Мероприятия по предотвращению отказов опорной изоляции экранированных генераторных токопроводов

Page 1
background image

Page 2
background image

104

Мероприятия по предотвращению 
отказов опорной изоляции 
экранированных генераторных 
токопроводов

УДК 621.315.623

Ивановский

 

Д

.

А

.,

главный специалист Службы 

сопровождения рынков АО «СО ЕЭС»

Нагай

 

В

.

И

.,

д.т.н., профессор, заведующий 

кафедрой «Электрические станции 

и электроэнергетические системы» 

ФГБОУ ВО «Южно-Российский 

государственный политехнический 

университет (НПИ) им. М.И. Платова»

Одной

 

из

 

причин

 

аварийных

 

отключений

 

генерирующих

 

блоков

 

электростанции

 

явля

-

ется

 

отказ

 

генераторных

 

токопроводов

 

вследствие

 

различных

 

повреждений

 

опорной

 

изоляции

 

фаз

 

токопровода

Среди

 

наиболее

 

частых

 

повреждений

 

стоит

 

отметить

 

пере

-

крытия

 

изоляторов

 

вследствие

 

их

 

загрязнения

пробои

 

из

-

за

 

нарушения

 

изоляционной

 

части

разрушения

 

в

 

результате

 

воздействия

 

частичных

 

разрядов

электротепловой

 

про

-

бой

Доказано

что

 

изменение

 

свойств

 

опорной

 

изоляции

 

и

 

ее

 

разрушение

 

в

 

процессе

эксплуатации

 

является

 

результатом

 

комплексного

 

воздействия

 

различных

 

внешних

 

факторов

электрического

 

поля

температуры

 

и

 

увлажнения

при

 

этом

 

интенсивность

 

воздействия

 

каждого

 

фактора

 

может

 

быть

 

различной

Опыт

 

эксплуатации

 

показывает

что

 

время

затраченное

 

на

 

поиск

 

и

 

замену

 

поврежденных

 

изоляторов

может

 

составлять

 

от

 

трех

 

до

 

пяти

 

суток

а

 

общее

 

количество

 

изоляторов

 

может

 

достигать

 1000 

штук

Дан

-

ное

 

обстоятельство

 

влечет

 

значительные

 

экономические

 

издержки

 

для

 

электростанций

работающих

 

на

 

оптовом

 

рынке

 

электроэнергии

 

и

 

мощности

В

 

связи

 

с

 

этим

 

актуальность

 

представляют

 

вопросы

 

выявления

 

опорной

 

изоляции

 

с

 

начальной

 

стадией

 

развития

 

дефекта

 

и

как

 

следствие

повышения

 

надежности

 

эксплуатации

 

и

 

обеспечения

 

беспере

-

бойности

 

выдачи

 

электроэнергии

.

Ключевые

 

слова

:

диагностика опорной изоляции 

токопроводов, отказ опорной 

изоляции

ВВЕДЕНИЕ

Экранированные генераторные токопроводы (далее — токопрово-

ды)  предназначены  для  электрического  соединения  генераторов 

свыше 60 МВт с блочными трансформаторами, трансформаторами 

собственных нужд, а также для соединения нулевых выводов гене-

раторов и состоят из шин, изоляторов, ответвительных устройств, 

поддерживающих и опорных конструкций, защитных кожухов (обо-

лочек или экранов) и других элементов.

В  связи  с  тем,  что  токопроводы  являются  нерезервируемыми 

элементами  и  их  отказ  приводит  к  отключению  блока  генератор-

трансформатор,  к  ним  предъявляются  повышенные  требования 

в области надежности эксплуатации [1].

Однако  в  комплексе  противоаварийных  работ,  проводимых  на 

токопроводах,  поиск  поврежденных  опорных  изоляторов  является 

сложной  и  наиболее  длительной  технологической  операцией  по 

выявлению  из  десятков  или  сотен  недоступных  для  визуального 

осмотра  изоляторов  одного  или  нескольких  поврежденных  изоля-

торов. Сложность поиска поврежденных изоляторов возрастает из-

за  расположения  токопроводов  в  труднодоступных  местах,  а  для 

определения  состояния  изолятора  необходимо  его  извлечение  из 

токопровода. Как правило, на практике для уменьшения зоны по-

иска токопровод разрезается на несколько участков. Однако отсут-

ствие специализированной диагностической аппаратуры приводит 

к увеличению времени поиска поврежденного изолятора и возрас-

танию объема работ.

