120
ДИАГНОСТИКА
Методы эффективного
технического диагностирования
оборудования. Ультразвуковой
контроль ПС 35–110 кВ
За
последнее
десятилетие
в
соответствии
с
мировой
тенденцией
,
а
также
развитием
процесса
перехода
от
планово
-
предупредительного
ремонта
к
ремонту
по
техническому
состоянию
в
России
получил
широкое
распространение
неразрушающий
контроль
технического
состояния
оборудования
,
в
том
числе
позволяющий
обследовать
оборудование
,
не
прекращая
технологического
процесса
передачи
электроэнергии
.
В
связи
с
данным
положением
на
рынке
технических
средств
появилась
масса
новых
разработок
по
диагностике
оборудования
,
что
в
свою
очередь
повлекло
за
собой
проблему
выбора
и
внедрения
в
производство
наиболее
эффективных
из
вновь
появляющихся
методов
.
Главной
проблемой
для
эксплуатационного
персонала
в
выборе
новых
методов
и
приборов
является
определение
эффективности
применения
того
или
иного
метода
.
В
данной
статье
отражены
предложения
по
определению
эффективности
диагностических
параметров
,
получаемых
с
помощью
новых
приборов
и
оборудования
,
а
также
приведен
опыт
применения
одного
из
эффективных
методов
технического
диагностирования
оборудования
.
Туржин
А
.
В
.,
главный
специалист
отдела
диагностики
и
методологии
управления
электросетевыми
активами
Департамента
эксплуатации
и
ТОиР
ПАО
«
МРСК
Сибири
»
В
соответствии
с
ISO 9000 (
серия
междуна
-
родных
стандартов
),
описывающих
тре
-
бования
к
системе
менеджмента
качества
организаций
и
предприятий
,
эффектив
-
ность
—
это
способность
выполнять
работу
и
до
-
стигать
необходимого
или
желаемого
результата
с
наименьшей
затратой
времени
и
усилий
.
С
точки
зрения
технического
диагностирования
желаемый
результат
—
это
однозначное
определение
дефекта
оборудования
с
прогнозированием
его
дальнейшего
развития
и
определения
оптимальных
сроков
устра
-
нения
неисправности
или
восстановления
исправно
-
го
технического
состояния
объекта
.
Усилиями
,
в
дан
-
ном
случае
,
являются
технологическое
удобство
использования
и
время
,
за
которое
регистрируется
или
формируется
диагностический
параметр
.
Каждый
метод
технического
диагностирования
фиксирует
или
регистрирует
определенные
параме
-
тры
,
характеризующие
техническое
состояние
объ
-
ектов
.
К
эффективным
методам
,
в
первую
очередь
,
относятся
те
методы
,
которые
позволяют
получить
диагностические
параметры
без
отключения
обору
-
дования
от
сети
или
так
называемые
методы
«
под
рабочим
напряжением
».
Эффективность
данных
методов
обусловлена
сокращением
времени
на
под
-
готовку
рабочих
мест
и
уменьшением
времени
,
тре
-
буемого
на
обследование
объекта
.
Основными
проблемами
для
персонала
служб
эксплуатации
(
диагностики
)
при
применении
и
вне
-
дрении
(
выборе
)
методов
«
под
рабочим
напряжени
-
ем
»
являются
:
–
отсутствие
нормативных
документов
,
включаю
-
щих
в
себя
предельные
значения
получаемых
параметров
,
на
основании
которых
возможно
принимать
решения
о
выводе
оборудования
в
ремонт
;
–
наличие
на
рынке
большого
количества
пред
-
ложений
разнообразных
приборов
и
комплексов
сомнительного
качества
,
что
влечет
за
собой
трудности
в
определении
наиболее
эффективно
-
го
использования
инвестиционных
средств
(
капи
-
таловложений
).
Одним
из
решений
существующих
проблем
на
первом
этапе
является
связывание
параметров
,
получаемых
традиционными
методами
(
с
отклю
-
чением
оборудования
и
снятием
напряжения
),
значения
предельных
величин
которых
зафик
-
сированы
в
нормативных
документах
,
с
диагно
-
стическими
параметрами
,
получаемыми
при
по
-
мощи
методов
«
под
рабочим
напряжением
».
Связывание
параметров
,
получаемых
различными
методами
,
необходимо
для
того
,
чтобы
получить
определенные
характеристики
,
такие
как
чувстви
-
тельность
,
однозначность
,
стабильность
,
информа
-
тивность
[1].
