Современные методы диагностики. Дистанционная локация мест возникновения дефектов в изоляции высоковольтного оборудования подстанции

Page 1
background image

Page 2
background image

34

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 1, 

июнь

 2016

34

Современные

 

методы

 

диагностики

Дистанционная

 

локация

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

изоляции

 

высоковольтного

 

оборудования

 

подстанции

В

 

настоящее

 

время

 

в

 

электросете

-

вом

 

комплексе

 

существует

 

практи

-

ка

 

мониторинга

когда

 

системы

 

диа

-

гностики

 

монтируются

 

только

 

на

 

особо

 

ответственном

 

оборудовании

либо

 

используются

 

переносные

 

диагностические

 

приборы

При

 

использовании

 

переносных

 

диагностических

 

приборов

когда

 

измерения

 

выполняются

 

стандартными

 

методами

 

с

 

от

-

ключениями

 

оборудования

возникает

 

вы

-

сокий

 

риск

 

выхода

 

оборудования

 

из

 

строя

 

в

 

период

 

между

 

испытаниями

Поэтому

 

на

 

самом

 

дорогостоящем

 

и

 

ответственном

 

оборудовании

 

монтируются

 

системы

 

он

-

лайн

-

мониторинга

характеризующиеся

 

зна

-

чительной

 

стоимостью

что

 

в

 

свою

 

очередь

 

ограничивает

 

возможность

 

их

 

применения

Данный

 

подход

 

не

 

позволяет

 

в

 

полной

 

мере

 

решать

 

поставленные

 

задачи

 

повыше

-

ния

 

эффективности

 

и

 

надежности

 

работы

 

электрических

 

сетей

Выход

 

из

 

строя

 

обо

-

рудования

 

высоковольтной

 

подстанции

даже

 

обладающего

 

невысокой

 

стоимостью

может

 

привести

 

к

 

длительным

 

перерывам

 

в

 

электроснабжении

 

и

 

значительным

 

убыт

-

кам

 

для

 

электросетевых

 

компаний

Надежность

 

работы

 

электротехниче

-

ского

 

оборудования

 

зависит

 

от

 

состояния

 

его

 

изоляционной

 

системы

Для

 

контроля

 

качества

 

изоляции

 

оборудования

 

в

 

насто

-

ящее

 

время

 

широко

 

используют

 

системы

 

диагностики

 

изоляции

 

по

 

частичным

 

разря

-

дам

В

 

основном

 

данные

 

системы

 

предна

-

значены

 

для

 

контроля

 

силовых

 

трансфор

-

маторов

 

и

 

КРУЭ

а

 

также

 

кабелей

 

среднего

 

и

 

высокого

 

напряжения

Использование

 

метода

 

диагностики

 

оборудования

 

по

 

час

-

тичным

 

разрядам

 

является

 

эффективным

 

средством

 

выявления

 

дефектов

 

на

 

ранних

 

стадиях

 

развития

Обеспечение

 

надежного

 

и

 

непрерывного

 

электроснабже

-

ния

 

потребителей

 

электроэнергией

 

является

 

основной

 

за

-

дачей

 

электросетевых

 

компаний

Надежность

 

в

 

данном

 

случае

 

зависит

 

от

 

состояния

 

эксплуатируемого

 

оборудова

-

ния

 

и

 

своевременного

 

обнаружения

 

и

 

устранения

 

возника

-

ющих

 

в

 

оборудовании

 

дефектов

 

на

 

ранних

 

стадиях

 

разви

-

тия

В

 

связи

 

с

 

этим

 

особую

 

роль

 

электросетевые

 

компании

 

отводят

 

вопросам

 

внедрения

 

современных

 

методов

 

мони

-

торинга

Одним

 

из

 

таких

 

методов

 

является

 

система

 

дистан

-

ционной

 

локации

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

высоко

-

вольтном

 

оборудовании

 

подстанций

.

