Помехи.
Подлежащие выявлению в эксплуатационных условиях частичные разряды имеют, как правило, большую интенсивность, и создание измерительных устройств с необходимой для этого чувствительностью не вызывает затруднений. Однако возможность выявления дефектов изоляции определяется обычно не чувствительностью аппаратуры, а внешними помехами.
В условиях эксплуатации задача измерения частичных разрядов в первую очередь связана с устранением помех или снижением их уровня.
Для того чтобы можно было измерить частичные разряды, вызванные ими показания измерительного устройства должны превышать показания, вызванные помехами, т. е. отношение сигнал/помеха на выходе измерительного устройства должно быть больше единицы (Ксп>1). Здесь и далее под сигналом подразумевается любая измеряемая характеристика импульсов, вызываемых частичными разрядами, а под помехой — эта же характеристика помех.
Помехи при измерении частичных разрядов могут вызываться любыми процессами в сети, связанными с резкими изменениями тока, а также источниками высокочастотных напряжений. При измерениях частичных разрядов в условиях эксплуатации источники помех, как правило, не могут быть устранены. Распознаются и могут быть в той или иной мере исключены из результатов измерений непериодические помехи (например, вызванные коммутацией), а также помехи от частичных разрядов, источник которых достаточно удален от контролируемого объекта (путем определения места разрядов, отключения этого оборудования и т. п.). Помехи от высокочастотных источников, которые, как правило, имеют узкий спектр, можно исключить соответствующим выбором частоты настройки измерительного устройства.
Область частот, занимаемых источниками наиболее интенсивных высокочастотных помех (связь по линиям ВЛ, телемеханика и т. п.), охватывает диапазоны от 40—70 до 300—500 кГц. Для широкополосного измерительного устройства может быть использована область частот от 15 до 40—70 кГц (нижняя область частот) и от 500 кГц до 1—2 МГц (верхняя область частот). Ниже 15 кГц возможно влияние высших гармоник промышленной и комбинированных частот; выше 2 МГц возможно снижение уровня сигнала от частичных разрядов. В верхней области частот часто имеются помехи от мощных местных радиопередатчиков, что также ограничивает применение широкополосных устройств. При узкополосном измерительном устройстве с изменяемой настройкой для измерений можно использовать всю упомянутую область частот.
Основным источником неустранимых помех при измерениях в эксплуатационных условиях являются коронные разряды на проводах, арматуре и оборудовании (так называемый основной уровень помех). Основной уровень определяется стримерными разрядами при положительной полярности; уровень этих помех на порядок выше уровня помех при отрицательной полярности напряжения.
В РУ иногда наблюдается также высокий дополнительный уровень помех, который обычно является следствием частичных разрядов, внешних по отношению к контролируемому объекту. К ним относятся разряды между шинами и головками проходных трансформаторов тока при отсутствии между ними перемычки, разряды между элементами токопроводов блочных трансформаторов, разряды на заостренных краях арматуры или на концах ножей отключенных разъединителей и т. п. Источниками интенсивных помех являются также некоторые системы возбуждения генераторов.
Проблему измерения частичных разрядов в эксплуатации целесообразно разделить на две основные задачи: оптимизацию условий измерения и селекцию (выделение) импульсов частичных разрядов. При этом обе задачи необходимо решать так, чтобы было обеспечено наилучшее (наибольшее) отношение сигнал/помеха.
При оптимизации условий измерения можно существенно увеличить отношение сигнал/помеха. Иногда это оказывается достаточным для производства измерений. Однако в большинстве случаев для того, чтобы измерить именно сигнал, а не помеху, необходимы специальные методы измерений и измерительные устройства, дающие возможность селекции импульсов частичных разрядов.
В автоматических измерительных устройствах (типа СЧР) селекция импульсов частичных разрядов полностью возлагается на измерительные и логические блоки индикатора. В неавтоматизированных измерительных устройствах, чтобы существенно не усложнять их схему и конструкцию, часть функций по селекции импульсов частичных разрядов обычно возлагают на персонал, производящий измерения, который и делает вывод о том, какой процесс контролируется прибором — частичные разряды или помехи.
Оптимизация условий измерений.
Целью оптимизации условий измерений является обеспечение наибольшего отношения сигнал/помеха на входе измерительного устройства.
Реально выявляемый в условиях помех кажущийся заряд частичного разряда
(54) где Кс.п — отношение сигнал/помеха, необходимое для выявления импульса частичного разряда применяемым измерительным устройством; γρ — коэффициент передачи импульса частичного разряда от места его возникновения к точке установки датчика; qи— заряд импульса помехи, протекающего через датчик измерительного устройства.
Оптимальные условия измерения (наименьшая выявляемая интенсивность разрядов) соответствуют минимуму отношения qи/γр. Уровень помех qи и коэффициент передачи сигнала γр зависят от частоты настройки и полосы пропускания измерительного устройства, а также от места установки датчика в схеме измерений. Поэтому оптимизация условий измерений заключается в выборе схемы измерений и места включения датчика, а также в определении частоты настройки и полосы пропускания измерительного устройства.
К схемным способам выявления частичных разрядов малой интенсивности относятся последовательное включение датчика в цепь объекта (увеличение значения γР) и использование балансных схем (уменьшение qи). При выборе частоты настройки измерительного устройства необходимо добиваться минимума отношения qи/γр, ибо от частоты зависят оба эти параметра.
