналах статей и материалов, которые
помещаются в последнем номере интересующего журнала за истекший год
Общепринятые правила чтения таковы:
Текст необходимо читать внимательно - т.е. возвращаться к непонятным
местам.
Текст необходимо читать тщательно - т.е. ничего не пропускать.
Текст необходимо читать сосредоточенно - т.е. думать о том, что вы
читаете.
Текст необходимо читать до логического конца - абзаца, параграфа,
раздела, главы и т.д.
3.2. Работа с интернет – ресурсами
Интернет-ресурсы – мощный источник научных статей, статистической и
аналитической информации. Их использование наряду с книгами давно уже
стало нормой. Однако, несмотря на то, что ресурсы Интернета позволяют
достаточно быстро и эффективно осуществлять поиск необходимой
информации, следует помнить о том, что эта информация может быть
6
неточной или вовсе не соответствовать действительности. В связи с этим
при поиске материала по заданной тематике следует оценивать качество
предоставляемой информации с учётом следующего:
• представляет ли она факты или является мнением?
• если информация является мнением, то целесообразно узнать о
научной репутации автора,
• имеем ли мы дело с информацией из первичного или вторичного
источника?
• когда возник ее источник?
• подтверждают ли информацию другие источники?
В первую очередь, нужно обращать внимание на собственно научные
труды признанных авторов, которые посоветовали вам преподаватели.
Нередко в Интернете выкладываются материалы конференций. Полезным
будет поискать специализированные Интернет-журналы и электронные
библиотеки. Отсутствие фамилии автора у материала и грамматические
ошибки в статье должны насторожить. Используйте подобные материалы как
вспомогательные и иллюстративные, но не как основными.
Оформление ссылок на интернет-ресурсы
Как и другие источники информации, сайты обязательно должны быть
указаны в списке использованной литератур. Согласно принятым стандартам
оформляется Интернет-источник таким образом: ссылка на ресурс (не общая
ссылка на портал, а именно на страницу с использованным текстом);
фамилия и инициалы автора; заглавие статьи, эссе или книги.
Например:
1. http://electrodiag.ru/biblio/magazines/mrs/28_480 Молчановский В. В.
Диагностика высоковольтных выключателей.
Иногда преподаватели просят указывать подобные источники отдельным
списком, после «традиционных» источников. Например, под заглавием
«Ресурсы
Интернет».
Разумеется,
сайты,
где
выложены
коллекции
7
бесплатных рефератов и готовых студенческих работ, не могут быть вписаны
как Интернет-источники. Это вторичная информация, уже переработанная
кем-то до вас. Достоверность и актуальность ее под сомнением.
4.МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ НАД
ОСНОВНЫМИ ТЕМАТИЧЕСКИМИ РАЗДЕЛАМИ КУРСА
4.1. План СРС и последовательность изучаемых тем
Традиционные методы диагностики высоковольтного оборудования – 2
и 4 недели семестра.
Интродиагностика высоковольтного оборудования – 6 неделя семестра.
Принципы мониторинга состояния высоковольтного оборудования – 8
неделя семестра.
Тепловизионное обследование высоковольтного оборудования – 10
неделя семестра.
Акустическое обследование высоковольтного оборудования – 12
неделя семестра.
Электрошумовое обследование высоковольтного оборудования – 14
неделя семестра.
Вибрационное обследование высоковольтного оборудования – 16-18
недели семестра.
4.2. Тема СРС: Традиционные методы диагностики высоковольтного
оборудования
Задачи
самостоятельной
теоретических
приобретение
знаний,
работы
приобретённых
практических
навыков
студентов:
на
анализа
лекционных
графиков
закрепление
занятиях;
регистрации
механических процессов устройствах РПН силовых трансформаторов и в
высоковольтных
выключателях
с
применением
приборов
ПКВ/М6Н,
ПКВ/М7, ПКВ/У3.
8
Краткое
описание
регулирования
ответвлений
метода
напряжения
на
обмотках
в
диагностики.
электрических
силовых
Одним
сетях
из
способов
является
трансформаторов.
выбор
Регулирование
напряжения за счет изменения числа витков при отключенной нагрузке не
обеспечивает требуемой оперативности регулирования и надёжности
электроснабжения. В связи с этим высоковольтные трансформаторы
снабжаются
специальными
коммутаторами,
обеспечивающими
переключение ответвлений обмоток без отключения нагрузки. Их принято
называть регуляторами напряжения под нагрузкой (РПН). На территории
Владимирской области около 85% силовых трансформаторов классов
35…750 кВ оборудованы устройствами РПН.
Регулятор напряжения
является одним из важных и в то же время одним из самых ненадёжных
узлов в силовом трансформаторе. К числу основных неисправностей РПН
относятся повреждения контактов из-за искрения, перегрева, оплавления и
выгорания. Выход из строя РПН приводит к аварии всего трансформатора,
который является наиболее дорогим элементом
любой электрической
подстанции.
В настоящее время в России и за рубежом диагностику РПН
осуществляют, главным образом, традиционным методом со вскрытием бака
и сливом трансформаторного масла [1]. Такой метод диагностики не отвечает
современным требованиям экологической безопасности, является ресурсо- и
энергоёмким. Возможные при этом нарушения технологии откачки и
последующей заливки масла приводят к загрязнению окружающей среды,
ухудшают свойства масла, снижают сопротивление изоляции бакелитового
цилиндра бака РПН и сопротивление изоляции обмоток трансформатора в
целом. Таким образом, разработка эффективных экологически безопасных,
ресурсо-
и
энергосберегающих,
способов
маслонаполненного высоковольтного оборудования
диагностирования
является, безусловно,
актуальной задачей. Для её решения целесообразно привлечения методов
неразрушающего
контроля
и
интродиагностики,
которые
широко
9
применяются в других отраслях техники. В данном случае интродиагностика
означает контроль комплекса параметров РПН силовых трансформаторов без
вскрытия их баков и слива масла.
В нашей стране большинство высоковольтных силовых трансформаторов
оборудовано РПН с токоограничивающими резисторами. Например, на
подстанциях Владимирэнерго около 90% трансформаторов класса 110 кВ
имеют регуляторы такого типа марок РС, РНОА и РНТА. Главным образом
это трансформаторы Тольяттинского и Запорожского трансформаторных
заводов типа ТРДН, ТДТН, ТДН и ТМН. На рис. 1 представлены основные
цепи одной из фаз силового трансформатора с РПН названного типа.
