Прогнозирование пробоев изоляции линий электропередачи 10–110 кВ и определение их остаточного ресурса

Page 1
background image

Page 2
background image

138

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

Прогнозирование

 

пробоев

 

изоляции

 

линий

 

электропередачи

 

10–110 

кВ

 

и

 

определение

 

их

 

остаточного

 

ресурса

Мурин

 

И

.

В

., 

филиал

 «

МРСК

 

Сибири

» — «

Омскэнерго

»

д

.

т

.

н

Никитин

 

К

.

И

., 

Поляков

 

Д

.

А

.,

 

ОмГТУ

Аннотация

В

 

процессе

 

эксплуатации

 

линий

 

электропередачи

 

естественное

 

разрушение

 

изоляции

 

может

 

стать

 

причиной

 

короткого

 

замыкания

способного

 

повлечь

 

за

 

собой

 

значитель

-

ное

 

повреждение

 

оборудования

 

и

следовательно

существенные

 

экономические

 

по

-

тери

В

 

связи

 

с

 

этим

 

возникает

 

необходимость

 

контролировать

 

состояние

 

изоляции

 

на

 

протяжении

 

срока

 

ее

 

эксплуатации

 

известными

 

методами

В

 

статье

 

раскрывается

 

решение

 

данного

 

вопроса

которое

 

заключается

 

в

 

разработке

 

метода

 

и

 

устройства

 

ав

-

томатического

 

определения

 

остаточного

 

ресурса

 

и

 

предпробойного

 

состояния

 

изоля

-

ции

 

в

 

режиме

 

онлайн

что

 

явилось

 

целью

 

научно

-

исследовательской

 

работы

.

Ключевые

 

слова

:

прогнозирование

 

пробоев

 

изоляции

прогнозирующая

 

защита

остаточный

 

ресурс

предпробойное

 

состояние

 

изоляции

стеклянная

 

и

 

фарфоровая

 

изоляция

изоляция

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

линии

 

электропередачи

частичные

 

разряды

устройство

 

мониторинга

передача

 

данных

Введение

Одним

 

из

 

самых

 

уязвимых

 

и

 

ненадежных

 

элементов

 

электроустановок

 

является

 

изоляция

Линии

 

электропередачи

 (

ЛЭП

не

 

исключение

Это

 

связано

 

с

 

тем

что

 

изоляция

 

подвержена

 

старению

 

под

 

воздействием

 

внешних

 

и

 

внутренних

 

разрушающих

 

факторов

среди

 

которых

 

может

 

быть

 

температура

частичные

 

разряды

влажность

 

и

 

др

. [1–3]. 

Поэтому

 

желательно

 

контролировать

 

состояние

 

изоляции

 

на

 

протяжении

 

всего

 

срока

 

ее

 

эксплуатации

Для

 

этого

 

могут

 

проводиться

 

следующие

 

мероприятия

 [4, 5]:

 

испытание

 

повышенным

 

напряжением

 

различной

 

формы

 — 

постоянным

синусоидальным

 

50 

Гц

, 0,1 

Гц

 (

при

 

данном

 

виде

 

испытаний

 

предполагается

что

 

произойдет

 

пробой

 

в

 

местах

 

имеющихся

 

дефектов

);


Page 3
background image

139

УПРАВЛЕНИЕ

 

ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ

 

АКТИВАМИ

 

измерение

 

сопротивления

 

изоляции

 

до

 

и

 

после

 

проведения

 

испытаний

 [6];

 

измерение

 

диэлектрических

 

потерь

  (

контроль

 

величины

 

тангенса

 

угла

 

диэлектрических

 

потерь

);

 

измерение

 

частичных

 

разрядов

  (

ЧР

) (

как

 

правило

контроль

 

одной

 

или

 

нескольких

 

характеристик

например

существенное

 

возрастание

 

мощности

 

частичных

 

разрядов

 

после

 

ее

 

кратковременного

 

снижения

 

говорит

 

о

 

предпробивном

 

состоянии

 

изоля

-

ции

 [7]);

 

измерение

 

емкости

 

кабельных

 

линий

;

 

измерение

 

коэффициента

 

абсорбции

 [8, 9];

 

обследование

 

ЛЭП

 

тепловизионным

 

методом

 (

поиск

 

дефектов

 

изоляции

 

по

 

нагреву

 

изо

-

ляции

) [10];

 

обследование

 

ЛЭП

 

рентгеновским

 

методом

 [11];

 

измерение

 

и

 

анализ

 

возвратного

 

напряжения

 [9]; 

 

метод

 

рефлектометрии

 (

импульсный

высокочастотный

) [12].