Вопросы  совершенствования  методов  поиска  и  локализации 

поврежденной изоляции токопроводов неоднократно рассматрива-

лись в ряде российских научных работ [2–4], однако в серийное про-

изводство и применение не вошли.

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ


Page 3
background image

105

АНАЛИЗ

 

ДЕФЕКТОВ

 

СУЩЕСТВУЮЩЕЙ

 

ОПОРНОЙ

 

ИЗОЛЯЦИИ

 

ТОКОПРОВОДОВ

В настоящее время в экранированных токопроводах 

наиболее  распространным  типом  изоляции,  приме-

няемой в качестве опорной, являются фарфоровые 

изоляторы (рисунок 1).

Преимуществом фарфоровой изоляции являются: 

неизменность диэлектрических характеристик в про-

цессе эксплуатации, стойкость к агрессивным средам, 

высокая гидрофобность и механическая прочность.

Однако, в связи с особенностями фарфора, опор-

ные изоляторы обладают низкой стойкостью к атмос-

ферным  загрязнениям  и  высокой  хрупкостью,  что 

в свою очередь влияет на образование микротрещин 

в теле изолятора и дальнейшее развитие пробоя.

Среди  распространенных  видов  пробоев  фар-

форовой опорной изоляции токопроводов стоит от-

метить:

 

– поверхностный  пробой  вследствие  загрязненно-

сти опорного изолятора;

 

– разрушение  опорного  изолятора  воздействием 

частичных разрядов;

 

– электротепловой пробой опорной изоляции.

Механизм

 

развития

 

поверхностного

 

электрического

 

пробоя

Загрязнение  поверхности  опорного  изолятора 

в сухом состоянии не снижает его разрядное напря-

жение, а непосредственно пробой может наступить 

в случае увлажнения поверхности изолятора вслед-

ствие  резкого  перепада  температур,  выпадения 

осадков либо других случаев увеличения влажности 

окружающей среды (таблица 1) [5].

При  возникновении  вышеуказанных  условий  по 

увлажненному слою загрязнения изолятора, образу-

ющему электролит (1 на рисунке 2), под действием 

рабочего 

U

  напряжения  проходит  ток  утечки 

i

ут

  (1), 

приводящий к выделению тепловой энергии 

Q

 и на-

гревающий его (2): 
 

U

 

U

 

i

ут

 = 

 = 

 · 

 · 

D

 · 

X

 = 

E

L

ут

 · 

 · 

D

экв

· 

X

(1)

 

R

у

 

L

ут

где 

E

L

ут

 — средняя напряженность вдоль пути утечки, 

D

экв

 — эквивалентный диаметр изолятора, 

L

ут

 — путь 

утечки, 

R

у

 — величина сопротивления для всей по-

верхности изолятора, с учетом сложной формы;

 

D

экв

 

Q

 = 

E

2

L

ут

 

· 

X

 · 

2

(2)

 

D

(

l

)

При этом плотность тока утечки неодинакова на 

отдельных участках изолятора вследствие неравно-

мерности  распределения  поверхностного  загрязне-

ния сложной конфигурации его поверхности (3):

 

В

 

 = 

(3)

 

d

где 

В

 — удельное объемное сопротивление увлаж-

ненного участка; 

d

 — толщина слоя загрязнения [6].

На  участках  изолятора,  где  плотность  тока  наи-

большая,  происходит  испарение  влаги  (2  на  ри-

сунке  2)  с  образованием  подсушенных  участков 

с повышенным сопротивлением, что приводит к пе-

рераспределению  напряжения  по  поверхности  изо-

лятора. Почти все напряжение, воздействующее на 

изоляцию, оказывается приложенным к этим участ-

кам. В результате они перекрываются искровыми ка-

налами,  называемыми  частичными  перемежающи-

ми дугами (3 на рисунке 2). 

Дальнейшее развитие пробоя зависит от величин 

проводимостей дуги (4) и увлажненного слоя загряз-

нения, не перекрытого дугой (5).

Сопротивление  единицы  длины  дуги  обратно 

пропорционально величине тока, проходящего через 

дугу 

I

Д

:

Рис

. 1. 

Опорный

 

фарфоро

-

вый

 

изолятор

 

типа

 

ОФР

-

20-500 

УХЛ

2

Табл. 1. Отказы опорных изоляторов различных электростанций

Электростанция

Тип

изолятора

Количество 

перекрытых 

изоляторов

Условия во время перекрытия

Рязанская ГРЭС ОФР-20-750

1

Перепад температуры воздуха

Рязанская ГРЭС ОФР-20-750

2

Два дня сильный дождь, + 18°С

Заинская ГРЭС

ОФР-20

2

Мокрый снег, дождь

Нижновэнерго

ОФР-20-500

1

Перепад температуры воздуха

Ставропольская 

ГРЭС

ОФР-20-750

1

Перепад температуры воздуха и вы-

падение осадков ночью

Ивановская ТЭС

ИОР-10-7

2

Снег с дождем, 0°С, 100% влажность

ИОР-10-7

7

Дождь

Рис

. 2. 