Александр

 

АЛЕКСАНДРОВ

заместитель

 

начальника

 

отдела

 

инновационного

и

 

научно

-

технического

 

развития

 

ПАО

 

«

МРСК

 

Волги

»

Валерий

 

САЗОНОВ

начальник

 

отдела

диагностики

 

и

 

перенапряжений

 

ПАО

 «

МРСК

 

Волги

»

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 1, 

июнь

 2016

Диагностика


Page 3
background image

35

35

Частичный

 

разряд

  (

ЧР

представляют

 

собой

 

искровой

 

разряд

 

очень

 

маленькой

 

мощности

Частичные

 

разряды

 

воз

-

никают

 

внутри

 

или

 

на

 

поверхности

 

изоляции

 

оборудования

 

и

 

при

 

неоднократном

 

их

 

повторении

 

приводят

 

к

 

разрушению

 

изоляции

 

и

как

 

следствие

оборудования

 

в

 

целом

Частич

-

ные

 

разряды

 «

перекрывают

» 

только

 

часть

 

общего

 

изоляци

-

онного

 

промежутка

 [1]. 

Механизмы

 

возникновения

 

и

 

обнаружения

 

ЧР

 

хорошо

 

изучены

 

и

 

используются

 

в

 

электротехнической

 

промышлен

-

ности

В

 

настоящее

 

время

 

широко

 

применяются

 

следующие

 

методы

 

обнаружения

 

ЧР

электрический

акустический

электромагнитный

оптический

 

и

 

др

. [1–5]. 

Особый

 

интерес

 

представляет

 

электромагнитный

 

метод

 

обнаружения

 

ЧР

 

и

 

созданное

 

на

 

его

 

основе

 

диагностирую

-

щее

 

оборудование

 

для

 

определения

 

возникновения

 

частич

-

ного

 

разряда

 

в

 

изоляции

 

в

 

диапазоне

 

сверхвысоких

 

частот

 

электромагнитного

 

излучения

 (

СВЧ

). 

При

 

этом

 

оборудование

 

для

 

диагностики

 

должно

 

обладать

 

повышенной

 

чувствитель

-

ностью

работать

 

дистанционно

 

в

 

автоматическом

 

режиме

 

и

 

не

 

требовать

 

значительных

 

эксплуатационных

 

расходов

Оптимальным

 

решением

 

для

 

создания

 

автоматизированных

 

систем

 

мониторинга

 

является

 

внедрение

 

комплексных

 

систем

 

диагностирования

 

оборудования

 

высоковольтных

 

подстан

-

ций

позволяющих

 

одновременно

 

контролировать

 

техниче

-

ское

 

состояние

 

всей

 

технологической

 

цепочки

 

передачи

пре

-

образования

 

и

 

контроля

 

электрических

 

параметров

.

В

 

рамках

 

совершенствования

 

методов

 

диагностики

 

ПАО

 

«

МРСК

 

Волги

» (

входит

 

в

 

Группу

 

компаний

 

ПАО

  «

Россети

») 

проведена

 

разработка

 

и

 

установка

 

опытного

 

образца

 

системы

 

диагностического

 

оборудования

 

для

 

дистанционной

 

локации

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

изоляции

 «S-Loc». 

В

 

качестве

 

объекта

 

для

 

монтажа

 

опытного

 

образца

 

системы

 

была

 

выбра

-

на

 

ПС

 110/35/6 «

Петровская

» 

филиала

 

ПАО

 «

МРСК

 

Волги

» – 

«

Саратовские

 

РС

». 

Критерием

 

для

 

выбора

 

объекта

 

послужи

-

ло

 

наличие

 

на

 

подстанции

 

широкого

 

спектра

 

высоковольтного

 

оборудования

 

с

 

различным

 

сроком

 

эксплуатации

  (

В

-110-35, 

ТТ

-110-35, 

ТН

-110-35, 

ОПН

-110-35-6, 

ВЧ

-

заградители

 

и

 

кон

-

денсаторы

ОСИ

-110-35-6, 

подвесная

 

изоляция

 

и

 

т

.