Чувствительность
парамет
ра
рассчитывается
по
формуле
:
C
P
=
d
П
/
dN
,
121
где
C
P
—
чувствительность
параметра
;
d
П
—
при
-
ращение
параметра
,
получаемого
методом
«
под
рабочим
напряжением
» («
новый
»
параметр
);
dN
—
соответствующее
изменение
параметра
,
имеюще
-
го
нормативные
предельного
допустимые
значения
(«
традиционный
»
параметр
).
Чем
больше
значение
величины
C
P
,
тем
«
новый
»
параметр
чувствительнее
к
изменению
«
традицион
-
ного
»
параметра
.
Однозначность
параметра
отвечает
условию
:
d
П
/
dN
≠
0.
Данное
условие
означает
отсутствие
экстремума
функции
(
П
)
в
диапазоне
от
начального
N
Н
до
пре
-
дельного
N
П
значений
«
традиционного
»
параметра
.
Стабильность
параметра
вы
числяется
по
фор
-
муле
:
_____________________
n
i
= 1
[
П
(
N
) –
П
(
N
)]
2
П
(
N
)
=
√
—.
n
– 1
Стабильность
«
нового
»
параметра
определяет
-
ся
дисперсией
его
значения
при
многократных
из
-
мерениях
в
неизменных
условиях
при
одном
и
том
же
значении
«
традиционного
»
параметра
.
Разброс
значений
параметра
выражен
средним
квадратич
-
ным
отклонением
,
которое
следует
рассчитать
для
заведомо
исправного
и
неисправного
технического
состояния
объекта
.
Нестабильность
«
нового
»
пара
-
метра
снижает
достоверность
оценки
технического
состояния
объекта
,
что
в
некоторых
случаях
застав
-
ляет
отказаться
от
удобных
методов
диагностиро
-
вания
[1].
Одним
из
примеров
нестабильности
пара
-
метра
может
служить
опыт
эксплуатации
прибора
,
определяющего
механическое
состояние
опорно
-
стержневых
фарфоровых
изоляторов
.
Информативность
парамет
ра
измеряется
по
формуле
:
I
(
П
) = (
П
1
–
П
2
)/(
1
–
2
),
где
П
1
—
параметр
объекта
с
заведомо
исправным
техническим
состоянием
;
П
2
—
параметр
объекта
с
заведомо
неисправным
техническим
состоянием
;
1
,
2
—
среднеквадратические
отклонения
соответ
-
ственно
заведомо
исправного
и
неисправного
объ
-
екта
.
Информативность
является
одним
из
важнейших
свойств
диагностического
параметра
.
Она
характе
-
ризует
достоверность
диагноза
,
получаемого
в
ре
-
зультате
измерения
значений
параметра
.
При
общем
диагностировании
,
когда
выявляется
неисправность
объекта
в
целом
,
информативность
определяют
из
совместного
анализа
плотностей
распределения
значений
параметра
f
1
(
П
)
и
f
2
(
П
),
соответствующих
заведомо
исправным
и
неисправ
-
ным
объектам
(
рисунок
1).
Очевидно
,
чем
меньше
степень
«
перекрытия
»
распределений
,
тем
меньше
ошибок
будет
при
использовании
данного
параме
-
тра
,
то
есть
тем
он
информативнее
.
Для
количественного
определения
информатив
-
ности
в
рассматриваемом
случае
необходимо
под
-
считать
величину
«
площади
перекрытия
»,
то
есть
вероятность
ошибки
диагноза
.
Эта
величина
будет
тем
меньше
,
чем
сильнее
отличаются
средние
зна
-
Рис
. 1.
Сравнительная
схема
информативности
диагно
-
стических
параметров
:
а
—
информативного
(
П
);
б
—
малоинформативного
(
П
’
);
в
—
неинформативного
(
П
”
).
f
1
, f
2
—
функции
распределения
параметров
соответ
-
ственно
исправных
и
неисправных
объектов
в
)
б
)
а
)
чения
параметра
П
1
и
П
2
для
исправного
и
неисправ
-
ного
состояний
объекта
и
чем
меньше
разброс
зна
-
чений
параметра
для
каждого
состояния
[2].
Получив
вышеприведенные
характеристики
па
-
раметров
,
для
различных
методов
(
приборов
и
ком
-
плексов
)
можно
с
большой
степенью
вероятности
определить
наиболее
эффективный
метод
.
В
до
-
полнении
к
указанным
характеристикам
необходимо
также
добавить
технологическое
удобство
и
время
проведения
работ
для
получения
параметров
.