Разряд

 

по

 

поверхности

 

опорного

 

изолятора

 3 (54) 2019


Page 4
background image

106

 

E

Д

 

r

Д

 = 

(4)

 

I

Д

Сопротивление  увлажненного  слоя  загрязнения 

на единицу длины пути утечки принимает вид:
 

R

у

 

1

 

r

у

 = 

 = 

(5)

 

L

ут 

 · 

D

 · 

X

В  случае,  когда  возникновение  дуги  приводит 

к уменьшению сопротивления поверхности изолято-

ра и соответствующему увеличению тока (

r

Д

 < 

r

у

), ве-

личина удельного сопротивления канала дуги снижа-

ется (4), что приводит к дальнейшему уменьшению 

полного сопротивления и росту тока. Удлинение дуги 

приводит  к  дальнейшему  уменьшению  полного  со-

противления и увеличению тока по поверхности изо-

лятора. Если указанное условие не нарушается, про-

исходит устойчивый пробой опорного изолятора, то 

есть простое замыкание фазы токопровода. В про-

тивном случае (

r

Д

 > 

r

у

) перемежающаяся дуга гаснет.

Механизм

 

разрушения

 

изолятора

 

вследствие

 

воздействия

 

частичных

 

разрядов

Фарфоровая изоляция токопроводов в силу осо-

бенностей механических свойств и наличия механи-

ческих напряжений крайне подвержена нарушениям 

поверхности  (сколам,  трещинам  и  т.п.).  Включения 

в виде сфер и отслоений диэлектрика, а также ми-

кротрещин, как правило, образуются в процессе из-

готовления  изоляции  и  длительной  эксплуатации 

(рисунок 3). 

Несмотря  на  то,  что  объем  опорного  изолятора, 

в  котором  развивается  частичный  разряд,  очень 

мал, энергия, выделяемая при единичном разряде, 

достаточна, чтобы начался процесс его разрушения 

(рисунок  4).  При  образовании  разряда  его  энергия 

(в процентном соотношении) тратится на работу по 

расширению  канала  разряда  (до  20%),  на  потери 

нерезонансного излучения (до 15%), на теплоотвод 

(до  5%)  и  на  ионизацию  (до  3%).  При  этом  темпе-

ратура  в  канале  разряда  может  достигать  порядка 

700–1000 К [7].

При рассмотрении эквивалентной схемы изолято-

ра емкостью 

C

x

 ее можно представить тремя емко-

стями (рисунок 5). Соответственно:

 

C

в 

·

 

C

д

 

C

x

 = 

C

a

 + 

(6)

 

C

в 

+

 

C

д

Возникновение  частичного  разряда  произойдет, 

когда  напряжение  на  включении  «емкость 

C

в

»  до-

стигнет пробивного значения напряжения зажигания 

разряда во включении (

U

B3

).

Напряженность во включении 

E

в

 связана с напря-

женностью в остальной части диэлектрика 

E

д

 следу-

ющим соотношением:
 

E

в

 

в

 

 

  

 

 

(7)

 

E

д

 

д

где 

В

 — диэлектрическая проницаемость газа; 

Д

 — 

диэлектрическая проницаемость фарфора.

В  газообразном  включении  напряженность  во 

включении превышает напряженность в диэлектри-

ке: так как 

в   

д

, то 

E

в   

E

д

 .

Если  существуют  условия  превышения  напря-

женности во включении 

E

в

 электрической прочности 

диэлектрика включения 

E

пр

E

в

 > 

E

пр

, разряды будут 

постепенно  разрушать  диэлектрик  (рисунок  4а–в), 

пока электрическая прочность остаточной толщины 

изоляционного промежутка 

п

 – (

1кр

 + 

2кр

) станет 

меньше или равной воздействующей на изоляцион-

ный промежуток напряженности. Далее происходит 

пробой всего изоляционного промежутка [8].

Рис

. 3. 

Изолятор

 

с

 

газовым

 

включением

Рис

. 4. 