Испытания

 

повышенным

 

напряжением

 

являются

 

разрушающими

 

для

 

изоляции

 

и

 

могут

 

сократить

 

срок

 

ее

 

службы

Также

 

разрушающими

 

для

 

некоторых

 

типов

 

изоляции

 

могут

 

быть

 

испытания

подразумевающие

 

использование

 

постоянного

 

напряжения

 

ввиду

 

воз

-

можности

 

накопления

 

объемного

 

заряда

 

в

 

микровключениях

 

изоляции

 [13, 14], 

который

 

может

 

ускорить

 

развитие

 

дефектов

что

 

приведет

 

к

 

пробою

 

изоляции

 

в

 

краткосрочной

 

пер

-

спективе

Остальные

 

методы

 

контроля

 

состояния

 

изоляции

 

являются

 

неразрушающими

 

и

 

не

 

влияют

 

на

 

срок

 

ее

 

службы

.

Известно

что

 

любая

 

изоляция

 

подвергается

 

необратимым

 

естественным

 

процессам

 

старения

вследствие

 

чего

 

происходит

 

разрушение

 

изоляционного

 

материала

Происхо

-

дит

 

накопление

 

и

 

аккумулирование

 

дефектов

 

на

 

молекулярном

 

уровне

называемое

 

уста

-

лостными

 

явлениями

Разрушение

 

изоляции

 

может

 

происходить

 

по

 

следующим

 

причинам

1. 

Электрическое

 

старение

Основной

 

причиной

 

является

 

непосредственно

 

электрическое

 

поле

 

высокой

 

напряжен

-

ности

Обычно

 

различными

 

дефектами

 

являются

 

микровключения

которые

 

заполнены

 

газом

 

или

 

крупицами

 

различных

 

веществ

которые

 

попали

 

в

 

изоляцию

 

в

 

процессе

 

ее

 

из

-

готовления

Под

 

воздействием

 

высокой

 

напряженности

 

электрического

 

поля

 

происходит

 

пробой

 

в

 

местах

 

расположения

 

дефектов

Это

 

явление

 

называется

 

частичным

 

разрядом

 

(

ЧР

) [10–12].

При

 

появлении

 

ЧР

 

в

 

изоляции

 

происходят

 

следующие

 

процессы

 [12]:

 

протекание

 

импульсного

 

тока

 

в

 

цепях

 

с

 

источниками

 

частичных

 

разрядов

;

 

электромагнитное

 

излучение

;

 

световое

 

излучение

;

 

ударные

 

волны

;

 

разложение

 

диэлектрика

 

на

 

молекулярные

 

группы

 

в

 

зоне

 

ЧР

;

 

нагрев

 

локальных

 

объемов

 

изоляции

.

Все

 

эти

 

процессы

 

вызывают

 

разрушение

 

изоляции

Так

 

как

 

ЧР

 

появляются

 

периоди

-

чески

 

и

 

разрушают

 

диэлектрик

от

 

этого

 

все

 

микродефекты

 

увеличиваются

 

в

 

объеме

Любое

 

изменение

 

размеров

 

дефекта

 

приводит

 

к

 

изменению

 

характеристик

 

частичных

 

разрядов

 [4], 

поэтому

 

оценка

 

характеристик

 

ЧР

 — 

один

 

из

 

способов

 

контроля

 

состояния

 

изоляции

Однако

 

на

 

ранних

 

стадиях

 

развития

 

дефекта

 

характеристики

 

ЧР

 

трудно

 

опре

-

делить

так

 

как

 

дефект

 

в

 

изоляции

 

в

 

некоторых

 

случаях

 

может

 

развиться

 

до

 

пробоя

 

за

 

несколько

 

секунд

 [13].


Page 4
background image

140

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

2. 

Термическое

 

старение

Под

 

воздействием

 

высоких

 

температур

 

происходит

 

термическая

 

и

 

термоокислительная

 

де

-

струкция

 

полиэтилена

 [14], 

происходит

 

разрушение

 

полиэтилена

 

на

 

молекулярном

 

уровне

На

-

иболее

 

опасна

 

термоокислительная

 

деструкция

так

 

как

 

в

 

присутствии

 

кислорода

 

разрушение

 

в

 

полиэтилене

 

происходит

 

более

 

интенсивно

 [14]). 