Переключающие устройства этих трансформаторов расположены на стороне
высшего напряжения, причём у нейтрали, что позволяет снизить требования
к изоляции РПН. Токоограничивающие резисторы R1 и R2, предназначенные
для снижения бросков тока, выполнены из константановой проволоки и
имеют сопротивления в пределах 1…25 Ом, в зависимости от мощности
трансформатора.
При традиционной диагностике со сливом масла стабилизированный
источник постоянного напряжения с цифровым регистратором тока
подключается между выводом нейтрали и началом регулировочной обмотки
в точке 1. В процессе переключения РПН с одной отпайки на смежную
регистрируется диаграмма изменения тока. Расчётная (идеальная) диаграмма
для исправного РПН со слитым маслом представлена на рис. 2 кривой 1.
Параметры этой кривой являются паспортными данными переключателя,
поэтому отклонения от них свидетельствуют о нарушении регулировок
контактной системы РПН.
10
Рис. 1. Основные цепи фазы трансформатора
I - бак трансформатора; II – бак РПН.
Рис. 2. Диаграммы фазного тока РПН: 1- со сливом масла; 2- интродиагностика..
11
При диагностике без вскрытия бака РПН точка 1 (рис. 1), т.е. начало
регулировочной обмотки, оказывается недоступной для подключения
источника постоянного напряжения, поэтому он подключается между
высоковольтным вводом фазы и нейтралью трансформатора. В этом случае
из-за влияния индуктивности основной обмотки фазы характер изменения
тока РПН существенно отличается от представленного кривой 1 (рис. 2).
Расчётная диаграмма тока принимает вид кривой 2. Теоретически анализ
диаграммы для определения состояния контактора РПН базируется на
очевидных свойствах этой кривой. Действительно, пять характерных
интервалов кривой соответствуют основным установившимся и переходным
режимам электрической цепи переключателя. По их продолжительности
можно определить правильность регулировки расстояний между контактами.
Например, весьма критичным является время нахождения переключателя в
положении «мост» при одновременно замкнутых дугогасительных контактах
К11 и К21. Для отечественных РПН это время не должно быть менее 9 мс. На
диаграмме его можно проконтролировать по интервалу III (t2 – t3).
Анализируя постоянные времени переходных процессов на интервалах II–V,
можно выявить недопустимые увеличения переходных сопротивлений
контактов.
На
интродиагностики
анализе
диаграмм
РПН,
переключения
разработанные
в
основаны
методы
Инженерном
центре
«Чувашэнерго» под руководством проф. Г.М. Михеева [2]. Эти методы и
соответствующая аппаратура в настоящее время начинают применяться на
подстанциях
магистральных
сетей
России
и
ряда
региональных
энергосистем.
К сожалению, достоверность интродиагностики пока существенно ниже,
чем у диагностики традиционными методами. Это в первую очередь касается
быстродействующих РПН типа РНОА, которыми оборудуются мощные
автотрансформаторы узловых подстанций. Исследования, проведённые на
РПН типа РНОА одной из фаз автотрансформатора АТДЦТН-200000/220/6,
12
показали, что упомянутые выше характерные интервалы на диаграммах
переключения РПН становятся слабовыраженными из-за влияния большой
индуктивности обмотки высокого напряжения автотрансформатора. Кроме
того, информативность диаграмм существенно снижается под влиянием
электромагнитных наводок и помех иной природы, характерных для мощных
подстанций. В ВлГУ проводятся исследования, направленные на повышение
достоверности интродиагностики высоковольтных силовых трансформаторов
[3]. Наличие компьютера в составе диагностического комплекса позволяет
перейти от детерминистского подхода в решении задачи шумоподавления к
статистическому с использованием методов оптимальной фильтрации.
Математическую
основу предлагаемого
метода повышения
измерения составляет аппарат калмановского
точности
рекуррентного оценивания.
Процедура Калмана используется для получения оптимальных оценок
приращений тока РПН.
Отличительная особенность предлагаемого метода состоит в том, что
нелинейная математическая модель, описывающая зависимость между током
РПН и индуктивностью основной обмотки фазы трансформатора заменяется
набором локальных линейных моделей. Алгоритм фильтрации Калмана
формируется для линейного участка. При последовательном переходе с
участка на участок изменяются лишь некоторые коэффициенты фильтра.
Задания для самостоятельной работы студентов.
Провести анализ графиков, представленных на рис. 1 и 2.
1
2
13
Рис. 1. График процесса отключения выключателя
силзажатыми щеками направляющего устройства.
1
2
Рис. 2. График процесса отключения выключателя
ссильнзажатыми щеками направляющего устройства.
Литература:
1. Алексеев, Б.А. Контроль состояния (диагностика) крупных силовых
трансформаторов / Б.А. Алексеев. – М.: НЦ ЭНАС. – 2002. – 169 с.
2. Михеев, Г.М. Цифровая диагностика высоковольтного оборудования /
Михеев Г.М. – М.: Изд. дом «Додэка-XXI». – 2008. – 304 с.
3. Шахнин, В.А. Принципы гибкой автоматизации неразрушающего
контроля в электроэнергетике / В.А. Шахнин // Автоматизация и
современные технологии. - 2008. - №12. - С. 27-30.
4. Овчаренко
Н.И.
Автоматизированный
анализ
состояния
высоковольтного оборудования. М.: Изд. дом МЭИ. 2009. с. 26-34.
14
4.3. Тема СРС: Принципы мониторинга состояния высоковольтного
оборудования
Задачи самостоятельной работы студентов: закрепление теоретических
знаний, приобретённых на лекционных занятиях; приобретение практических
навыков выбора и подключения средств мониторинга высоковольтных
выключателей (прибор ПКВ/М6).
Понятие мониторинга высоковольтного оборудования.
Причинами
большинства
отказов
высоковольтного
оборудования
являются либо аварийные и ненормальные режимы, либо повреждения,
связанные с постепенным развитием дефектов. Например, при ближнем
коротком замыкании в результате динамического смещение обмоток
силового трансформатора возможно межвитковое короткое замыкание и
выход
трансформатора
из
строя.