Дан
-
ные
характеристики
играют
ключевую
роль
при
опре
-
делении
эффективности
метода
как
с
точки
зрения
технологического
процесса
,
так
и
с
экономической
точки
зрения
(
трудозатраты
).
Определив
критерии
для
характеристик
параме
-
тров
и
проведя
ранжирование
по
эффективности
различных
методов
технического
диагностирования
«
под
рабочим
напряжением
»,
появляется
обоснова
-
ние
для
внедрения
в
эксплуатацию
тех
или
иных
при
-
боров
и
оборудования
.
Одним
из
методов
,
имеющих
высокие
показа
-
тели
эффективности
и
применяемых
в
филиале
ПАО
«
МРСК
Сибири
— «
Красноярскэнерго
»,
явля
-
ется
метод
ультразвукового
контроля
оборудования
(
УЗК
)
подстанций
35–110
кВ
с
применением
прибора
Ultraprobe-2000
производства
фирмы
UE SYSTEMS
INCORPORATED,
США
.
ВИДЫ
ДЕФЕКТОВ
,
ВЫЯВЛЯЕМЫЕ
УЛЬТРАЗВУКОВЫМ
КОНТРОЛЕМ
Источником
ультразвука
в
распределительных
устройствах
электроустановок
является
ионизация
воздуха
вокруг
токоведущих
частей
электрооборудо
-
вания
—
образование
так
называемой
«
короны
».
Во
время
развития
дефекта
происходит
увеличение
ин
-
№
3 (42) 2017
122
тенсивности
электрических
разрядов
,
что
приводит
к
увеличению
ультразвукового
сигнала
в
этой
точке
.
С
помощью
ультразвукового
контроля
без
отключения
электрооборудования
можно
произвести
локацию
мест
с
повышенным
уровнем
сигнала
и
определить
:
–
искрение
(
коронные
разряды
),
–
дугообразование
,
–
трекинг
диэлектрика
.
Из
-
за
самой
природы
явления
трудно
определить
,
наблюдаем
мы
разрушительный
коронный
разряд
или
нет
.
Поэтому
лучшим
методом
тестирования
яв
-
ляется
сравнение
звучания
областей
,
сделанных
из
одинакового
материала
и
выполняющих
одну
и
ту
же
функцию
.
Диапазон
определения
ультразвука
прибором
Ultraprobe
от
20
до
100
кГц
.
Опыт
обследования
рас
-
пределительных
устройств
подстанций
показал
,
что
электрические
разряды
в
высоковольтных
установ
-
ках
излучают
звук
с
частотой
в
диапазоне
от
30
до
40
кГц
,
по
некоторым
источникам
от
38
до
45
кГц
[3].
По
исследованиям
специалистов
,
проводивших
ис
-
пытания
по
регистрации
частичных
разрядов
на
поликарбонатных
изоляторах
,
основная
частота
акустического
сигнала
дефектов
,
выявляемых
на
данных
изоляторах
,
составила
90–100
кГц
. [3].
В
свя
-
зи
с
данной
особенностью
необходимо
обращать
внимание
на
материал
обследуемого
объекта
.
Распространенные
дефекты
,
выявляемые
УЗК
Наиболее
часто
выявляемое
оборудование
рас
-
пределительных
устройств
с
повышенным
акусти
-
ческим
сигналом
,
на
которое
необходимо
обращать
внимание
,
представлено
в
таблице
1.
Низкая
информативность
при
обследовании
обору
дования
110
кВ
и
выше
По
результатам
опыта
эксплуатации
высокие
по
-
казатели
эффективности
метода
УЗК
были
получе
-
ны
в
электроустановках
35
кВ
и
ниже
.
Сложность
определения
дефектов
в
установках
110
кВ
и
выше
обусловлена
напряженностью
поля
и
геометрией
острых
выступов
(
торчащие
из
аппаратных
зажимов
необрезанные
куски
провода
,
острые
углы
аппарат
-
ных
зажимов
,
ножи
разъединителей
),
на
которых
происходит
коронирование
.
Например
,
мы
можем
наблюдать
повышенный
уровень
сигнала
на
отключенных
секционных
разъ
-
единителях
110
кВ
,
на
опорно
-
стержневых
изолято
-
рах
встречаются
квадратные
стальные
пластины
на
фланцах
крепления
с
углами
90
градусов
,
у
которых
также
наблюдается
повышенный
акустический
сиг
-
нал
.
На
снимке
,
сделанном
при
помощи
камеры
DayCor
Classic (
рисунок
2),
показан
коронный
разряд
на
ме
-
таллическом
шплинте
пальца
зажима
в
нижней
части
изолятора
.