В

 

результате

 

в

 

изоляции

 

могут

 

появиться

 

ЧР

ускоряющие

 

процесс

 

ее

 

разрушения

.

Надо

 

понимать

что

 

воздействие

 

температуры

 

также

 

может

 

оказывать

 

положительное

 

воз

-

действие

 

на

 

состояние

 

диэлектрика

Например

в

 [15] 

описывается

 

исследование

показыва

-

ющее

 

снижение

 

амплитуды

 

ЧР

 

после

 

проведения

 

искусственного

 

температурного

 

старения

 

полиэтилена

 

в

 

течение

 400 

часов

.

3. 

Механическое

 

старение

Механическое

 

старение

 

диэлектрика

 (

полиэтилена

возникает

 

при

 

высоких

 

механических

 

на

-

пряжениях

  (

например

при

 

изгибе

 

провода

), 

которые

 

превышают

 

энергию

 

связи

 

атомов

 [14]. 

Вследствие

 

чего

 

происходит

 

разрушение

 

молекулярной

 

структуры

 

полиэтилена

.

4. 

Увлажнение

 

изоляции

В

 

условиях

 

повышенной

 

влажности

 

вода

 

проникает

 

в

 

изоляцию

 

и

 

заполняет

 

дефекты

образу

-

ющиеся

 

в

 

процессе

 

ее

 

изготовления

Это

 

явление

 

называется

 

водным

 

триингом

 [16]. 

В

 

резуль

-

тате

 

появляются

 

частичные

 

разряды

а

 

дефект

 

начинает

 

увеличиваться

 

в

 

размерах

5. 

Радиация

Действие

 

радиации

 

на

 

диэлектрик

 

может

 

приводить

 

к

 

различным

 

повреждениям

 

на

 

молеку

-

лярном

 

уровне

Происходит

 

изменение

 

структуры

состояния

 

вещества

Носители

 

заряда

ко

-

торые

 

образуются

 

в

 

облучаемом

 

веществе

создают

 

стационарные

 

и

 

нестационарные

 

токи

Это

 

приводят

 

к

 

накоплению

 

объемного

 

заряда

 

в

 

диэлектриках

который

 

может

 

сохраняться

 

в

 

течение

 

длительного

 

времени

 [17].

6. 

УФ

-

излучение

УФ

-

излучение

 

имеет

 

широкий

 

диапазон

 

длины

 

волн

Наиболее

 

опасным

 

для

 

изоляции

 

из

 

поли

-

этилена

 

является

 

ультрафиолетовое

 

излучение

В

 

полиэтилене

 

возникает

 

явление

 

фотохими

-

ческой

 

деструкции

 — 

разрушение

 

молекул

 

под

 

влиянием

 

ультрафиолетового

 

излучения

 [14].

7. 

Химические

 

воздействия

При

 

химическом

 

воздействии

 

происходит

 

разрушение

 

макромолекул

 

полиэтилена

Такой

 

вид

 

разрушения

 

изоляции

 

обычен

 

при

 

эксплуатации

 

полиэтиле

-

на

 

в

 

агрессивной

 

среде

 [14].

В

 

процессе

 

эксплуатации

 

ЛЭП

 

может

 

подвергаться

 

воздействию

 

всех

 

вышепе

-

речисленных

 

разрушающих

 

факторов

 

в

 

той

 

или

 

иной

 

степени

Однако

 

в

 

некоторых

 

случаях

 

воздействием

 

раз

-

рушающих

 

факторов

 

можно

 

пренебречь

Конструкция

 

ка

-

бельных

 

линий

 

такова

 (

рису

-

нок

 1), 

что

 

существенное

 

воз

-

действие

 

на

 

изоляцию

 

могут

 

оказывать

 

только

 

напряжен

-

Рис

. 1. 