Практически оптимизация производится путем градуировки измерительного устройства в выбранной схеме измерений на всех точках включения датчика. При помощи узкополосного измерительного устройства определяются значения градуировочного коэффициента Ксх при нескольких частотах. Затем на этих же частотах определяются показания измерительного устройства ап, вызванные помехами. По полученным данным рассчитывается эквивалентный уровень помех, приведенный к кажущемуся заряду импульса частичного разряда:
Полученная таким образом частотная зависимость эквивалентного уровня помех дает возможность определения области частот с минимальными значениями qn, которая и является оптимальной для данных условий измерений. Выявляемое при этом наименьшее значение кажущегося заряда частичного разряда
Методы селекции импульсов частичных разрядов.
Информацию о различиях последовательности импульсов сигналов частичных разрядов и помех от короны могут дать анализ распределения амплитуд (зарядов) импульсов, средняя частота их следования, а также распределение импульсов во времени [23]. Спектр измеряемого импульса тока переходного процесса определяется, как правило, характеристиками цепи, что значительно затрудняет частотную селекцию при импульсных помехах. Различия в частотном спектре импульсов тока частичных разрядов и помех от короны могут быть использованы для селекции лишь в специальных случаях (например, на ВЛ).
Одним из наиболее простых является амплитудный способ селекции по уровню сигнала. Заключение о наличии частичных разрядов в этом случае делается при существенном (на 10— 20 дБ) увеличении показаний прибора по сравнению с данными предыдущих измерений или измерений на аналогичных объектах. Однако при таком способе селекции значительно снижается чувствительность метода; в соответствии с (54) выявляемая интенсивность разряда при данном уровне помех будет значительной (Дс.п>10 дБ).
При применении постоянно включенных СЧР необходима еще отстройка от сезонных изменений уровня помех и от помех, вызванных осадками. Изменения уровня помех от короны, определяемых этими факторами, находятся в пределах 15 дБ. Для исключения ложных сигналов уставка СЧР должна превышать эти изменения, т. е. в этом случае Ксп>20 дБ.
Селекцию по уровню облегчает правильный выбор индикатора. Если частота следования импульсов частичных разрядов ниже частоты следования импульсов помех, следует применять индикатор пиковых (квазипиковых) значений. При обратном соотношении частот следования импульсов разрядов и помех лучшие результаты дает применение индикатора средних значений.
За короткое время измерения (минуты) при хорошей погоде уровень помех от короны обычно меняется не больше чем на 3—6 дБ. Поэтому периодические кратковременные увеличения показаний прибора, превышающие это значение (Кс.п≈10дБ), могут быть вызваны сериями импульсов нестабильных частичных разрядов.
Способы амплитудной селекции просто реализуются при применении переносных приборов. В стационарно устанавливаемых приборах, а также в сложных для анализа случаях более целесообразно временное разделение сигналов, относящихся к разным фазам контролируемого объекта, и последующее их сравнение. Таким способом можно обнаружить не только кратковременные серии импульсов частичных разрядов, но и разряды, стабильно протекающие в одной из фаз объекта.
На рис. 37 приведены графики огибающей помех от короны на выходе СЧР и фазных напряжений сети. Результаты измерений, проведенных во временных интервалах, ограниченных точками а — b (фаза 4), b — с (фаза В) и с — d (фаза С), практически совпадают. Сравнивая эти результаты, логическое устройство СЧР должно блокировать выдачу внешнего сигнала при любом уровне помех. Этот сигнал выдается лишь в случае, если результаты измерений, относящиеся к разным фазам, будут существенно различаться, что свидетельствует о наличии частичных разрядов.
Следовательно, в СЧР, реагирующем на разность уровней по фазам, автоматически меняется чувствительность. При хорошей погоде возможно выявление частичных разрядов малой интенсивности. В этом случае Кс.п<10 дБ, а интенсивность выявляемых разрядов на 10—15 дБ ниже, чем при простой амплитудной селекции.
Повысить чувствительность можно путем измерений лишь в те промежутки времени, когда мал уровень помех (например, в отрицательном полупериоде, когда отсутствует стримерная корона). Этот метод также относится к методам временной селекции.
Из данных рис. 37 следует, что если СЧР будет включаться лишь в периоды времени, соответствующие отрезкам кривой фазного напряжения между точками k и т (на каждой фазе), то измеренный уровень помех от короны снизится на 20 дБ. Очевидно, что этот метод селекции применим лишь в случае, когда достаточно велика вероятность, что период измерения будет совпадать с периодом возникновения серии разрядов в изоляции объекта.
Способы селекции по распределению амплитуд импульсов и средней частоте их следования основаны на обнаружении отклонения этих характеристик измеряемой последовательности импульсов от статистически установленных аналогичных характеристик последовательности импульсов помех от короны. Для этого необходимо определять зависимость средней частоты следования импульсов от их амплитуды. Наиболее простой реализацией метода в этом случае является измерение средней частоты следования импульсов с амплитудами, превышающими 50— 60 % максимальной. При равенстве уровней разрядов на всех трех фазах (помехи от короны) частота следования измеряемых импульсов будет кратна 150 имп/с. При наличии в одной из фаз объекта частичных разрядов с уровнем, превышающим уровень помех, средняя частота импульсов, измеряемых прибором, существенно изменится.
Реализация большинства описанных методов селекции может быть облегчена, если в качестве индикатора измерительного устройства применить электронно-лучевой осциллограф. Наблюдая на его экране последовательность измеряемых импульсов, можно оценить и характер контролируемого явления: стабильность импульсов, их распределение по амплитудам и времени возникновения, различие по фазам, синхронизацию с напряжением сети и т. п. При некотором навыке эти признаки дают возможность классификации наблюдаемого явления и облегчают отнесение его к числу частичных или помех.
Сложнее селекция импульсов частичных разрядов при наличии источников дополнительных помех от внешних разрядов. В этом случае не всегда можно выявить статистические различия явлений. Поэтому при обнаружении разрядов, которые нельзя отнести к помехам от короны, обычно приходится производить поиск их источника.