Последовательные

 

стадии

 

разрушения

 

однородной

 

изоля

-

ции

 

до

 

состояния

предшествующего

 

пробою

 

изоляционного

 

про

-

межутка

а

образование

 

углубления

 

на

 

поверхности

 

в

 

результате

 

эрозии

б

формирование

 (

полу

)

проводящих

 

следов

 

на

 

поверхности

 

углубления

в

возникновение

 

древовидных

 

каналов

 

разряда

г

ин

-

тенсивное

 

разрушение

 

диэлектрика

а)

б)

в)

г)

Рис

. 5. 

Эквивалентная

 

схема

 

при

 

рассмотрении

 

частичного

 

разряда

 

в

 

изоляторе

C

в

 — 

емкость

 

газового

 

включения

C

д

 — 

емкость

 

эле

-

мента

 

диэлектрика

включенного

 

последовательно

 

с

 

первым

C

а

 — 

емкость

 

остальной

 

части

 

диэлектрика

лишенной

 

включений

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ


Page 5
background image

107

Механизм

 

развития

электротеплового

 

пробоя

Электротепловой пробой происходит вследствие 

роста 

tg

, увеличения мощности потерь и локального 

перегрева изолятора.

Для определения зависимости между увеличени-

ем 

tg

 и мощностью потерь в изоляторе представим 

изолятор как электрический конденсатор с потерями 

(рисунок 6).

При  последовательном  соединении 

C

r

  и 

r

  (рису-

нок 6):

 

Z

 = 

r

 + 

jx

c

 . 

(8)

Тангенс угла диэлектрических потерь:

 

tg

 = 

 

C

r

(9)

Активная мощность:

 

U

2

 

·

 

 

P

a

 = 

(10)

 

Z

2

Выражая 

r

 через 

tg

, из (4) находим:

 

U

2

 

·

 



·

 

C

· 

tg

 

P

a

 = 

(11)

 

(1 + 

tg

2

)

Соответственно,  с  увеличением 

tg

  увеличи-

ваются  потери  в  изоляторе,  что  приводит  к  росту 

активной  мощности,  развитию  локального  пере-

грева изолятора, резкому падению сопротивления 

в  месте  перегрева  и  дальнейшему  пробою  изоля-

тора.  При  этом  снижение  пробивного  напряжения 

происходит  в  связи  со  снижением  электрической 

проч нос ти, вызванным перегревом (рисунок 7) [9]. 

Кроме  того,  локальный  перегрев  в  связи  с  низкой 

теплопроводностью фарфора может привести к ме-

ханическому  напряжению  в  структуре  изолятора 

и, как следствие, образованию микротрещин и раз-

витию частичных разрядов.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ

 

МЕТОДЫ

 

И

 

СРЕДСТВА

 

ОТЫСКАНИЯ

 

ПОВРЕЖДЕННОЙ

 

ОПОРНОЙ

 

ИЗОЛЯЦИИ

 

ТОКОПРОВОДОВ

С  целью  максимального  снижения  вероятности 

пробоя  изолятора  и  отказа  токопровода  на  элек-

тростанциях  проводятся  как  приемо-сдаточные 

испытания  токопроводов,  так  и  их  периодический 

контроль.

Существующие  российские  нормативно-техни-

ческие документы [10–11] предусматривают следу-

ющие методы испытания изоляции токопроводов:

 

– измерение сопротивления изоляции;

 

– испытание  изоляции  токопровода  повышенным 

напряжением промышленной частоты.

Методы  и  средства  поиска  поврежденной  изо-

ляции, применяемые на электростанциях, условно 

можно  разделить  на  разрушающие  и  неразруша-

ющие,  которые,  в  свою  очередь,  обладают  рядом 

преимуществ и недостатков (таблица 2).

Рис

. 6. 

Последовательная

 

схема

 

замещения

 

электричес

-

кого

 

конденсатора

 

с

 

потерями

Рис

. 7. 

Локальный

 

перегрев

 

опорных

 

изоляторов

 

токо

-

проводов

Табл. 2. Методы, применяемые для поиска поврежденной изоляции токопроводов

Наименование метода

Преимущества

Недостатки

Разрушающие методы

Импульсный

– малое время поиска поврежденного 

изолятора

– достаточно точное определение ме-

ста повреждения

– ограниченное применение метода (токопро-

вод с секционированными экранами, необхо-

димость свободного доступа к токопроводу)

– необходимость отключения генерирующего 

оборудования

Неразрушающие методы

Испытание изоляции токопро-

вода повышенным напряжени-

ем промышленной частоты

– наличие возможности выявления 

дефекта до начала эксплуатации

оборудования

– высокие трудозатраты
– длительность
– высокая погрешность
– отсутствие возможности применения метода 