Конструкция

 

одножильного

 

кабеля

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сши

-

того

 

полиэтилена

: 1 — 

алюминиевая

 

или

 

медная

 

токопрово

-

дящая

 

жила

; 2 —

полупроводящий

 

слой

 

из

 

сшитой

 

полимерной

 

композиции

; 3 — 

изоляция

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

; 4 — 

полу

-

проводящий

 

слой

 

из

 

сшитой

 

полимерной

 

композиции

; 5 — 

слой

 

из

 

электропроводящей

 

водоблокирующей

 

ленты

; 6 — 

экран

 

из

 

медных

 

проволок

скрепленных

 

медной

 

лентой

; 7 — 

слой

 

из

 

электропроводящих

 

водоблокирующих

 

лент

; 8 — 

полиэтилено

-

вая

 

оболочка


Page 5
background image

141

УПРАВЛЕНИЕ

 

ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ

 

АКТИВАМИ

ность

 

электрического

 

поля

температура

 

и

 

радиация

кроме

 

того

возможно

 

увлажнение

 

изоляции

но

 

это

 

воздействие

 

существенно

 

снижает

 

наличие

 

водоблокирующей

 

ленты

.

Одним

 

из

 

основных

 

недостатков

 

испытаний

 

изоляции

 

и

 

методов

 

контроля

 

ее

 

состояния

 

яв

-

ляется

 

их

 

периодический

 

характер

Промежуток

 

между

 

мероприятиями

 

по

 

контролю

 

состояния

 

изоляции

 

может

 

достигать

 

нескольких

 

лет

Так

 

как

 

процесс

 

старения

 

изоляции

 

непрерывен

за

 

время

 

между

 

измерением

 

контролируемых

 

параметров

 

в

 

изоляции

 

может

 

образоваться

 

и

 

раз

-

виться

 

дефект

который

 

приведет

 

к

 

короткому

 

замыканию

.

Однако

 

использование

 

некоторых

 

неразрушающих

 

методик

 

контроля

 

состояния

 

изоляции

 

позволяет

 

использовать

 

разработанные

 

системы

 

онлайн

-

мониторинга

 [4, 15], 

которые

 

позво

-

ляют

 

производить

 

непрерывный

 

контроль

 

параметров

  (

например

мощности

 

частичных

 

раз

-

рядов

), 

по

 

которым

 

можно

 

определить

 

остаточный

 

ресурс

 

изоляции

 

или

 

ее

 

предпробойное

 

состояние

Тем

 

не

 

менее

 

существенным

 

недостатком

 

остается

 

необходимость

 

контроля

 

изме

-

ряемых

 

параметров

 

человеком

.

Таким

 

образом

учитывая

 

вышесказанное

самой

 

актуальной

 

проблемой

 

сейчас

 

является

 

раз

-

работка

 

метода

 

автоматического

 

определения

 

остаточного

 

ресурса

 

изоляции

 

в

 

режиме

 

онлайн

.

Метод

 

оценки

 

остаточного

 

ресурса

 

по

 

уровню

 

характеристик

 

частичных

 

разрядов

 

показы

-

вает

 

хорошие

 

результаты

 

при

 

его

 

использовании

 

для

 

определения

 

предпробивного

 

состояния

 

изоляции

так

 

как

 

характеристики

 

частичных

 

разрядов

 

показывают

 

существенные

 

изменения

 

только

 

непосредственно

 

перед

 

пробоем

Определение

 

остаточного

 

ресурса

 

изоляции

 

в

 

дол

-

госрочной

 

перспективе

 

с

 

помощью

 

этого

 

метода

 

проблематично

 

ввиду

 

соизмеримости

 

сигна

-

лов

 

частичных

 

разрядов

 

с

 

уровнем

 

шумов

Однако

 

использование

 

этого

 

метода

 

в

 

совокупно

-

сти

 

с

 

мониторингом

 

температуры

 

изоляции

 

и

 

других

 

разрушающих

 

факторов

 

позволит

 

более

 

точно

 

определять

 

остаточный

 

ресурс

 

изоляции

 

при

 

использовании

 

специально

 

разработанной

 

математической

 

модели

 

старения

 

изоляции

.

Цели

 

и

 

задачи

Известно

что

 

одной

 

из

 

наиболее

 

острых

 

проблем

 

при

 

использовании

 

контроля

 

состояния

 

изо

-

ляции

 

на

 

основе

 

мониторинга

 

характеристик

 

частичных

 

разрядов

 

является

 

точность

 

регистра

-

ции

 

сигналов

 

частичных

 

разрядов

Исходя

 

из

 

этого

основной

 

целью

 

данной

 

работы

 

является

 

повышение

 

точности

 

регистрации

 

характеристик

 

частичных

 

разрядов

 

для

 

последующей

 

обра

-

ботки

 

данных

 

с

 

целью

 

прогнозирования

 

пробоя

 

изоляции

 

и

 

его

 

предотвращения

 

путем

 

автома

-

тического

 

отключения

 

поврежденного

 

элемента

 

с

 

предварительным

 

включением

 

секционного

 

выключателя

 

для

 

исключения

 

перерыва

 

питания

 

электрооборудования

.