При
проведении
УЗК
специалист
лока
-
лизует
и
диагностирует
данную
область
как
дефект
,
так
как
интенсивность
сигнала
от
металлической
конструкции
будет
иметь
большой
уровень
сигнала
.
С
учетом
вышеперечисленного
дефект
изолятора
при
верховом
осмотре
не
подтвердится
.
Именно
из
-
за
этой
особенности
УЗК
наиболее
эффективен
на
оборудовании
до
35
кВ
,
где
проявления
коронных
разрядов
на
острых
углах
—
явление
более
редкое
.
Факторы
,
влияющие
на
уровень
акустического
сигнала
Уровень
акустического
сигнала
зависит
от
интен
-
сивности
происходящего
процесса
и
от
расстояния
между
источником
и
прибором
(
звук
может
отражать
-
ся
от
предметов
,
при
этом
теряя
мощность
).
Поэтому
для
обнаружения
источника
сигнала
необходимо
произвести
определение
его
локации
с
разных
точек
.
Так
как
по
ультразвуковому
контролю
не
приня
-
то
никаких
нормативных
значений
(
предельно
-
до
-
пустимых
значений
контролируемых
параметров
),
то
согласно
инструкции
фирмы
-
производителя
Ultraprobe-2000
были
приняты
три
уровня
оценки
со
-
стояния
оборудования
по
уровню
акустического
сиг
-
нала
:
1)
до
8
дБ
—
начальный
уровень
(
обратить
внимание
);
2) 8–20
дБ
—
повышенный
уровень
(
развившийся
де
-
фект
);
3) 20
дБ
и
выше
—
аварийный
уровень
(
риск
повреж
-
дения
).
Проведенный
анализ
и
сопоставление
система
-
тизированных
результатов
УЗК
и
высоковольтных
испытаний
,
проведенных
специалистами
отдела
диа
-
гностики
совместно
со
службой
изоляции
электричес
-
ких
сетей
,
дает
основание
сделать
заключение
,
что
дефектное
оборудование
6–10
кВ
с
уровнем
сигнала
15
дБ
и
более
не
выдерживает
высоковольтных
ис
-
пытаний
в
соответствии
с
РД
34.45-51.300-97 «
Объем
и
нормы
испытаний
электрооборудования
».
В
настоящий
время
принято
значение
акустиче
-
ского
сигнала
для
аварийного
уровня
—
от
15
дБ
и
выше
.
Рис
. 2.
Коронный
разряд
на
ме
-
таллическом
шплинте
пальца
зажи
-
ма
в
нижней
части
изо
-
лятора
ВЛ
110
кВ
Табл
. 1.
Оборудование
с
наиболее
часто
выявляемыми
дефектами
Вид
оборудования
Процент
от
общего
числа
выявленных
дефектов
, %
Проходные
изоляторы
6–10
кВ
34
Концевые
муфты
кабелей
6–10
кВ
12
Литые
ТТ
и
ТН
6–10
кВ
14
Опорные
изоляторы
6–10–35
кВ
40
ДИАГНОСТИКА
123
ПОДТВЕРЖДЕНИЕ
ДЕФЕКТОВ
ДРУГИМИ
МЕТОДАМИ
И
ПРИБОРАМИ
На
концевых
муфтах
кабеля
и
ТТ
10
кВ
с
помощью
тепло
-
визора
в
местах
локализации
ультразвука
были
обнаружены
нагревы
изоляции
(
рисунки
3–5).
Одно
временно
с
акустической
регистрацией
частичных
раз
-
рядов
(
ЧР
)
в
изоляторах
реги
-
стрировались
сигналы
с
исполь
-
зованием
антенн
для
приема
электромагнитного
излучения
[3],
данный
метод
по
сравнению
с
акустическим
более
информативен
,
но
и
более
трудоемок
.
ВЫВОДЫ
Главными
и
решающими
факторами
применения
метода
ультразвукового
контроля
на
оборудова
-
нии
35
кВ
и
ниже
являются
высокая
информатив
-
ность
и
однозначность
получаемых
параметров
,
простота
использования
,
малый
вес
,
компакт
-
ность
,
минимальное
время
,
затрачиваемое
на
обследование
,
отсутствие
необходимости
отклю
-
чения
оборудования
.
УЗК
оборудования
одной
ПС
занимает
от
15
до
40
мин
.
Все
это
позволяет
орга
-
низовать
обследование
оборудования
совместно
с
тепловизионным
контролем
.