в процессе эксплуатации

Измерение сопротивления 

изоляции токопровода

Акустическое обследование 

токопровода

– отсутствие необходимости отключе-

ния генерирующего оборудования

– достаточно точное определение ме-

ста повреждения

– ограниченное применение метода (токопро-

вод с секционированными экранами, необхо-

димость свободного доступа к токопроводу)

– отсутствие специализированной аппаратуры 

у персонала электростанции

 3 (54) 2019


Page 6
background image

108

К  разрушающим  методам  целесо-

об разно  отнести  импульсный  метод 

обнаружения  поврежденного  изо-

лятора.  Принцип  данного  метода  за-

ключается в подаче разряда на фазу 

токопровода через разрядник (FV1) до 

полного  разрушения  поврежденного 

изолятора  с  последующим  осмотром 

токопровода (рисунок 8).

Основными  неразрушающими  ме-

тодами  контроля  опорной  изоляции 

токопроводов  являются  испытание 

повышенным  напряжением  промыш-

ленной  частоты  и  измерение  сопро-

тивления изоляции токопровода.

При  проведении  испытаний  повы-

шенным  напряжением  производят 

многократный  подъем  переменного 

напряжения в зависимости от класса 

напряжения опорной изоляции с при-

ложением  его  в  течение  1  минуты 

и  последующей  проверкой  изолято-

ров на нагрев (рисунок 9) [13]. 

Измерение  сопротивления  опор-

ной изоляции производится мегомме-

тром на напряжение 2500 В и должно 

составлять  не  менее  0,1  МОм  (рису-

нок  10).  Сопротивление  изоляции, 

измеренное  при  вводе  токопровода 

в  эксплуатацию,  используется  в  ка-

честве  исходного  для  последующего 

контроля, проводимого при капиталь-

ном ремонте генераторов.

Еще  одним  из  неразрушающих 

методов  поиска  поврежденной  изо-

ляции является акустический метод. 

Принцип  метода  заключается  в  соз-

дании  импульсов  на  фазу  токопро-

вода  и  фиксации  звуковых  сигналов 

над  поврежденным  изолятором  (ри-

сунок 11).

Контроль  изменения  магнитного 

поля  в  области  опорного  изолятора 

основывается  на  фиксации  верти-

кальной  составляющей  напряженно-

сти локального магнитного поля в пло-

скости крышки фланца люка опорного 

изолятора. 

Табл. 2 (продолжение). Методы, применяемые для поиска поврежденной изоляции токопроводов

Наименование метода

Преимущества

Недостатки

Неразрушающие методы

Обследование токопровода на 

наличие частичных разрядов

– наличие возможности выявления 

дефекта в процессе эксплуатации

– ограничение применения метода (необходи-

мость свободного доступа к токопроводу)

– отсутствие специализированной аппаратуры 

у персонала электростанции

Тепловизионный контроль

Контроль изменения магнит-

ного поля в области опорного 

изолятора

– достаточно точное определение 

места развития дефекта

– наличие возможности выявления 

дефекта в процессе эксплуатации

– необходимость установки достаточно большого 

количества датчиков

– влияние на результаты измерений особенностей 

конструктивного исполнения крепления узла изо-

лятора

Рис

. 8. 

Принципиальная

 

электрическая

 

схема

 

отыскания

 

дефектных

 

изоляторов

 

импульсным

 

методом

Рис

. 9. 

Принципиальная

 

электрическая

 

схема

 

установки

 

для

 

испыта

-

ния

 

изоляции

 

токопроводов

 

повышенным

 

напряжением

 

промышленной

 

частоты

Рис

. 11. 

Принципиальная

 

электрическая

 

схема

 

установки

 

для

 

поиска

 

поврежденной

 

изоляции

 

акустическим

 

методом

Рис

. 10. 

Схема

 

измерения

 

сопротивления

 

опорной

 

изоляции

 

токопроводов

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ


Page 7
background image

109

Также к методам, обеспечивающим контроль изо-

ляции в процессе эксплуатации, относится теплови-

зионный контроль токопровода (рисунок 7).

Однако, как было отмечено ранее, пробой опор-

ного  изолятора  токопровода  является  результатом 

воздействия различных негативных факторов, а вы-

шеуказанные методы и средства отыскания повреж-

денной  опорной  изоляции  токопроводов  базируют-

ся  чаще  всего  на  одном  диагностическом  признаке 

и, как следствие, не дают положительных эффектов 

при решении многофакторной задачи. Также важно 

отметить, что большинство представленных методов 

вследствие технических особенностей не имеют воз-

можности осуществлять контроль опорной изоляции 

под напряжением.