д

.), 

а

 

также

 

наличие

 

постоянного

 

оперативного

 

персонала

Система

 

диа

-

гностического

 

оборудования

 

для

 

дистанционной

 

локации

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

изоляции

 «S-Loc» 

предназначена

 

для

 

определения

 

мест

 

повреждений

 

изоляции

 

бесконтактным

 

методом

 

высоковольтного

 

неэкранированного

 

электрообору

-

дования

 35–220 

кВ

.

Действие

 

дистанционной

 

локации

 

мест

 

возникновения

 

де

-

фектов

 

в

 

изоляции

 

основано

 

на

 

использовании

 

метода

 «

фа

-

зированной

 

решетки

». 

В

 

основу

 

метода

 

определения

 

коорди

-

нат

 

точки

 

возникновения

 

ЧР

 

положен

 

принцип

 

многоканальной

 

синхронной

 

регистрации

 

электромагнитных

 

коле

-

баний

создаваемых

 

частичными

 

разрядами

 [1]. 

Суть

 

мето

-

да

 

заключается

 

в

 

определении

 

задержек

 

между

 

принятыми

 

сигналами

регистрируемыми

 

несколькими

 

каналами

Отсчет

 

времени

 

при

 

регистрации

 

осуществляется

 

от

 

того

 

канала

на

 

который

 

сигнал

 

пришел

 

раньше

 

других

Зная

 

разность

 

прихода

 

сигнала

 

между

 

каналами

 

по

 

времени

скорость

 

рас

-

пространения

 

сигнала

 

и

 

конфигурацию

 

приемных

 

устройств

можно

 

с

 

высокой

 

точностью

 

определить

 

координаты

 

возник

-

новения

 

сигнала

Для

 

определения

 

координат

 

места

 

нахож

-

дения

 

сигнала

 

необходимо

 

иметь

 

как

 

минимум

 

три

 

опорные

 

точки

В

 

этих

 

точках

 

располагаются

 

приемники

 

сигналов

 

АВС

 

(

рисунок

 1). 

Предположим

что

 

источник

 

сигнала

 

расположен

 

в

 

точке

 

О

Тогда

 

отрезки

 

АО

ВО

 

и

 

СО

 

соответствуют

 

рассто

-

янию

 

от

 

точки

 

О

 

до

 

соответствующих

 

вершин

 

АВС

Время

за

 

которое

 

пройдет

 

сигнал

 

расстояние

 O

В

1, 

равно

 

времени

 

про

-

хождению

 

сигнала

 

до

 

вершины

 

В

Тогда

 

длинна

 

отрезка

 

В

1

А

 

равна

 

временной

 

разности

 

в

 

приеме

 

сигнала

 

между

 

верши

-

нами

 

А

 

и

 

В

 

и

 

скорости

 

распространения

 

сигнала

Аналогична

 

ситуация

 

с

 

отрезком

 

В

2

С

Таким

 

образом

используя

 

три

 

при

-

емника

 

сигнала

 

с

 

известным

 

взаимным

 

расположением

 

АВС

можно

 

определить

 

координаты

 

источника

 

сигнала

 

О

Добав

-

ление

 

еще

 

одного

 

приемника

 

делает

 

возможным

 

определе

-

ние

 

источника

 

сигнала

 

с

 

большей

 

точностью

.

В

 

результате

 

исследований

 

была

 

разработана

 

функцио

-

нальная

 

схема

 

реализации

 

системы

 

дистанционной

 

локации

 

дефектов

 

в

 

изоляции

 

подстанции

работающая

 

в

 

онлайн

-

ре

-

жиме

 (

рисунок

 2) 

и

 

методы

 

реализации

 – 

специальное

 

про

-

граммное

 

обеспечение

.

Рис

. 1. 

Схема

 

определения

 

координат

Рис

. 2. 