Высокая
эффективность
описанного
метода
позволяет
за
сезон
бригаде
технического
диагно
-
стирования
из
двух
специалистов
проводить
об
-
следования
порядка
150
подстанций
35–110
кВ
.
Рис
. 3.
Нагрев
изоляции
в
ТТ
.
Уровень
акустического
сигнала
составил
15,5
дБ
Рис
. 4.
Нагрев
изоляции
в
КЛ
.
Уровень
акустического
сигнала
составил
15,5
дБ
Рис
. 5.
Нагрев
фарфоровой
рубашки
проходного
изолятора
.
Уровень
акус
-
тического
сигнала
составил
11,5
дБ
ЛИТЕРАТУРА
1.
Борц
А
.
Д
.,
Закин
Я
.
Х
.,
Иванов
Ю
.
В
.
Диагностика
тех
-
нического
состояния
автомобиля
.
М
.:
Транспорт
, 1979.
160
с
.
2.
Хасанов
Р
.
Х
.
Диагностирование
электрооборудова
-
ния
как
элемент
обеспечения
безопасности
авто
-
транспортных
средств
/
Р
.
Х
.
Хасанов
,
Е
.
С
.
Сидорин
,
В
.
С
.
Голованов
//
Университетский
комплекс
как
реги
-
ональный
центр
образования
,
науки
и
культуры
:
Ма
-
териалы
всероссийской
науч
.-
метод
.
конф
.
с
между
-
народным
участием
.
Оренбургский
гос
.
университет
.
Оренбург
, 2013.
3.
Известия
Томского
политехнического
университета
.
Т
. 309.
Томск
:
Изд
-
во
ТПУ
, 2006.
№
2.
С
. 83–87.
4.
Базанов
В
.
П
.,
Спирин
М
.
В
.,
Тураев
В
.
А
.
Ультразвуко
-
вой
метод
контроля
фарфоровой
изоляции
воздушных
линий
электропередачи
35–220
кВ
//
Энергетик
, 2000.
№
4.
С
. 16–17.
Вниманию
специалистов
!
Выходит
из
печати
книга
Гуревича
В
.
И
.
ЗАЩИТА
ОБОРУДОВАНИЯ
ПОДСТАНЦИЙ
ОТ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ИМПУЛЬСА
Стоимость
издания
— 920
руб
.
Заказать
книгу
можно
в
издательстве
Инфра
-
Инженерия
:
http://www.infra-e.ru/products/protecsubstequip,
е
-mail: infra-e@yandex.ru, skype: infra_e
В
книге
рассмотрены
практические
аспекты
защиты
электрооборудования
подстанций
на
примере
микропроцессорных
устройств
релейной
защиты
(
МУРЗ
)
и
силовых
трансфор
-
маторов
от
разрушительного
воздействия
электромагнитного
импульса
высотного
ядерного
взрыва
и
других
видов
преднамеренных
электромагнитных
деструктивных
воздействий
,
обо
-
рудование
для
производства
которых
интенсивно
разрабатывается
и
совершенствуется
в
по
-
следние
годы
.
Предложены
различные
технические
решения
и
организационные
мероприя
-
тия
,
направленные
на
повышение
живучести
подстанций
.
Книга
рассчитана
на
специалистов
,
занимающихся
эксплуатацией
электрооборудования
на
подстанциях
,
проектировщиков
,
про
-
изводителей
МУРЗ
,
руководителей
отрасли
,
а
также
может
быть
полезна
преподавателям
,
аспирантам
и
студентам
вузов
,
специализирующихся
в
области
электроэнергетики
.
№
3 (42) 2017
Оригинал статьи: Методы эффективного технического диагностирования оборудования. Ультразвуковой контроль ПС 35–110 кВ
За последнее десятилетие в соответствии с мировой тенденцией, а также развитием процесса перехода от планово-предупредительного ремонта к ремонту по техническому состоянию в России получил широкое распространение неразрушающий контроль технического состояния оборудования, в том числе позволяющий обследовать оборудование, не прекращая технологического процесса передачи электроэнергии. В связи с данным положением на рынке технических средств появилась масса новых разработок по диагностике оборудования, что в свою очередь повлекло за собой проблему выбора и внедрения в производство наиболее эффективных из вновь появляющихся методов. Главной проблемой для эксплуатационного персонала в выборе новых методов и приборов является определение эффективности применения того или иного метода. В данной статье отражены предложения по определению эффективности диагностических параметров, получаемых с помощью новых приборов и оборудования, а также приведен опыт применения одного из эффективных методов технического
диагностирования оборудования.