Поставленной

 

цели

 

предлагается

 

достичь

 

путем

 

реализации

 

следующих

 

задач

:

 

использовать

 

датчик

позволяющий

 

производить

 

первичную

 

обработку

 

сигнала

 

с

 

помощью

 

аппаратных

 

средств

 (

фильтров

), 

регистрировать

 

и

 

передавать

 

высокочастотные

 

всплески

 

малых

 

величин

 

тока

 

и

 

напряжения

 

на

 

участках

 

линии

 

электропередачи

 [16];

 

использовать

 

подходящий

 

математический

 

аппарат

позволяющий

 

проанализировать

 

отфиль

-

трованный

 

сигнал

 

для

 

выявления

 

частичных

 

разрядов

 

и

 

определения

 

их

 

характеристик

.

Датчик

 

тока

 

и

 

напряжения

 

для

 

воздушной

 

и

 

кабельной

 

ЛЭП

Для

 

измерения

 

характеристик

 

частичных

 

разрядов

 

требуется

 

возможность

 

регистрации

 

вы

-

сокочастотных

 

составляющих

 

спектра

 

сигналов

 

тока

 

и

 

напряжения

 

линий

 

электропередачи

В

 

связи

 

с

 

этим

 

использование

 

традиционных

 

измерительных

 

трансформаторов

 

тока

 

и

 

напря

-

жения

 

на

 

электромагнитном

 

принципе

 

для

 

указанных

 

целей

 

невозможно

.


Page 6
background image

142

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

В

 

связи

 

с

 

этим

 

предлагается

 

использовать

 

новую

 

конструк

-

цию

 

датчика

позволяющего

 

ре

-

гистрировать

 

одновременно

 

ток

 

и

 

напряжение

 

питающей

 

сети

 

(

рисунки

 2 

и

 3). 

Достаточной

 

точ

-

ности

 

регистрации

 

высокочастот

-

ных

 

составляющих

 

предлагается

 

достичь

 

за

 

счет

 

использования

 

безынерционных

 

резистивных

 

шунтов

 

и

 

делителей

не

 

вносящих

 

искажения

 

в

 

формы

 

сигналов

.

Сигналы

 

тока

 

и

 

напряжения

снимаемые

 

с

 

линии

 

электропе

-

редачи

передаются

 

на

 

блок

 

пре

-

образования

 

сигналов

используемый

 

для

 

следующих

 

задач

:

 

преобразование

 

сигналов

 

с

 

помощью

 

аппаратных

 

средств

  (

например

полосового

 

филь

-

тра

для

 

упрощения

 

анализа

 

сигналов

 

с

 

целью

 

выявления

 

частичных

 

разрядов

;

 

оцифровка

 

сигналов

 

тока

 

и

 

напряжения

 

для

 

передачи

 

на

 

диспетчерский

 

пункт

 

с

 

высокой

 

частотой

 

дискретизации

 

и

 

разрядностью

 

АЦП

;

 

программные

 

средства

используемые

 

для

 

обработки

 

сигнала

 

до

 

его

 

передачи

 

на

 

устрой

-

ство

 

прогнозирующей

 

защиты

  (

обработка

 

данных

 32-

разрядным

 

микроконтроллером

 

с

 

использованием

 

вейвлет

-

преобразований

 

или

 

другого

 

способа

 

обработки

 

данных

 

для

 

анализа

 

сигнала

).

Спектр

 

частот

 

частичных

 

разрядов

 

обширен

 

и

 

может

 

содержать

 

гармоники

 

в

 

диапазоне

 

от

 

не

-

скольких

 

килогерц

 

до

 

сотен

 

мегагерц

 [17]. 

В

 

связи

 

с

 

этим

 

целесообразно

 

использовать

 

полосовой

 

фильтр

 

с

 

полосой

 

пропускания

 

частот

 

от

 10 

кГц

 

до

 100 

МГц

Такой

 

диапазон

 

фильтра

 

выбран

 

с

 

це

-

лью

 

фильтрации

 

основной

 

гармоники

 

тока

 

и

 

напряжения

 (50 

Гц

), 

а

 

также

 

других

 

гармоник

имеющих

-

ся

 

в

 

сети

 

как

 

следствие

 

работы

 

некоторых

 

видов

 

потребителей

 (

выпрямители

регуляторы

 

часто

-

ты

 

вращения

 

двигателей

люминесцентные

 

и

 

газоразрядные

 

лампы

 

и

 

др

.). 