Функциональные

 

блоки

 

системы

 

дистанционной

 

локации

ц

ц

-Loc» 

предназначена

 

ляции

 

бесконтактным

 

анного

 

электрообору

-

ест

 

возникновения

 

де

-

зовании

 

метода

 «

фа

-

определения

 

коорди

-

Приемные

 

антенны

Прибор

 

регистрации

Концентратор

АРМ


Page 4
background image

36

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 1, 

июнь

 2016

Система

 

состоит

 

из

 

следующих

 

функциональных

 

блоков

:

1. 

Комплект

 

антенн

реализующих

 

лока

-

цию

 

типа

 «

фазированная

 

решетка

».

2. 

Шкаф

 

с

 

прибором

 

регистрации

.

3. 

Секции

 

АРМ

.

Система

 

дистанционной

 

локации

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

изо

-

ляции

 

подстанций

 «S-Loc» 

включает

 

в

 

себя

 

четыре

 

приемные

 

антенны

обра

-

зующие

 «

фазированную

 

решетку

» (

уро

-

вень

 1), 

централизованный

 

шкаф

 

с

 

при

-

бором

 

регистрации

 

и

 

обработки

 

данных

 

с

 

антенн

 (

уровень

 2), 

секцию

 

АРМ

 (

уро

-

вень

 3) 

для

 

отражения

 

информации

 (

ри

-

сунок

 3). 

Прибор

 

регистрации

 

соединен

 

с

 

АРМ

 

через

 Ethernet-

концентратор

что

 

позволяет

 

в

 

дальнейшем

 

интегрировать

 

систему

 «S-Loc» 

в

 

локальную

 

сеть

 

подстанции

.

Элементы

 

системы

 

дистанционной

 

локации

 

мест

 

возник

-

новения

 

дефектов

 

в

 

изоляции

 

подстанций

 «S-Loc»:

Приемная

 

антенна

 

представляет

 

собой

 

неразборный

 

цилиндр

с

 

коаксиальным

 

разъемом

 

и

 

крепежными

 

болтами

 

(

рисунок

 4). 

Антенны

 

монтируется

 

на

 

портальную

 

сваю

 

при

 

помощи

 

кронштейна

.

Прибор

 

регистрации

 

и

 

обработки

 

данных

 

с

 

антенн

 

устанавливается

 

в

 

специализированном

 

защитном

 

шкафу

 

с

 

высокой

 

степенью

 

защиты

  (

рисунок

 5). 

Система

 «S-Loc» 

имеет

 

четыре

 

входных

 

разъема

 

для

 

подключения

 

антенн

предназначенных

 

для

 

регистрации

 

электромагнитных

 

им

-

пульсов

создаваемыми

 

ЧР

.

Секция

 

АРМ

 

системы

 

выполнена

 

в

 

виде

 

персонального

 

компьютера

 

с

 

установленным

 

на

 

нем

 

специально

 

разрабо

-

танным

 

программным

 

обеспечением

Для

 

работы

 

системы

 

необходимо

 

создать

 

максимально

 

точный

 

план

 

расположе

-

ния

 

оборудования

 

на

 

территории

 

подстанции

 

и

 

мест

 

уста

-

новки

 

антенн

Система

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

 

со

-

бирает

 

с

 

прибора

 

регистрации

 

данные

 

о

 

зафиксированных

 

антеннами

 

импульсах

 

и

 

наносит

 

их

 

на

 

схему

 

подстанции

Рис

. 3. 

Схематическое

 

расположение

 

оборудования

 

для

 

дистанционной

 

локации

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

изоляции

Рис

. 4. 

Антенна

 

для

 

приема

 

сигналов

 

создаваемыми

 

частич

-

ными

 

разрядами

Рис

. 5. 

Шкаф

 

прибора

 

регистрации

 

и

 

обработки

 

данных

 

с

 

антенн

 

Опытный

 

образец

 

системы

смонтированный

 

на

 

дей

-

ствующей

 

подстанции

 

ПАО

  «

МРСК

 

Волги

», 

прошел

 

необ

-

ходимые

 

испытания

 

и

 

тестирование

Для

 

проверки

 

рабо

-

тоспособности

 

системы

определения

 

чувствительности

 

и

 

точности

 

определения

 

места

 

локации

 

ЧР

 

использовалось

 

Диагностика


Page 5
background image

37

Рис

. 6. 