Также  время  проведения  испытаний  ограничено 

сроками  проведения  текущих  или  капитальных  ре-

монтов  генерирующего  оборудования  электростан-

ции,  которые  обычно  проводятся  в  теплое  время 

года, когда условия возникновения пробоя изолято-

ров вследствие причин, указанных в таблице 1, ми-

нимальны.

Кроме того, большинство методов, кроме тепло-

визионного  и  акустического,  не  предусматривает 

определение  расстояния  до  места  повреждения 

опорного  изолятора,  а  тепловизионный  и  акустиче-

ский  методы  требуют  наличия  свободного  доступа 

к  токопроводу,  что  в  условиях  прохождения  реаль-

ных трасс зачастую невозможно.

В  связи  с  этим  требуется  проведение  дополни-

тельных  исследований  диагностических  признаков 

в области поврежденных изоляторов, а также разра-

ботка  новых  подходов  по  определению  расстояния 

до изолятора, теряющего изоляционные свойства.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ

 

МЕРОПРИЯТИЯ

 

ПО

 

ВЫЯВЛЕНИЮ

 

ДЕФЕКТНОЙ

 

ИЗОЛЯЦИИ

 

ЭКРАНИРОВАННЫХ

 

ГЕНЕРАТОРНЫХ

 

ТОКОПРОВОДОВ

Учитывая  преимущеста  и  недостатки  применяемых 

в  настоящее  время  методов  поиска  поврежденных 

изоляторов  (таблица  2),  целесообразно  выдвинуть 

требования  к  перспективным  мероприятиям  по  вы-

явлению  дефектных  изоляторов.  Метод  должен  об-

ладать:

 

– быстротой поиска дефектного изолятора;

 

– низкими трудозатратами;

 

– возможностью выявления дефектных изоляторов 

в процессе эксплуатации;

 

– достаточной простотой;

 

– отсутствием необходимости доступа к токопро-

воду;

 

– минимальным набором оборудования;

 

– высокой точностью.

Учитывая  вышесказанное,  перспективным  пред-

ставляется  выявлять  развивающийся  дефект  опор-

ного изолятора и определять расстояния до него, ис-

пользуя  высокочастотные  колебания,  возникающие 

при частичном разряде.

Данный  подход  предусматривает  определение 

расстояния до дефектного изолятора методом опре-

деления разности временных интервалов между аку-

стическим  (

t

·

 

v

1

)  и  электромагнитным  импульсами 

(

t

·

 

v

2

), возникающими при частичном разряде:

 

S

 = 

t

·

 

v

1

 – 

t

·

 

v

2

(12)

где 

t

1

 — время регистрации акустического импульса, 

v

1

 — скорость распространения акустической волны 

в токопроводе, 

t

2

 — время регистрации электромаг-

нитного  импульса, 

v

2

  —  скорость  распространения 

электромагнитной волны в токопроводе.

На рисунке 12 представлена cхема регистрации 

высокочастотных колебаний, возникающих при ча-

стичном разряде, в состав которой входят: соеди-

нительный  конденсатор 

C

0

,  служащий  для  созда-

ния  пути  замыкания  импульсов  тока;  резистивный 

делитель 

R

и

;  импульс  напряжения  на  измеритель-

ном  устройстве 

U

вх

.  В  качестве  измерительного 

устройства  выступает  цифровой  осциллограф  со 

ждущей  разверсткой,  запускаемый  при  регистра-

ции импульса.

Скорость  распространения  электромагнитной 

волны в токопроводе:
 

1

 

v

2

 = 

(13)

 

L

·

C

где 

L

 — индуктивность токопровода, 

C

 — емкость то-

копровода.

Регистрация высокочастотного акустического им-

пульса, возникающего при частичном разряде, про-

изводится акустическим приемником.

Скорость распространения акустической волны 

в  резонирующих  элементах  конструкции  токопро-

вода:

 

v

1

 = 

v

·

 

k

з

(14)

где 

v

0

  —  скорость  распространения  по-

перечной ультразвуковой волны в алюми-

нии; 

k

з

 — коэффициент затухания ультра-

звука в алюминии.

Также  в  состав  акустического  при-

емника  должен  входить  низкочастотный 

фильтр.

Подставляя  13  и  14  в  12,  получим 

формулу определения расстояния до ме-

ста повреждения опорной изоляции:
  

1

 

S

 = 

t

·

 

v

·

 

k

з

 – 

t

·

 

— .