Это
мгновенный
отказ,
который
диагностическими методами не предсказывается. По статистике таких
случаев около 30%. Остальные отказы оборудования возникают в результате
сравнительно медленных процессов. Эти аварии могут быть диагностически
выявлены и предотвращены при наличии непрерывного мониторинга
оборудования. На рис. 3 представлены статистические данные вероятности
отказа трансформаторов на различных этапах жизненного цикла.
Для высоковольтного оборудования существуют около 25 методов
диагностики. Большинство методов было разработано 30-40 лет назад для
диагностики выпускавшегося в те годы оборудования. В нашей стране это
оборудование продолжает работать и в настоящее время, поэтому
традиционные методы диагностики востребованы и сейчас. Однако для
обеспечения безаварийной работы оборудования, выработавшего заводской
ресурс, необходимо постоянное наблюдение за его состоянием.
15
ВлГУ
ВЕРОЯТНОСТЬ ОТКАЗОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ
вероятность
отказа
начальный
период
эксплуатации
зона риска
с мониторингом
1
5
10
15
20
25
30
годы
Рис. 3
Это одна из причин, актуальности решения проблемы мониторинга
высоковольтного оборудования на основе новых диагностических методов.
Другая важная причина - это возросшие в последние годы требования к
надёжности систем электроснабжения, обеспечить которые в перспективе
смогут
только
гибкие
интеллектуальные
системы
электрснабжения,
неотъемлемым элементом которых являются средства мониторинга.
Например, согласно инструкции по эксплуатации трансформаторов РД
34.46.501 рекомендуемая периодичность отбора проб трансформаторного
масла для трансформаторов до 220 кВ и мощности до 180 МВА составляет не
реже 1 раза в года, для трансформаторов 110 кВ и мощности выше 180 МВА
– не реже одного раза в год и для трансформаторов 330 кВ и выше – не
реже 1 раза в полгода. Данная и подобные методики не обеспечивает
необходимого уровня контроля за состоянием изоляции, т.к. длительность
процесса её разрушения может составлять от нескольких часов до месяцев, в
зависимости от условий эксплуатации. Внедрение систем мониторинга
позволит
увеличить
срок
эксплуатации
высоковольтного
электрооборудования, создать для этого оптимальные условия и уменьшить
16
стоимость ремонтных работ, что позволит сэкономить существенные
денежные ресурсы. По оценкам специалистов к 2020 г. около 67%
эксплуатируемого в России высоковольтного оборудования должно быть
снабжено системами мониторинга (рис. 4).
С учётом этого в «Положении о технической политике ФСК ЕЭС на
период
2006 – 2016 г.г.» (раздел « Диагностика и мониторинг
оборудования»)
намечено
проведение
следующих
мероприятий
по
совершенствованию систем диагностики высоковольтного оборудования:
внедрение
прогрессивных
методов
и
средств
диагностики
и
мониторинга основного оборудования;
внедрение единых (интегрированных в АСУ ТП) информационнодиагностических систем для получения оперативного доступа к
информации о состоянии оборудования;
диагностика состояния оборудования и мониторинг преимущественно
без отключения напряжения;
поставка новых высоковольтных коммутационных устройств, уже
оснащённых элементами мониторинга и диагностики под рабочим
напряжением;
оснащение, находящихся в эксплуатации воздушных выключателей
330 кВ и выше, системами мониторинга и диагностики под рабочим
напряжением в рамках целевой программы;
внедрение средств мониторинга основных и резервных источников
питания собственных нужд подстанций;
внедрение средств диагностики аккумуляторных батарей.
Согласно ГОСТ Р 53564-2009, система мониторинга (состояния
оборудования) – совокупность процедур и процессов, реализованных с
использованием диагностической сети, позволяющая по результатам
измерений заданных параметров в заданных точках и наблюдений за
17
работой оборудования получить информацию о текущем техническом
состоянии оборудования, опасностях и рисках, связанных с его
применением, требуемых действиях обслуживающего персонала и
другие
сведения,
необходимые
для
реализации
установленных
предупреждающих мер.
Очевидно, что применение для мониторинга традиционных методов
диагностики весьма проблематично по целому ряду причин (см. рис. 5).
Основой мониторинга должны стать современные методы интродиагностики
(рис. 4, 5).
ВлГУ
Перспективы развития диагностики
(по исследованиям ВЭИ и НПО«Спектр»)
6
■
■
■
мониторинг с помощью методов интродиагностики
периодический контроль параметров трансформаторного
оборудования под напряжением, в том числе с применением
средств интродиагностики.
периодический контроль параметров трансформаторного
оборудования со снятием напряжения и разборкой оборудования
Рис. 4
18
ВлГУ
НИЗКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СУЩЕСТВУЮЩИХ
СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ
•
Методы диагностики были разработаны 30 – 40 лет
назад под дефекты выпускавшегося в то время
оборудования
•
Контроль состояния в основном на отключенном
оборудовании в разобранном состоянии
•
Устаревшая техническая база диагностических служб и
лабораторий
•
Устаревшая нормативная база (РД 34.45-51.300-97)
•
Невозможность использования для мониторинга
оборудования.
Рис. 5
Наиболее важными достоинствами этих методов являются:
возможность
диагностики
изготовленного
с
высоковольтного
применением
электротехнических
новых
оборудования,
технологий
и
новых
материалов (газовая изоляция, аморфные
ферромагнетики, новые типы обмоток и т.п.);
низкая
или
быстро
снижающаяся
стоимость
периферийного
оборудования (в первую очередь, датчиков) систем мониторинга;
возможность цифровой обработки диагностической информации с
выделением
полезного
сигнала
на
фоне
помех
работающей
подстанции.
19
ВлГУ
ИНТРОДИАГНОСТИКА
ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Интродиагностика
–
это
неразрушающий
контроль
(без
вскрытия
баков
и
слива
диэлектрических жидкостей) комплекса параметров,
характеризующих
состояние
высоковольтных
аппаратов, для предотвращения повреждений и
ненормальных режимов их функционирования.
Актуальность интродиагностики определяется
практической потребностью электроэнергетики в
энерго- и ресурсосберегающих диагностических
технологиях и средствах их реализации.