С

 

целью

 

определения

 

Траверсы

Провод

 

ЛЭП

Блок

преобразования

 

сигналов

Передача

 

информации

 

на

 

диспетчерский

 

пункт

Рис

. 2. 

Структурная

 

схема

 

датчика

 

тока

 

и

 

напряжения

 

для

 

воздушной

 

ЛЭП

Передача

 

информации

 

по

 

интерфейсу

 

RS-232

Блок

 

измерения

 

тока

 

в

 

жиле

 

кабеля

Компьютер

Блок

 

обработки

 

и

 

передачи

 

данных

Блок

измерения

 

напряжения

тока

 

экрана

 

и

 

температуры

поверхности

 

кабеля

Связь

 

по

 

радиоканалу

433 

МГц

R

1

R

3

R

4

R

2

Передача

 

ин

-

формации

 

по

 

радиоканалу

433 

МГц

Датчик

 

температуры

Делитель

 

напряжения

Кабель

 

ЛЭП

Рис

. 3. 

Структурная

 

схема

 

датчика

 

тока

 

и

 

напряжения

 

для

 

кабельной

 

ЛЭП


Page 7
background image

143

УПРАВЛЕНИЕ

 

ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ

 

АКТИВАМИ

необходимого

 

частот

-

ного

 

диапазона

 

работы

 

устройств

 

было

 

проведе

-

но

 

осциллографирование

 

характеристик

 

частичных

 

разрядов

Был

 

получен

 

импульс

 

ЧР

  (

рисунок

 4) 

и

 

проанализирован

 

его

 

частотный

 

спектр

  (

рису

-

нок

 5), 

показавший

 

на

-

личие

 

в

 

сигнале

 

спектра

 

гармоник

 

до

 20 

МГц

 

с

 

пи

-

ком

 

в

 

области

 1–1,5 

МГц

Однако

 

несмотря

 

на

 

су

-

щественное

 

содержание

 

гармоник

 

низших

 

частот

 

в

 

сигнале

требуется

 

про

-

изводить

 

фильтрацию

 

ос

-

новной

 

гармоники

 (50 

Гц

). 

В

 

связи

 

с

 

этим

 

целесо

-

образно

 

использовать

 

фильтр

 

верхних

 

частот

 

с

 

частотой

 

среза

 100 

кГц

.

Дальнейшая

 

обработ

-

ка

 

сигнала

 

производится

 

с

 

помощью

 

вейвлет

-

пре

-

образований

так

 

как

 

ис

-

пользование

 

этого

 

мето

-

да

 

является

 

рациональным

 

для

 

анализа

 

сигнала

 

с

 

целью

 

распознавания

 

сигналов

 

частичных

 

разрядов

а

 

также

 

упрощает

 

передачу

 

информации

 

на

 

диспетчерский

 

пункт

Кроме

 

того

важным

 

достоинством

 

этого

 

метода

 

является

 

возможность

 

его

 

реализации

 

в

 

современных

 

быстродейст

-

вующих

 32-

разрядных

 

микроконтроллерах

например

на

 

базе

 ARM Cortex-M4 

и

 

др

.

Известно

 [19], 

что

 

мощность

 

частичных

 

разрядов

 

возрастает

 

с

 

увеличением

 

размеров

 

де

-

фекта

затем

 

следует

 

кратковременное

 

снижение

 

мощности

после

 

чего

 

мощность

 

ЧР

 

продол

-

жает

 

расти

 

и

 

в

 

краткосрочной

 

перспективе

 

вызывает

 

пробой

 

изоляции

При

 

этом

 

мощность

 

частичных

 

разрядов

способных

 

привести

 

к

 

пробою

 

изоляции

 

составляет

 

несколько

 

десятков

 

милливатт

в

 

то

 

время

 

как

 

при

 

отсутствии

 

дефектов

 

при

 

номинальном

 

напряжении

 

мощность

 

ЧР

согласно

 

измерениям

не

 

превышает

 150 

мкВт

.

При

 

возникновении

 

динамики

 

роста

 

мощности

 

частичных

 

разрядов

 

последующие

 

действия

 

системы

 

зависят

 

от

 

скорости

 

роста

 

мощности

 

и

 

расчетного

 

времени

 

возникновения

 

пробоя

 

изоляции

.

