Основные положения.
Особенностью рассматриваемой системы технической диагностики является то, что основные параметры изоляции, изменение которых связано, как правило, с наличием развивающихся повреждений, определяются без отключения объекта, при рабочем напряжении на нем. Это обеспечивает повышение эффективности контроля при снижении трудозатрат на испытания, а также улучшение условий труда персонала.
Повышение эффективности контроля обеспечивается за счет увеличения частоты испытаний, а также из-за возможности использования ряда эксплуатационных факторов, позволяющих лучше выявить дефекты (например, обнаружение увлажнения изоляции путем измерений при повышенной температуре, использование высокого напряжения для выявления частичных разрядов и т. п.).
С сокращением периода контроля повышается вероятность своевременного выявления дефектов и создается возможность расширения допускаемых пределов изменения контролируемых параметров.
Снижение трудоемкости контроля обеспечивается применением стационарных схем измерений и отсутствием необходимости в подготовке объекта к испытаниям. Улучшение условий труда персонала определяется снижением объема работ, проводимых непосредственно на месте установки оборудования.
Испытания под напряжением кроме повышения эффективности контроля могут обеспечить и накопление данных, необходимых для совершенствования системы диагностики.
Контроль изоляции при работе оборудования можно вести путем периодических измерений и анализов проб, проводимых, как и при контроле с отключением оборудования, персоналом соответствующих служб. Однако процесс большинства измерений и анализов целесообразно автоматизировать.
Автоматизация измерений и анализов обеспечивает не только уменьшение объема работ персонала и возможность получения данных с любой периодичностью, в том числе и непрерывно. Принципиальным отличием такой системы контроля является возможность передачи информационно-измерительному устройству части функций собственно контроля. Это устройство может не только проводить измерения, но и обрабатывать их результаты, оценивать полученные данные и формировать сообщения об изменении состояния изоляции контролируемого объекта.
Возможны два способа организации контроля оборудования под напряжением:
ранняя диагностика, т. е. контроль с целью выявления признаков ухудшения состояния изоляции, вызывающих изменения значений измеряемых параметров;
сигнализация предельных состояний, т. е. контроль с целью выявления существенных изменений измеряемых параметров, признанных опасными с точки зрения надежности оборудования.
Оба способа взаимно дополняют друг друга, обеспечивая возможность выявления тенденций и скорости изменения параметров, а также своевременное получение сигнала о существенных отклонениях состояния изоляции от нормы. Это позволяет планировать ремонты оборудования и при необходимости производить срочное отключение объектов, находящихся в предаварийном состоянии.
При существующем уровне развития методов контроля и измерительной техники вполне возможно построение достаточно простых автоматизированных измерительно-информационных устройств, производящих измерения и формирующих на основании оценки одного-двух параметров сигнал о недопустимом ухудшении состояния изоляции. Некоторые из этих устройств — сигнализаторы предаварийного состояния изоляции — будут описаны ниже.
Наибольшими возможностями обладают автоматизированные системы технической диагностики, функционирующие на базе ЭВМ. Такие системы могут вести математическую обработку полученных данных, проводить их анализ и вести без вмешательства персонала другие операции контроля, меняя при необходимости его тактику (периодичность измерений, способ оценки их результатов и т. п.). При обнаружении дефекта такая система выдает сообщение оператору вместе с протоколом, содержащим данные, необходимые для последующего анализа.
Эксплуатационный контроль оборудования не ограничивается испытанием изоляции: необходимо контролировать состояние контактов, токоведущих частей, тепловой режим, уровень вибрации и т. п. К методам такого контроля относятся измерение температуры поверхностей, определение амплитуды и частоты вибрации, выявление неисправности работы вспомогательных систем: охлаждения, смазки и т. п. Большинство этих измерений можно проводить без вывода оборудования из работы, под напряжением, причем реальна и автоматизация контроля.
Все это указывает на возможность создания комплексной автоматизированной системы контроля состояния оборудования, позволяющей от планово-предупредительных проверок перейти к непрерывному (или частому) контролю с устранением обнаруженных неисправностей. А это, в свою очередь, определяет возможность использования более эффективной стратегии технического обслуживания оборудования — по его состоянию.
Контроль изоляции без отключения оборудования в настоящее время не позволяет еще полностью исключить обычные виды испытаний.
Методика измерений ряда характеристик изоляции при рабочем напряжении на объекте еще не разработана. Это, а также отсутствие на некоторых видах оборудования конструктивных приспособлений для контроля под напряжением ограничивает объем информации о состоянии изоляции, которую можно получить без вывода объекта из эксплуатации. Не всегда ясен вопрос об эквивалентности различных испытаний и о возможности отказа от ряда из них.
Наиболее гибкой и эффективной представляется комплексная система эксплуатационного контроля, в которой методы измерений и анализа, проводимых при рабочем напряжении, используются для получения данных о существенном изменении состояния изоляции (экспресс-контроль), а окончательная оценка ее работоспособности дается на основании результатов всех возможных испытаний, в том числе и проводимых с отключением оборудования.
Методы испытаний.
Старение диэлектрика — постепенное его изменение, сопровождающееся ухудшением или даже полной потерей изоляционных свойств,— вызывается рядом процессов, связанных с химическими, тепловыми, механическими и электрическими воздействиями. Эти процессы действуют одновременно и взаимозависимы; каждый из них может вызвать появление другого.
К химическим процессам ухудшения органических изоляционных материалов относятся окисление и другие химические реакции с агрессивными компонентами окружающей среды, которым благоприятствуют наличие влаги и повышенная температура. Под воздействием нагрева, вызванного внешними причинами и диэлектрическими потерями, возникает износ, сопровождаемый распадом вещества, появлением хрупкости материала, снижением его механической прочности.