Рис. 6
ВлГУ
МЕТОДЫ ИНТРОДИАГНОСТИКИ,
ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА
•
тепловизионный;
•
вибрационный ;
•
хроматографический анализ растворённых газов (ХАРГ);
•
акустический;
•
электрошумовой;
•
магнитный;
•
СВЧ – контроль;
•
на основе анализа токов коммутации;
Рис. 7
20
Задания для самостоятельной работы студентов.
Провести анализ графиков, представленных на рис. 8 и 9.
Рис. 8. График зависимости хода от времени.
Рис. 9. График зависимости скорости от времени
21
Литература: Овчаренко Н.И. Автоматизированный анализ состояния
высоковольтного оборудования. М.: Изд. дом МЭИ. 2009. с. 122-149.
4.4. Тема СРС: Тепловизионное обследование высоковольтного
оборудования
Задачи самостоятельной работы студентов: закрепление теоретических
знаний, приобретённых на лекционных занятиях; приобретение практических
навыков выбора диагностической аппаратуры и расшифровки термограмм.
Физические основы метода. Диагностическая аппаратура.
Тепловизионное
обследование
основывается
на
регистрации
инфракрасного излучения от нагретых элементов электрооборудования.
— электромагнитное излучение, занимающее
спектральную область между красным концом видимого света (с длиной
волны[1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм ).
Тепловизионное
обследование
электротехнического
оборудования
проводится с помощью инфракрасных приборов – тепловизоров, пирометров,
линейных сканеров. С помощью этих приборов можно наблюдать
распределение температуры по поверхности, измерять ее значения в каждой
точке
объекта,
компонентов,
перегрев
обнаруживать
(THERMOVISION)
обработки
выявлять
механических
излишние
потери
и
электрических
тепла.
Тепловизоры
– представляют собой систему формирования и
термоизображений
в
реальном
масштабе
времени.
Они
предназначены для измерения температур и анализа меняющихся и
статических картин теплового состояния объектов. С помощью вертикальной
и горизонтальной разверток система преобразует инфракрасное излучение
объекта в электронный видеосигнал, подобный телевизионному.
22
Тепловизоры
(THERMOVISION)
–
представляют
собой
систему
формирования и обработки термоизображений в реальном масштабе времени
(рис. 7. 1 и 7.2).
Тепловизор. Простейшая схема
Тепловизор - это оптикооптико-электронная система,
система, предназначенная
для
получения видимого изображения объектов,
объектов, испускающих
невидимое тепловое (инфракрасное)
инфракрасное) излучение.
излучение.
Рис. 10
Тепловизоры
предназначены
для
измерения
температур
и
анализа
меняющихся и статических картин теплового состояния объектов. С
помощью вертикальной и горизонтальной разверток система преобразует
инфракрасное излучение объекта в электронный видеосигнал, подобный
телевизионному.
Приборы
имеют
автономное
компактное
питание,
защищены от ударов, вибраций, пыли, влаги, магнитных полей. С помощью
встроенного
компьютера
можно
провести
анализ
термоизображений
непосредственно на месте обследования, записать их на дискету или на
видеомагнитофон.
23
ThermaCAM PM695
Технические характеристики:
характеристики:
Детектор - матричный неохлаждаемый
микроболометр 3-го поколения 320 х 240
элементов
Спектральный диапазон - 7,57,5-13 мкм
Температурная чувствительность - 0,1°
0,1°C
Диапазон измеряемых температур:
температур:
от -40°
40°C до 500°
500°C,
Рис. 11
При помощи имеющихся программ термоизображения могут весьма
подробно анализироваться на стандартном компьютере. Сменная оптика и
дополнительные
принадлежности
позволяют
перекрывать
диапазон
применений от термосканирования малых объектов на большом удалении до
обследования больших участков с близкого расстояния.
Пирометры (THERRMOPOINT) – это инфракрасные приборы для
дистанционного измерения температуры в точке. Существует два типа
пирометров: ручные – для разовых обследований и стационарные – для
контроля технологических процессов. Многообразие моделей (около 500)
позволяет без труда выбрать необходимую модификацию для конкретных
применений.
Линейные
сканеры
(THERMOPROFILE)
–
это
стационарно
устанавливаемые линейные сканеры, предназначенные для получения
непрерывного теплового изображения движущихся объектов, например,
вращающихся печей. Полное тепловое изображение получается путем
непрерывного сканирования узким лучом в плоскости, перпендикулярной
направлению движения или вращения объекта.
24
Опыт проведения ИК-диагностики силовых трансформаторов показал, что
можно выявить с ее помощью следующие неисправности:
- возникновение магнитных полей рассеяния в трансформаторе за счет
нарушения изоляции отдельных элементов магнитопровода (консоли,
шпильки и т.п.);
- нарушение в работе охлаждающих систем (маслонасосы, фильтры,
вентиляторы и т.п.) и оценка их эффективности;
- изменение внутренней циркуляции масла в баке трансформатора
(образование
застойных
зон)
в
результате
шламообразования,
конструктивных просчетов, разбухания или смещения изоляции обмоток
(особенно у трансформаторов с большим сроком службы);
- нагревы внутренних контактных соединений обмоток НН с выводами
трансформатора;
- витковое замыкание в обмотках встроенных трансформаторов тока;
- ухудшение контакной системы некоторых исполнений РПН и т.п.
Тепловизионное обследование является одним из наиболее эффективных
способов диагностики высоковольтного электрооборудования (рис. 12 и 13).
Достоинства и преимущества метода
Тепловизионная диагностика обладает огромным потенциалом
для оценки состояния высоковольтного оборудования.
оборудования.
Она выявляет дефекты на самой ранней стадии их развития,
развития, что
позволяет планировать объемы и сроки ремонта оборудования по
его фактическому состоянию.
состоянию. Особая ценность тепловидения в
том,
том,
что диагностика осуществляется без вывода оборудования из
работы.
работы.
Рис.12
25
Достоинства и преимущества метода
-Достоверность, объективность и точность получаемых
сведений
-Безопасность персонала при проведении обследования
оборудования
- Не требуется отключение оборудования
- Не требуется подготовки рабочего места
- Большой объём выполняемых работ за единицу времени
-Возможность определение дефектов на ранней стадии
развития
- Малые трудозатраты на производство измерений
Рис. 13
При его проведении существенное значение имеет выявление и устранение
систематических и случайных погрешностей, оказывающих влияние на
результаты измерения.