При

 

быстром

 

развитии

 

дефекта

которое

 

в

 

некоторых

 

случаях

 

может

 

составлять

 

несколь

-

ко

 

секунд

система

 

контроля

 

состояния

 

изоляции

 (

прогнозирующая

 

защита

 [20, 21]) 

передает

 

сигнал

 

на

 

устройства

 

противоаварийной

 

автоматики

которые

 

производят

 

автоматическое

 

от

-

ключение

 

поврежденного

 

элемента

 

с

 

предварительным

 

включением

 

секционного

 

выключате

-

ля

что

 

позволяет

 

избежать

 

и

 

короткого

 

замыкания

перерыва

 

питания

 

электрооборудования

Рис

. 4. 

Импульс

 

частичного

 

разряда

Рис

. 5. 

Частотный

 

спектр

 

частичного

 

разряда

t

нс

U

r

В

800

700

600

500

400

300

200

100

0

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

–0,1

Частота

 (

f

), 10

7

 

Гц

|

P

(

f

)|

2

1,4

1,6

1,8

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0,04

0,035

0,03

0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

0


Page 8
background image

144

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

После

 

автоматического

 

отключения

 

оперативный

 

персонал

 

производит

 

поиск

 

места

 

повре

-

ждения

 

и

 

его

 

ремонт

.

При

 

небольшой

 

скорости

 

развития

 

образовавшегося

 

дефекта

 

система

 

контроля

 

состояния

 

изоляции

 

передает

 

сигнал

 

на

 

автоматизированное

 

рабочее

 

место

 

персонала

 

о

 

необходимости

 

устранения

 

дефекта

Персонал

 

производит

 

поиск

 

местоположения

 

дефекта

 

без

 

отключения

 

напряжения

 

в

 

штатном

 

режиме

 

и

 

устраняет

 

его

При

 

этом

 

также

 

исключается

 

перерыв

 

питания

 

электропотребителей

.

Прогнозирующая

 

защита

Принцип

 

действия

 

прогнозирующей

 

защиты

 

заключается

 

в

 

мониторинге

 

разрушающих

 

изо

-

ляцию

 

воздействий

 (

частичных

 

разрядов

температуры

влажности

 

окружающей

 

среды

уль

-

трафиолетового

 

излучения

 

и

 

др

.) [18]. 

Так

 

как

 

с

 

помощью

 

устройства

 

прогнозирующей

 

защиты

 

можно

 

контролировать

 

сразу

 

несколько

 

ЛЭП

целесообразно

 

установить

 

центральный

 

блок

 

обработки

 

данных

 

в

 

диспетчерском

 

пункте

.

Таким

 

образом

информация

 

о

 

частичных

 

разрядах

 

с

 

датчика

 

тока

 

и

 

напряжения

 

передает

-

ся

 

в

 

диспетчерский

 

пункт

 

на

 

центральный

 

блок

 

прогнозирующей

 

защиты

который

 

собирает

 

ин

-

формацию

 

со

 

всех

 

датчиков

используемых

 

для

 

определения

 

остаточного

 

ресурса

 

изоляции

производит

 

оценочный

 

расчет

 

остаточного

 

ресурса

 

изоляции

 

и

 

определяет

 

ее

 

предпробойное

 

состояние

 

в

 

случае

 

его

 

возникновения

.

Информация

 

об

 

остаточном

 

ресурсе

 

может

 

сообщаться

 

персоналу

 

предприятия

 

для

 

кор

-

ректировки

 

плановых

 

ремонтных

 

мероприятий

В

 

случае

 

возникновения

 

предпробойного

 

со

-

стояния

 

какого

-

либо

 

из

 

участков

 

ЛЭП

 

соответствующая

 

информация

 

также

 

передается

 

пер

-

соналу

 

и

в

 

случае

 

необходимости

поврежденный

 

элемент

 

отключается

 

до

 

возникновения

 

короткого

 

замыкания

 

с

 

предварительным

 

включением

 

секционного

 

выключателя

 

для

 

исклю

-

чения

 

перерыва

 

питания

 

электрооборудования

.

Методика

 

расчета

 

остаточного

 

ресурса

Расчет

 

остаточного

 

ресурса

 

необходимо

 

производить

 

исходя

 

из

 

математической

 

модели

 

ста

-

рения

 

изоляции

В

 

настоящее

 

время

 

известны

 

модели

предложенные

 

Журковым

Крайном

модель

 

на

 

основе

 

закона

 

Аррениуса

 

и

 

обратной

 

степенной

 

модели

а

 

также

 

модель

предло

-

женная

 

Г

.