Отображение

 

результатов

 

локации

специальное

 

оборудование

 – 

искровой

 

и

 

специализирован

-

ный

 

высокочастотный

 

калибратор

.

По

 

всем

 

зарегистрированным

 

импульсам

 

ЧР

 

системой

 

производится

 

локация

 

мест

 

их

 

возникновения

Выявляются

 

стабильные

 

источники

 

разрядной

 

активности

 (

массовое

 

ско

-

пление

 

точек

с

 

учетом

 

характеристик

 

окружающей

 

среды

Каждое

 

место

 

разрядной

 

активности

 

наносится

 

на

 

реальный

 

план

 

подстанции

С

 

учетом

 

заданных

 

параметров

 

мощности

 

ЧР

 

определяется

 

оборудование

 

по

 

степени

 

опасности

 

вы

-

явленных

 

дефектов

Оборудование

в

 

котором

 

существует

 

потенциальный

 

риск

 

повреждения

выделяется

 

цветом

.

Выводы

:

1. 

Разработанная

 

система

 «S-Loc» 

предназначена

 

для

 

дистанционной

 

локации

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

изоляции

 

различного

 

высоковольтного

 

оборудования

 

в

 

диапазоне

 

СВЧ

возникающего

 

от

 

частичных

 

разрядов

 

в

 

изоляции

При

 

помощи

 

системы

 «S-Loc» 

возможно

 

про

-

ведение

 

поиска

 

дефектов

 

в

 

измерительных

 

трансформа

-

торах

 

тока

 

и

 

напряжения

в

 

силовых

 

трансформаторах

выключателях

а

 

также

 

в

 

опорной

 

и

 

подвесной

 

изоляции

Универсальность

 

применения

 

системы

 «S-Loc» 

для

 

раз

-

ных

 

типов

 

высоковольтного

 

оборудования

 

обусловлена

 

двумя

 

особенностями

 

реализованного

 

в

 

ней

 

метода

 

диа

-

гностики

.

Во

-

первых

система

 «S-Loc» 

позволяет

 

выполнять

 

бес

-

контактные

 

дистанционные

 

измерения

 

разрядной

 

активно

-

сти

 

в

 

изоляции

используя

 

СВЧ

 

диапазон

Это

 

дает

 

возмож

-

ность

 

максимально

 

снизить

 

влияние

 

коронных

 

разрядов

чрезвычайно

 

затрудняющих

 

регистрацию

 

импульсов

 

от

 

ча

-

стичных

 

разрядов

 

в

 

изоляции

.

Во

-

вторых

для

 

регистрации

 

импульсов

 

от

 

дефектов

 

в

 

изоляции

 

системой

 «S-Loc» 

используется

 

специализиро

-

ванная

 

четырехэлементная

 

фазированная

 

антенна

Это

 

дает

 

возможность

 

не

 

только

 

регистрировать

 

сам

 

факт

 

нали

-

чия

 

электромагнитных

 

импульсов

но

 

и

 

с

 

достаточной

 

точно

-

стью

 

определять

 

дефектное

 

оборудование

.

Благодаря

 

этим

 

двум

 

уникальным

 

свойствам

 

при

 

помощи

 

системы

 «S-Loc» 

можно

 

бесконтактно

 

оценить

 

техническое

 

состояние

 

изоляции

 

целого

 

комплекса

 

высо

-

ковольтного

 

оборудования

 

подстанции

на

-

ходящегося

 

в

 

радиусе

 

до

 100 

метров

Итогом

 

проводимой

 

при

 

помощи

 

системы

 «S-Loc» 

ди

-

агностики

 

является

 

оперативная

 

информация

 

о

 

наличии

 

дефектного

 

оборудования

о

 

месте

 

возникновения

 

дефекта

 

в

 

изоляции

.