Систематические погрешности заключены в конструкции измерительного
прибора,
а
также
зависят
от
его
выбора
в соответствии с
требованиями к совершенству измерения (разрешающей способности, поля
зрения и т.п.).
Случайными
контроля,
погрешностями,
могут
являться:
возникающими
воздействие
при
солнечной
проведении
радиации,
ИКвыбор
излучательной способности и др.
Ниже рассмотрены виды погрешностей, возникающие при ИК-контроле
электрооборудования, и способы их устранения.
Влияние излучательной способности.
Излучательная способность (или коэффициент излучения) связан со
способность поверхности материала испускать лучистую энергию. Все
материалы имеют коэффициент излучения от 0 до 1. Коэффициент излучения
материала в общем виде зависит от длины волны, угла наблюдения
26
поверхности контролируемого объекта и температуры. Для металлов
коэффициенты излучения постоянны в интервале углов наблюдения (0-40)
градусов, для диэлектриков - в интервале углов (0-60) градусов. За пределами
этих значений коэффициент излучения быстро уменьшается до нуля при
направлении наблюдения по касательной. Так, при длине волны излучения
10 мкм при наблюдении по нормали вода близка к абсолютно черному телу, а
при наблюдении по касательной становится зеркалом Е = 0.
Солнечное излучение.
Солнечная радиация нагревает контролируемый объект, а также при
наличии участков (узлов) с хорошей отражательной способностью создает
впечатление о наличии высоких температур в местах измерения. Эти явления
особенно проявляются при использовании ИК-приборов со спектральным
диапазоном 2-5 мкм. Для исключения влияния солнечной радиации
рекомендуется
осуществлять
ИК-контроль
в
ночное
время
суток
(предпочтительно после полуночи) или в облачную погоду. При острой
необходимости измерение в электроустановках при солнечной погоде
рекомендуется производить для каждого объекта поочередно из нескольких
диаметрально противоположных точек.
Ветер.
Если
ИК-контроль
осуществляется
на
открытом
воздухе,
необходимо принимать во внимание возможность охлаждения ветром
контролируемого объекта (контактного соединения). Так, превышение
температуры, измеренное при скорости ветра 5 м/с, будет примерно в два
раза ниже, нежели измеренное при скорости ветра 1 м/с.
Нагрузка.
Температура токоведущего узла (контактного соединения) зависит от
нагрузки и прямо пропорциональна квадрату тока, проходящего через
контролируемый участок. Поэтому измерения целесообразно производить
при максимумах нагрузки.
Тепловая инерция.
27
При переменной токовой нагрузке приходится считаться с тепловой
инерцией контролируемого объекта. Так, тепловая постоянная времени для
контактных узлов аппаратов составляет порядка 20-30 мин, поэтому при
определении тока нагрузки по амперметру контролируемого присоединения
не следует учитывать кратковременные "броски" тока, связанные с
коммутационными процессами или режимом работы потребителя.
Дождь и снег.
Дождь, туман, мокрый снег в значительной степени охлаждают
поверхность
объекта,
измеряемого
с
помощью
ИК-прибора,
и
в
определенной мере рассеивают инфракрасное излучение каплями воды; ИКконтроль допускается проводить при небольшом снегопаде с сухим снегом
или легком моросящем дождике.
Магнитные поля.
При работе с ИК-приборами вблизи шин генераторного напряжения,
реакторов и вообще в электроустановках с большими рабочими токами
приходится сталкиваться с проблемой защиты ИК-прибора от влияния
магнитного поля. Последнее вызывает искажение картины теплового поля
объекта на кинескопе тепловизора или нарушает работу радиационного
пирометра.
Тепловое отражение.
В ряде случаев, особенно при ИК-контроле токоведущих частей,
расположенных в небольших замкнутых объемах (например, в КРУ или
КРУН), приходится сталкиваться с возможностью получения ошибочных
результатов из-за теплового отражения от нагревательных элементов, ламп
освещения, соседних фаз и др. Последнее проявляется при контроле
токоведущей части с малым коэффициентом излучения, обладающей
хорошей отражательной способностью. В результате термографическая
съемка может показать горячую точку (пятно), хотя в действительности это
просто тепловое отражение. Поэтому рекомендуется в подобных случаях
производить ИК-обследование объекта под различными углами зрения и
28
изменением местоположения оператора с ИК-прибором. При необходимости
на время измерения отключается освещение объекта и т.п.
Нагрев индукционными токами.
В токоведущих частях электроустановок, обтекаемых значительными
токами (например, шины генераторного напряжения), зачастую наблюдаются
нагревы, обусловленные индукционными токами, циркулирующими в
магнитных материалах. В качестве последних в токоведущих шинах могут
быть пластины шинодержателей, крепежные болты, близко расположенные
металлоконструкции и т.п. Нагревы от индукционных токов, если они
расположены вблизи контактных соединений, могут создавать ложное
впечатление о перегреве последних.
Влияние дальности ИК-контроля.
Существенное
значение
при
ИК-контроле
имеет
расстояние
до
контролируемого объекта ввиду рассеяния и поглощения ИК-излучения в
атмосфере за счет тумана, снега и других факторов. Особенно это влияние
сказывается при использовании тепловизоров, работающих в спектральном
диапазоне 2-5 мкм. При использовании пирометров необходимо, чтобы
площадь
наблюдения
по
возможности
соответствовала
площади
контролируемого объекта. В противном случае на результаты измерения
будет оказывать влияние температура окружающей среды.
В табл. 1 приведены области тепловизионного обследования силовых
трансформаторов. На рис. 14 - 17 представлены результаты тепловизионного
обследования различных видов высоковольтного оборудования.
29
Таблица 1.
Области тепловизионного обследования силовых трансформаторов.