 

(15)

 

L

·

C

Рис

. 12. 

Схема

 

регистрации

 

высокочастотных

 

колебаний

возникаю

-

щих

 

при

 

частичном

 

разряде

 3 (54) 2019


Page 8
background image

110

ВЫВОДЫ

Механизмы  развития  дефектов  опорной  изоляции 

токопроводов имеют различные особенности и, как 

следствие,  требуют  комплексного  подхода  для  их 

выявления. При этом существующие методы и тех-

нические  средства  поиска  поврежденной  изоляции 

зачастую  не  дают  положительного  эффекта,  что 

в  итоге  приводит  в  отказу  токопровода  и  отключе-

нию  генерирующего  оборудования  электростанции. 

При этом аварийные отключения накладывают зна-

чительные  экономические  издержки  на  участников 

оптового рынка электроэнергии и мощности. Кроме 

того ряд методов требует наличия специализирован-

ной аппаратуры, отсутствующей на электростанции.

В  целях  повышения  надежности  и  обеспечения 

бесперебойности  выдачи  электроэнергии,  целесоо-

бразен комплексный подход в области диагностики 

токопроводов,  учитывающий  различные  факторы, 

воздействующие на опорную изоляцию.

Для снижения вероятности отказов токопроводов 

вследствие пробоя опорной изоляции и аварийного 

отключения  блока  электростанции,  эксплуатацион-

ному  персоналу  рекомендуется  проводить  следую-

щие технические мероприятия:

 

– производить  контроль  интенсивности  частичных 

разрядов в опорной изоляции токопроводов;

 

– в  процессе  эксплуатации  генерирующего  обору-

дования  производить  тепловизионный  контроль 

трассы токопровода на наличие локальных пере-

гревов опорных изоляторов.

Кроме того, необходима интеграция новых мето-

дов и средств контроля опорной изоляции под нагруз-

кой  генерирующего  оборудования,  с  возможностью 

максимально  точного  определения  места  развива-

ющегося дефекта с целью его быстрого устранения 

для минимизации экономических издержек.

Проведение  вышеуказанных  технических  меро-

приятий,  а  также  внедрение  новых  методов  диагно-

стики  позволят  существенно  снизить  вероятность 

отказа токопровода в процессе эксплуатации, тем са-

мым повышая надежность и бесперебойность выдачи 

электроэнергии  генерирующего  блока  электростан-

ции, снижая величину экономических издержек участ-

ника оптового рынка электроэнергии и мощности.  

ЛИТЕРАТУРА

1.  Долин  А.П.  Современные  токопро-

воды.  Учебное  пособие  для  СПТУ. 

М.: Высшая школа, 1988. 80 с.

2.  Быкадоров  В.Ф.  Совершенство-

вание  методов  и  средств  диагно-

стирования  повреждений  силовых 

кабельных линий и комплектных то-

копроводов: дис. доктора техн. наук. 

Новочеркасск, 1998. 421 c.

3.  Платонов  В.В.  Теоретические  ос-

новы  и  методы  выявления  мест 

повреждений в силовых кабельных 

линиях: автореф. дис. доктора техн. 

наук. Новочеркасск, 1976. 70 с. 

4.  Климентьев  А.М.  Характеристики 

комплектных  токопроводов  генера-

торов в режимах диагностики и раз-

работка аппаратуры для выявления 

дефектных  изоляторов:  автореф. 

дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 

1997. 17 с.

5.  Владимирский  Л.Л.,  Тимофеева 

О.В.  Грязестойкие  опорные  фар-

форовые  изоляторы  для  экра-

нированных  генераторных  токо-

проводов  //  Новое  в  российской 

электроэнергетике, 2003, № 8.

6.  Воскресенский  В.Ф.  Электриче-

ская изоляция в районах с загряз-

ненной  атмосферой.  М.:  Энергия, 

1971. 80 с.

7.  Вдовико  В.П.  Частичные  разряды 

в  диагностировании  высоковольт-

ного  оборудования.  Новосибирск: 

Наука, 2007. 155 с.

8.  Кучинский  Г.С.  Частичные  разря-

ды в высоковольтных конструкци-

ях. Л.: Энергия. Ленинградское от-

деление, 1979. 224 с.

9.  Новикова  С.Ю.  Электронное  из-

дание.  Физика  диэлектриков.  М., 

2007. 81 с.

10. РД34.45-51.300-97. Объем и нормы 

испытаний  электрооборудования. 

Утв. Департаментом науки и техники 

РАО «ЕЭС России» от 08.05.1997 г.