С

Кучинским

 [1, 22–26]. 

Стоит

 

отметить

что

 

из

 

литературных

 

источников

 

неизвестно

 

о

 

создании

 

математической

 

модели

учитывающей

 

весь

 

спектр

 

возможных

 

воздействий

 

на

 

изоляцию

и

 

существующие

 

модели

 

основываются

 

на

 

воздействии

 

электрического

 

поля

 

и

 

тем

-

пературы

Предлагается

 

за

 

основу

 

расчета

 

взять

 

модель

 

Кучинского

согласно

 

которой

 

срок

 

службы

 

изоляции

 

можно

 

рассчитать

 

по

 

формуле

:

 

сл

 = 

AE

n

 

exp 

(

W

a

 / 

kT

). (1)

Согласно

 [1], 

срок

 

службы

 

изоляции

 

определяется

 

мощностью

 

частичных

 

разрядов

 

и

 

ско

-

ростью

 

химических

 

реакций

 

при

 

термической

 

и

 

термоокислительной

 

деструкции

 

изоляци

-

онного

 

материала

определяемой

 

законом

 

Аррениуса

Кроме

 

того

примем

 

допущение

что

 

изоляционный

 

материал

 

признается

 

непригодным

 

к

 

эксплуатации

 

при

 

разрушении

 35% 

его

 

структуры

так

 

как

 

при

 

превышении

 

этого

 

значения

 

вероятность

 

пробоя

 

изоляции

 

сущест

-

венно

 

возрастает

 [27].

Кроме

 

того

для

 

расчета

 

срока

 

службы

 

изоляции

 

требуется

 

учет

 

в

 

формуле

 

степени

 

раз

-

рушения

 

материала

Предполагается

что

 

в

 

константе

 

А

 

заложена

 

степень

 

разрушения

 

ма

-


Page 9
background image

145

УПРАВЛЕНИЕ

 

ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ

 

АКТИВАМИ

териала

 

и

 

коэффициенты

 

функций

 

мощности

 

частичных

 

разрядов

 

и

 

константы

 

К

уравнения

 

Аррениуса

.

Следовательно

формулу

 (1) 

можно

 

представить

 

в

 

виде

:

 

ln

 (

N

t

 

N

0

)

 

сл

 = —

— (2)

 

с

 

· 

B

 

· 

E

n

· 

K

0

· 

exp

 

(–

W

a

 / 

kT

)

или

:

 

ln

 (

N

t

 

N

0

)

 

сл

 = —, (3)

 

с

 

· 

P

ЧР

· 

K

t

 

(

T

)

где

 

N

t

 — 

количество

 

молекул

 

вещества

 

в

 

единице

 

объема

 

при

 

критической

 

степени

 

разруше

-

ния

 

материала

N

0

 — 

количество

 

молекул

 

вещества

 

в

 

единице

 

объема

 

до

 

начала

 

разрушения

принято

 

N

t

 

N

0

 = 0,65, 

P

ЧР

 = 

В

 

 

E

n

 — 

мощность

 

частичных

 

разрядов

В

 — 

константа

E

 — 

на

-

пряженность

 

электрического

 

поля

n

 — 

показатель

 

степени

зависящий

 

от

 

типа

 

и

 

структуры

 

материала

K

t

(

T

) = 

К

0

 

 

e

(-

W

a

/

kT

)

 — 

коэффициент

 

скорости

 

химических

 

реакций

 

при

 

температуре

 

в

 

данный

 

момент

 

времени

К

0

 — 

константа

 

скорости

 

реакции

 

закона

 

Аррениуса

W

a

 — 

энер

-

гия

 

активации

k

 — 

постоянная

 

Больцмана

T

 — 

температура

 

в

 

Кельвинах

с

 — 

умножающий

 

коэффициент

определенный

 

синергизмом

 

воздействия

 

температуры

 

и

 

электрического

 

поля

.

Расчет

 

остаточного

 

ресурса

 

целесообразно

 

производить

 

по

 

формуле

 (2), 

так

 

как

 

возможно

 

увеличение

 

мощности

 

частичных

 

разрядов

 

в

 

изоляции

 

при

 

образовании

 

дефекта

что

 

не

 

всегда

 

является

 

усло