Операция при ИК-контроле
Применяемы
е приборы
Измерение аномальных
перегревов на поповерхности бака
Тепловизор
Объем получаемой информации
Определение зоны и места возможного
дефекта в магнитопроводе трансформатора
трансформатора
Определение
Пирометр
Определение температуры на поверхности
работоспособности:
контролируемых узлов трансформатора
-термосифонного фильтра;
- маслонасосов и вентиляторов
системы охлаждения
Определение нагрева контактора Тепловизор
РПН
Определение проходимости
труб радиаторов системы охлаждения
Определение места нагрева с измерением
температуры на поверхности контактора
Тепловизор
По значению и характеру изменения
температуры определяется внутреннее состояние
труб радиаторов
Измерение температуры
внешних контаконтактных
соединений
30
ВЧ заградитель ВЛ 110 кВ
Вязники-Илевники
ОПИСАНИЕ:
Нагрев верхнего
аппаратного
зажима
Избыточная
температура
23,2
Рис.14.
Батареи статических конденсаторов
110 кВ
Описание: Повышенный нагрев контактных соединений, правый ряд, седьмой блок
банок
от ТН. Соединений наконечников проводников с выводами банок: 1-й, 3-й и 5-й слева
в верхнем ряду.
Рис.15
31
АТ-1 500 кВ, фильтр 1-го охладителя
ОПИСАНИЕ:
- Затруднен проток масла сквозь фильтр. Возможная причина засор.
Рис.16
Предохранитель и рубильник 0,4 кВ
ОПИСАНИЕ:
- повышенный нагрев
нижнего контакта
рубильника.
-повышенный нагрев
верхней контактной
части предохранителя.
Рис.17
32
Задание для самостоятельной работы студентов.
Провести расшифровку термограмм, представленных на рис. 18 и 19.
Рис. 18.
33
Рис. 19.
Литература:
Савин
В.А.
Тепловизионный
анализ
состояния
высоковольтного оборудования. М.: Изд. дом «ДОДЭКА». 2010. с. 77-89.
34
4.5. Тема СРС: Акустическое обследование высоковольтного
оборудования.
Задачи самостоятельной работы студентов: закрепление теоретических
знаний, приобретённых на лекционных занятиях; приобретение практических
навыков работы с диагностической аппаратурой, установки датчиков и
расшифровки результатов акустического обследования.
Краткое описание метода диагностики.
Акустические сигналы вблизи высоковольтного являются весьма важными
носителями диагностической информации, т. к. их источниками служат процессы
разнообразной физической природы в различных элементах оборудования.
Акустическими сигналами сопровождаются частичные разряды в изоляции,
виброудары незакрепленных деталей на трансформаторе, корона в воздухе на
вводах, вибрации магнитопровода и обмоток, вращение деталей вентиляторов и
маслонасов. Идентификация дефектов проводится по амплитуде, показателям
стабильности акустических сигналов, особенностям их частотного спектра, с
помощью их привязки к фазе напряжения. Например, сигналы от разрядов
имеют высокочастотный спектр, возникают дважды за период сетевого
напряжения, нестабильны по амплитуде, коротки по длительности. Спектр
акустического сигнала определялся с помощью программы, прилагаемой к
специализированному цифровому осциллографу путем прямого цифрового
преобразования Фурье.
Перед проведением акустического обследования производится разметка зон, на
которых проводятся измерения (рис. 20). В качестве примера приведем выдержки
из отчёта об акустическом обследовании автотрансформатора АОДЦТН417000/750/500-У1
подстанции
«Владимирская-750»
Волго-Окского
предприятия магистральных электрических сетей, выполненного ОАО
«Электросетьсервис ЕНЭС».
35
а)
Рис. 20. Разметка бака трансформатора на зоны: а - сторона ВН; б - торец под
расширителем.
36
При акустическом обследовании обнаружены зоны с повышенным уровнем
акустической активности. В табл. 2 приведены амплитуды наибольших
обнаруженных акустических сигналов при выключенных маслонасосах №№ 1-3.
Таблица 2.
Результаты измерений акустической активности
Сектор-высота
Уровень сигнала, мВ (Па)
в режиме нагрузки
3 (0,08)
4(0,1)
4(0,1)
4(0,1)
4(0,1)
Характер сигнала
Механический, Гтах= 10 кГц
Механический, Гтах= 29 кГц
Электрический, Гтах= 30-103
Элекгрический, Гтах= 55-120
кГцГтах= 60-1 14
Электрический,
кГц
кГц установленного
На рис. 21 приведена осциллограмма сигналов датчика,
8 (IV)
11 (IV)
12 (IV)
13 (Ш)
14 (Ш)
напротив нижней части ввода 500 кВ (сектор 13, уровень Ш). На рис. 22
приведен спектр сигналов в области между красной и синей вертикальной
линиями рис. 21.
Спектр сигнала имеет максимальную амплитуду Аш на частоте 108 кГц.
Ат на частоте 108 кГц на рис. 22 принимается за 0 дб, остальные амплитуды
переводятся из милливольт в децибелы по формуле: А; = 20 1§ [А^ / Ат]. Спектр
высокочастотный и повторяет частотную характеристику датчика. Источником
сигнала являются электрические разряды незначительной интенсивности.
37
Амплитуда сигнала с датчика порядка 4 мВ в обычных трансформаторах (110220 кВ) соответствует разрядам порядка 100 пКл. Такие разряды не опасны для
изоляции. Бак данного трансформатора имеет более значительные размеры, чем
баки трансформаторов меньшего класса напряжения. Поэтому звук разрядных
процессов может затухать значительнее, и можно ошибиться в оценке
опасности разрядов. Осциллограмма звука (рис. 21) не содержит выраженных
импульсов с резкими вступлениями, что указывает на значительную
реверберацию (отражения) по пути от источника к точке регистрации. Нельзя
исключать, что сигналы приходят из глубины обмотки.
Рис. 21. Осциллограмма акустического сигнала с поверхности бака трансформатора в
секторе 13-III: чувствительность - 10 мВ/дел, развертка 4 мс/дел
50
100
150
Рис. 22. Спектр акустического сигнала, зафиксированного в секторе 13-Ш
На рис. 23 приведена осциллограмма сигналов датчика, установленного
на корпусе маслонасоса №3. На рис. 24 приведен спектр сигналов в области
между красной и синей вертикальной линиями рис. 23. Спектр сигнала имеет
максимальную амплитуду Ат на частоте 25 кГц. Ат на частоте 25 кГц на рис. 24
38
принимается за 0 дб, остальные амплитуды переводятся из милливольт в децибелы
по формуле:
АL = 20 lg [А / Ат].