11. СТО  34.01-23.1-001-2017.  Объем 

и  нормы  испытаний  электрообо-

рудования.  Стандарт  организации 

ПАО «Россети». Введен в действие 

29.05.2017 г.

12. ГОСТ Р 56736-2015 (IEC/TS 60815-

2:2008). Изоляторы высокого напря-

жения  для  работы  в  загрязненных 

условиях.  Выбор  и  определение 

размеров.  Часть  2.  Керамические 

и  стеклянные  изоляторы  для  си-

стем переменного тока.

13. ГОСТ  1516.3-96.  Межгосударствен-

ный стандарт. Электрооборудование

переменного тока на напряжения от 

1 до 750 кВ. Требования к электри-

ческой прочности изоляции.

REFERENCES

1.  Dolin  A.P.

 

Modern  conductors.  Mos-

cow,  Vysshaya  shkola  Publ.,  1988. 

80 p.

2.  Bykadorov V.F. Improvement of meth-

ods and means for diagnosing power 

cable lines and current leads damag-

es. Doct. Diss. Novocherkassk, 1988. 

421 p.

3.  Lebedev V.D. Theoretical foundations 

and  methods  for  identifying  damage 

sites in power cable lines. Doct. Diss. 

Abstract. Novocherkassk, 1976. 70 p.

4.  Klimentyev A.M. Characteristics of ge-

nerators  current  leads  in  diagnostic 

modes  and  development  of  equip-

ment for detecting defective insulators. 

Cand. Diss. Abstract. Novocherkassk, 

1997. 17 p.

5.  Vladimirskiy L.L., Timofeyeva O.V. Dirt-

resistant  porcelain  support  insulators 

for  shielded  generator  current  leads. 

News in the Russian power industry, 

2003, no. 8 (in Russian)

6.  Voskresenskiy  V.F.  Electrical  insula-

tion in the areas with polluted environ-

ment. Moscow, Energiya Publ., 1971.

7.  Vdoviko V.P. Partial discharges when di-

agnosing high-voltage equipment. No -

vosibirsk, Nauka Publ., 2007. 155 p.

8.  Kuchinskiy G.S. Partial discharges in 

high-voltage  equipment.  Leningrad, 

Energiya Publ., 1979. 224 p.

9.  Novikova S.Y. Dielectric physics. Mos-

cow, Electronic edition, 2007. 81 p.

10. RD 34.45-51.300-97. The scope and 

standards  of  electrical  testing.  Mos-

cow, Department of Science and Tech-

nology of RAO "UES of Russia" Publ., 

1997. 177 p. (in Russian)

11. STO 34.01-23.1-001-2017. The scope 

and  standards  of  electrical  testing. 

Moscow, PJSC "Rosseti" Publ., 2017. 

262 p. (in Russian)

12. State  Standard  56736-2015  (IEC/TS 

60815-2:2008). Selection and dimen-

sioning  of  high-voltage  insulators  in-

tended for use in polluted conditions. 

Part  2.  Ceramic  and  glass  insulators 

for a.с. systems. Moscow, Standartin-

form Publ., 2016. 23 p. (in Russian)

13. State  Standard  1516.3-96.  Electrical 

equipment  for  а.  с.  voltages  from  1 

to 750 kV. Requirements for dielectric 

strength of insulation. Moscow, Inter-

state Council for Standardization, Me-

trology  and  Certifi cation  Publ.,  1999. 

54 p. (in Russian)

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ


Читать онлайн

Одной из причин аварийных отключений генерирующих блоков электростанции является отказ генераторных токопроводов вследствие различных повреждений опорной изоляции фаз токопровода. Среди наиболее частых повреждений стоит отметить перекрытия изоляторов вследствие их загрязнения, пробои из-за нарушения изоляционной части, разрушения в результате воздействия частичных разрядов, электротепловой пробой. Доказано, что изменение свойств опорной изоляции, и ее разрушение в процессе эксплуатации является результатом комплексного воздействия различных внешних факторов: электрического поля, температуры и увлажнения, при этом интенсивность воздействия каждого фактора может быть различной. Опыт эксплуатации показывает, что время, затраченное на поиск и замену поврежденных изоляторов, может составлять от трех до пяти суток, а общее количество изоляторов может достигать 1000 штук. Данное обстоятельство влечет значительные экономические издержки для электростанций, работающих на оптовом рынке электроэнергии и мощности. В связи с этим актуальность представляют вопросы выявления опорной изоляции с начальной стадией развития дефекта и, как следствие, повышения надежности эксплуатации и обеспечения бесперебойности выдачи электроэнергии.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»