2. 

Все

 

необходимые

 

локационные

 

расчеты

 

по

 

определению

 

места

 

возникновения

 

дефек

-

та

 

в

 

изоляции

 

ведутся

 

автоматически

 

по

 

мере

 

регистрации

 

информации

 

с

 

антенн

Резуль

-

таты

 

расчета

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

оборудовании

 

оперативно

 

отображаются

 

на

 

мониторе

 

оператора

Преимущества

 

системы

 «S-Loc» 

обеспечивает

:

• 

круглосуточный

 

мониторинг

 

высоковольтного

 

оборудо

-

вания

 

на

 

всей

 

территории

 

подстанции

;

• 

повышенную

 

точность

 

и

 

оперативность

 

определения

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

;

• 

прогнозирование

 

развития

 

дефектов

 

и

как

 

следствие

аварийных

 

ситуаций

• 

интеграция

 

информации

 

о

 

состоянии

 

изоляции

 

оборудо

-

вания

 

подстанции

.

3. 

Применение

 

системы

 

для

 

дистанционной

 

локации

 

мест

 

возникновения

 

дефектов

 

в

 

изоляции

 «S-Loc» 

позволяет

 

обеспечить

 

непрерывный

 

мониторинг

 

состояния

 

изо

-

ляции

 

подстанции

тем

 

самым

 

повысить

 

надежность

 

и

 

качество

 

электроснабжения

 

потребителей

а

 

также

 

сократить

 

издержки

 

на

 

поиски

 

мест

 

дефектов

 

изоляции

выполняемые

 

стандартными

 

методами

  (

проводимыми

 

с

 

отключениями

 

оборудования

). 

Внедрение

 

системы

 

дистанционной

 

локации

 

повышает

 

оперативность

 

и

 

эф

-

фективность

 

принятия

 

решений

 

о

 

выводе

 

оборудования

 

в

 

ремонт

.  

 

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Русов

 

В

.

А

Измерение

 

частичных

 

разрядов

 

в

 

изоляции

 

высоковольтного

 

оборудования

Екатеринбург

УрГУПС

2011. 368 

с

.

2. 

Вдовико

 

В

.

П

Частичные

 

разряды

 

в

 

диагностировании

 

высоковольтного

 

оборудования

М

.: 

Наука

, 2007. 

С

. 156.

3. 

ГОСТ

 20074–83 

Электрооборудование

 

и

 

электроуста

-

новки

.

4. 

Андреев

 

А

М

Методы

 

испытаний

 

диэлектриков

Изме

-

рение

 

характеристик

 

частичных

 

разрядов

 

в

 

электриче

-

ской

 

изоляции

учеб

.

пособие

 / 

А

.

М

Андреев

И

.

А

Ан

-

дреев

С

.

М

Дудкин

СПб

.: 

Изд

-

во

 

Политехн

ун

-

та

, 2013. 

140 

с

.

5. 

Русов

 

В

.

А

Диагностический

 

мониторинг

 

высоковольт

-

ных

 

силовых

 

трансформаторов

Пермь

: DIMRUS, 2012. 

159 

с

.

6. 

Айзенберг

 

Г

З

., 

Белоусов

 

С

П

и

 

др

Коротковолновые

 

антенны

М

.: 

Радио

 

и

 

связь

, 1985. 536 

с

.


Читать онлайн

Обеспечение надежного и непрерывного электроснабжения потребителей электроэнергией является основной задачей электросетевых компаний. Надежность в данном случае зависит от состояния эксплуатируемого оборудования и своевременного обнаружения и устранения возникающих в оборудовании дефектов на ранних стадиях развития. В связи с этим особую роль электросетевые компании отводят вопросам внедрения современных методов мониторинга. Одним из таких методов является система дистанционной локации мест возникновения дефектов в высоковольтном оборудовании подстанций.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»