Спектр низкочастотный и не повторяет частотную характеристику датчика.
Источником сигнала являются изношенные шарики подшипников. Амплитуда
сигнала с датчика порядка 2 В соответствует недопустимому износу. Такие
подшипники требуют ремонта, так как металлическая пыль от шариков оседает
на изоляции. Так же изношены подшипники маслонасосов №1 и №2. Насос №4
был выключен и не проверялся.
Рис. 23. Осциллограмма акустического сигнала на корпусе маслонасоса № 3,
чувствительность - 500 мВ/дел, развертка 4 мс/дел
, кГц
50
100
150
Рис. 24. Спектр акустического сигнала, зафиксированного на корпусе.
В
результате
акустического
обследования
в
активной
части
автотрансформатора АТ-7 фазы В ПС «Владимирская-750» обнаружены
источники электрических разрядов в районе ввода 500 кВ. Сигналы имеют
39
невысокую интенсивность, однако, в связи с большими размерами
трансформатора, не следует исключать наличия дефекта внутри обмотки.
Задания для самостоятельной работы студентов.
Руководствуясь рис. 25, разработать методику установка акустических
датчиков ДП21 и ДП12 на выключателях следующих марок МКП-220, У-220,
МКП-110, У-110, ВМО-35, МКП-35, С-35, У-35.
Токовые
клещи
Привод
выключателя
Солено
ид
включе
ния
+100V
-100V
Датчик
ДП12
Катуш
ка
контак
электрома
тора
солено
Э.
Э.
гнита
ида
От
Вк
включе
кл
л
отключен
ния
Катушка
Общ
ия
Ноу
тбук
Блок
конта
ктов
+100V
-100V
~220V
Фаз
а+
Об
щ-
Переход
ник
кабеля
питания
Рис. 25. Типовая схема размещения
датчиковдатчиков на масляном
выключателе
Литература: Савин В.А. Акустическая диагностика высоковольтного
оборудования. М.: Изд. дом «ДОДЭКА» 2011. с. 170-184.
40
4.6. Тема СРС: Электрошумовое обследование высоковольтного
оборудования.
Задачи самостоятельной работы студентов: закрепление теоретических
знаний, приобретённых на лекционных занятиях; приобретение практических
навыков
обеспечения
помехоустойчивости
диагностики
на
основе
применения вейвлет-преобразования.
Краткое описание метода диагностики.
Эффективность перехода от концепции регламентных ремонтов к более
ресурсо- и энергосберегающей концепции обслуживания на основе оценки
текущего технического состояния в значительной мере определяется
возможностями применяемых методов и средств интродиагностики. Термин
«интродиагностика»
для
высоковольтного
оборудования
означает
неразрушающий (т.е. без вскрытия баков и слива диэлектрических
жидкостей) контроль комплекса параметров, характеризующих состояние
высоковольтных
аппаратов,
для
предотвращения
повреждений
и
ненормальных режимов их функционирования. Безусловно, наиболее
перспективны методы интродиагностики под рабочим напряжением без
вывода
оборудования
электрошумовые
из
эксплуатации.
методы,
позволяющие
К
их
числу
обнаружить
относятся
локальные
быстроразвивающиеся дефекты. Физической основой большой группы
электрошумовых
методов
являются
частичные
разряды
(ЧР),
т.е.
микропробои в диапазоне от десятых долей до десятков нанокулон,
перекрывающие лишь небольшую часть изоляции. Процесс возникновения
частичных разрядов является результатом действия множества факторов и
носит
случайный
характер,
что
позволяет
отнести
метод
ЧР
к
электрошумовым.
41
Значения параметров
эксплуатации
ЧР и, в особенности, их изменения в ходе
высоковольтного
оборудования,
являются
важными
диагностическими признаками состояния различных видов изоляции, в том
числе и самой современной – элегагазовой.
Изоляция высоковольтного оборудования имеет неоднородную структуру,
обусловленную
применением
электроизоляционных
материалов
с
различными диэлектрическими свойствами или внесением включений,
имеющих свойства, отличающиеся от таковых основной изоляции. Различия
в
диэлектрических
свойствах
(диэлектрической
проницаемости)
обуславливают перераспределение электрического поля и образование
участков изоляции с повышенной напряжённостью. Неоднородность
изоляции вызывает неоднородность электрического поля. На повышение
напряжённости
поля
также
влияют
острые
кромки
электродов
высоковольтных конструкций.
Классическая схема перераспределения напряжённости электрического
поля в изоляции, состоящей из диэлектриков с различными свойствами,
представлена ниже на рис. 26.
Рис.
Образец
26.
состоящей
из
изоляции,
двух
слоёв
диэлектриков.
Приложенное
к образцу переменное напряжение U перераспределяется
между слоями в соответствии с их толщиной и
диэлектрическими
свойствами.
42
Поскольку
образование
разрядов
в
изоляции
определяется
напряжённостью поля, то целесообразно определить этот параметр в каждом
слое. В самом общем виде напряжённости поля можно выразить следующим
образом
1
2
1
1
1
Ecp ;
2
E1
1
2
E2
Ecp
1
2
, где
Ecp
U/
.
1
1
2
1
2
2
Для случая, когда Δ
1
много меньше Δ2 , справедливо
E1
2
Ecp
и
1
E2
1
2
Ecp
.
Следовательно, чем меньше отношение
поля Ê Å , где
ÊÅ
Å1 / Åñð ,
1
/
2
, тем больше неоднородность
и Å1 будет больше отличаться от
Åñð .
Таким образом, роль диэлектриков с различными характеристиками в
электроизоляционной
неоднородностей
системе
чрезвычайно
электрического
поля.
важна
для
Неоднородность
образования
изоляции
определяется её структурой, которая имеет свои особенности у каждого типа
оборудования.
Задания для самостоятельной работы студентов.
Разработать алгоритм обработки электрошумового сигнала диагностики
силового трансформатора.
Литература: Фалин Ю.М. Интеллектуальные системы анализа и управления
в системах электроснабжения. М.: Изд. дом «ДОДЭКА». 2009. с. 54-67.