К основным явлениям старения, обусловленного причинами электрического характера, относятся физические и химические изменения органических изоляционных материалов, вызванные частичными разрядами. Механические воздействия, вызывая нарушение целостности материала (разрывы, расслоения), снижают электрическую прочность изоляционной конструкции, способствует возникновению и ускорению процессов старения.
Конечным результатом воздействия на изоляционную конструкцию перечисленных факторов является изменение структуры диэлектрика, его свойств, появление продуктов разложения. Методы испытаний изоляции должны обеспечивать возможность выявления этих изменений. Поэтому используемые для контроля характеристики или отдельные параметры изоляционной конструкции должны изменяться в ходе описанных процессов старения изоляции. Необходимо также иметь возможность измерения этих параметров в условиях эксплуатации доступными методами. Для того чтобы метод испытания оборудования без его отключения мог применяться в эксплуатации, он должен обеспечить возможность измерения необходимого параметра с достаточной точностью и быть безопасным. Должны быть также разработаны и проверены в реальных условиях необходимые измерительные устройства и приспособления.
Методы, позволяющие проводить испытания изоляции без вывода оборудования из эксплуатации, могут быть разделены на две группы. К первой из них относятся методы измерения параметров изоляции объекта при рабочем напряжении на нем; ко второй — методы, основанные на анализе проб изолирующих и охлаждающих сред. Взятие проб производится, как правило, на работающем оборудовании.
Наиболее разработаны и получили широкое распространение методы измерения распределения напряжения по изоляционной конструкции и контроль физико-химических характеристик изоляционных масел.
Таблица 1. Параметры изоляции, определяемые без вывода оборудования из эксплуатации
Контролируемое явление, процесс | Контролируемый параметр |
Изменение диэлектрических характеристик | Ток через изоляцию; комплексная проводимость изоляции; диэлектрические потери; емкость |
Возникновение частичных разрядов | Импульс напряжения на объекте; ток переходного процесса; импульс давления |
Изменение распределения напряжения | Разность потенциалов между элементами; потенциал относительно земли; интенсивность поверхностных разрядов |
Изменение физико-химических характеристик изоляционного масла | Электрическая прочность; диэлектрические потери; прозрачность (цвет); содержание механических примесей; температура вспышки; содержание водорастворимых кислот и щелочей; кислотное число; газосодержание; |
Образование продуктов разложения изоляции | Горючесть газов в газовом реле (в газовой подушке); состав газов в газовом реле (в газовой подушке); горючесть газов, растворенных в масле; состав газов, растворенных в масле |
В последние годы для контроля изоляции аппаратов под напряжением начинают успешно применять методы измерения диэлектрических характеристик. Разработан ряд электрических методов измерения частичных разрядов в изоляции работающего оборудования. Для обнаружения места разрядов можно использовать акустические методы. Широко применяются методы контроля охлаждающих и изолирующих сред, имеющие целью обнаружение продуктов разложения изоляции. Дистанционные приборы теплового контроля обеспечивают выявление дефектных контактных соединений. Ведутся исследования с целью обнаружения этими приборами дефектных изоляторов. Предложены способы поиска гирлянд с пробитыми изоляторами путем индикации светового и акустического излучений, вызванных интенсивными поверхностными разрядами. Применяется контроль разрядников без их отключения путем измерения тока, протекающего через шунтирующие и рабочие сопротивления.
Таблица 2 Контролируемые под напряжением элементы оборудования высокого напряжения
Оборудование | Элементы оборудования и процессы в них | |
контролируемые | неконтролируемые | |
Автотрансформаторы и реакторы | Главная изоляция (термическое и электрическое | Продольная и ярмовая изоляция; переключатель(механические повреждения) |
Вводы, трансформаторы тока с бумажно- масляной изоляцией конденсаторного типа | Главная изоляция (увлажнение, развивающийся пробой); масло в негерметизированных конструкциях (увлажнение, изменение | Верхние слои изоляции (загрязнение, увлажнение) |
Трансформаторы напряжения | Витковая изоляция и емкость делителей (для | Главная изоляция |
Разрядники и ОПН | Шунтирующие и рабочие элементы (увлажнение) |
|
Выключатели воздушные | Токоведущие части (перегревы) | Гасительные камеры, привод, отделители (перегревы, механические |
Разъединители, сборные шины и соединения | Токоведущие части (перегревы) ; изоляционные | Конструктивные элементы (механические повреждения) |
Уже это краткое перечисление показывает возможность получения существенной информации о состоянии электрооборудования без его отключения, под рабочим напряжением.
Перечень параметров изоляционной конструкции, которые можно определить путем измерений под рабочим напряжением или при анализе проб, приведен в табл. 1. В перечень включены лишь те параметры, методика определения которых достаточно разработана и обеспечивает возможность применения при массовом эксплуатационном контроле распространенных в настоящее- время видов изоляции оборудования высокого напряжения*.
Анализ причин отказов подстанционного оборудования высокого напряжения, а также оценка возможностей выявления дефектов при помощи перечисленных методов показывают, что в периоде между капитальными ремонтами путем контроля без вывода из эксплуатации можно обнаружить значительное число видов повреждений (табл. 2). Контролируются основные параметры внутренней изоляции**, наличие перегревов, а также разгерметизация конструкции. Не контролируются в основном механические характеристики оборудования.
* Методы разрушающих испытаний не рассматриваются как не соответствующие принципам контроля без нарушения рабочего режима установки.
** Вопросы контроля внешней изоляции в книге не рассматриваются.