4.7. Тема СРС: Вибрационное обследование высоковольтного
оборудования.
43
Задачи самостоятельной работы студентов: закрепление теоретических
знаний, приобретённых на лекционных занятиях; приобретение практических
навыков выбора аппаратуры и методики вибрационного обследования
высоковольтного автотрансформатора.
Краткое описание метода диагностики.
Вибродиагностика
высоковольтного
широко
применяется
оборудования,
причём,
для
оценки
состояния
в
первую
очередь,
трансформаторного. Вибрация элементов характеризует одновременно целый
комплекс эксплуатационных показателей трансформаторов: параметры
циклических
электрических
и
механических
нагрузок,
параметры
резонансных режимов работы различных деталей, степень износа особо
напряженных элементов и т. д. В настоящее время вибродиагностика
проводится в процессе комплексного обследования оборудования с заданной
периодичностью, что позволяет контролировать вибрационное состояние
оборудования на текущий момент. Вибрационная диагностика обеспечивает
контроль
состояния
наиболее
уязвимых
и,
как
правило,
наиболее
дорогостоящих элементов высоковольтного оборудования. Перспективно
применение вибродиагностики для мониторинга.
Современный силовой трансформатор, как динамически сложная
система, имеет сплошной спектр вибрации с отдельными дискретными
выбросами в диапазоне частот до 5000 Гц. Дискретные частотные
составляющие спектра вибрации обусловливаются конкретными, сильными
источниками
возбуждения
электрического,
механического,
гидродинамического и аэродинамического происхождения. Изучение спектра
вибрации включает спектральный анализ частоты и уровня дискретных
составляющих, выявление их принадлежности к определенным элементам
трансформатора, установление причин возбуждения и закономерности
изменения параметров вибрации.
Основными причинами вибрации силовых трансформаторов являются:
44
-
магнитопроводы;
-
обмотки;
-
электродвигатели маслонасосов и вентиляторов;
-
вентиляторы;
-
маслонасосы;
-
шлейфы трубопровода, сопряженные с маслонасосами.
В качестве примера приведем выдержки из отчёта о вибрационном
обследовании
автотрансформатора
АТДЦТН-250000/500/110-78У1
подстанции «РАДУГА-500» Волго-Окского предприятия магистральных
электрических сетей, выполненного ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС» .
Обследование вибрационного состояния элементов активной части
трансформатора
проводилось
виброметром
«Диана-2М».
Обработка
результатов
проводилась с использованием экспертной системы диагностики качества
прессовки активных материалов маслонаполненных трансформаторов по
вибропараметрам “ВЕСТА 3” фирмы “Вибро-Центр”.
При проведении обследования учитывалось:
1. Нагрузка объекта на момент обследования - 48%.
2. Технические параметры объекта измерения.
3. Конструкционные особенности объекта измерения:
-
магнитопровод
шихтованный
из
имеет
трехстержневую
отдельных
листов
конструкцию,
однорамный,
электротехнической
стали
с
изоляционным покрытием;
- стяжка стержней осуществляется бандажами из стеклоленты, а ярем – с
помощью ярмовых балок и стальных полубандажей. Ярмовые балки
представляют собой сварную металлическую конструкцию образного
профиля с усиливающими ребрами. Верхние и нижние ярмовые балки
соединены между собой вертикальными пластинами. В местах соединения
имеются клиновые устройства, позволяющие выбирать зазоры в узлах
соединения ярмовых балок с пластинами;
45
-обмотки автотрансформатора располагаются на стержне концентрически.
Расположение обмоток от стержня – НН – ОО – ПО – РО. Для придания
большей механической прочности снаружи обмотка РО стягивается
бандажами из стеклоленты, бандажи накладываются на полосы из
электрокартона. Изоляция между соседними обмотками – маслобарьерного
типа.
4. Температура воздуха и масла на момент обследования. Тв=+22°С.
Твсм=60°С.
А. Измерение уровня вибрации на стенке бака автотрансформатора
Описание
работы:
мысленно
производится
разметка
бака
автотрансформатора, при этом поверхность по высоте делится на два уровня:
уровень верха обмотки и уровень низа обмотки. По периметру бак
автотрансформатора разбивается на сектора. Отсчет номеров секторов
проводится от левого сектора на стороне ВН трансформатора (фаза А) в
сторону фазы С и далее против часовой стрелки. Таким образом бак АТ-2
поделился на 6 секторов.
В табл. 4 приведены среднеквадратические значения виброскорости
V(мм/с) и виброперемещений S(мкм) в этих секторах по двум уровням (верхниз).
Таблица 4.
Фаза Обмотка
А
ВН верх
А
ВН низ
В
ВН верх
В
ВН низ
С
ВН верх
С
ВН низ
С
НН верх
С
НН низ
V
8,0
9,5
7,8
10,1
11,3
7,8
13,7
19,1
S
8,688
16,9537
15,9689
15,8493
10,8469
15,5271
25,4085
39,713
Эти данные получены на основе обработки результатов эксперимента,
графически представленных на рис. 27.
46
А)
Г)
Б)
Д)
В)
Е)
Рис. 27.
По
данным
ряда
организаций,
выполняющих
диагностические
обследования, нормально работающий трансформатор характеризуется
следующими значениями вибрационных параметров:
ускорение – ниже 10 м/с2;
виброскорость – ниже 20 мм/с;
виброперемещение – 100 мкм.
Заключение: Повышенная вибрация бака автотрансформатора, в точке С НН
низ значение СКЗ практически равно предельно допустимому.
Задания для самостоятельной работы студентов.
47
Оценить
состояние
маслонасоса
трансформатора
по
результатам
вибродиагностики, представленным на рис. 28.
Результаты измерения виброскорости (мм/с) для маслонасосов в точках 15:
Рис. 28. Маслонасос № 1
Направление / точки
Вертикальное
Поперечное
Осевое
1
2,4000
3,3000
1,5000
2
2,3000
2,2000
1,7000
3
1,5000
-
4
-
5
-
Литература: Фалин Ю.М. Интеллектуальные системы анализа и управления
в системах электроснабжения. М.: Изд. дом «ДОДЭКА». 2009. с. 94-116.
48