Помехи.
Частичные разряды, подлежащие выявлению в эксплуатационных условиях, имеют, как правило, большую интенсивность; создание измерительных устройств с необходимой для этого чувствительностью не вызывает затруднений. Однако возможность выявления дефектов изоляции определяется обычно не чувствительностью аппаратуры, а внешними помехами.
Для того чтобы можно было измерить ЧР, 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 ЧР, а под помехой - эта же характеристика помех.
Помехи при измерении ЧР могут вызываться любыми процессами в сети, связанными с резкими изменениями тока, а также источниками высокочастотных напряжений. При измерениях ЧР 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 (коммутации и т.п.), а также помехи от 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 соответствующей настройкой измерительного устройства.
Импульс тока, вызванного ЧР, имеет широкий спектр, поэтому выбор полосы и области частот настройки измерительного устройства определяется исходя из необходимости подавления помех.
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 частоты и комбинационных частот; выше 2 МГц возможно снижение уровня сигнала от ЧР. В верхней области частот часто возникают 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 в другом полупериоде напряжения.
В РУ иногда наблюдается также высокий дополнительный уровень помех, который обычно является следствием ЧР, 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 ЧР в эксплуатации целесообразно разделить на две основные задачи: оптимизацию условий измерения и селекцию (выделение) импульсов ЧР. При этом обе задачи необходимо решать так, чтобы было обеспечено наилучшее (наибольшее) отношение сигнал/помеха.
Первая задача решается путем применения помехозащищенных схем измерения. Для решения второй задачи необходимы помехоустойчивые измерительные устройства.
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 ЧР.
В автоматических измерительных устройствах (типа СЧР) селекция импульсов ЧР полностью возлагается на измерительные и логические блоки прибора. В неавтоматизированных измерительных устройствах, чтобы существенно не усложнять их схему и конструкцию, часть функции по селекции импульсов ЧР обычно возлагают на лицо, производящее измерения, которое и делает вывод о том, какое явление измеряется прибором - ЧР 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 ЧР равен
(4.6)
где Ксп - отношение сигнал/помеха, необходимое для выявления импульса ЧР применяемым измерительным устройством; у - коэффициент передачи импульса ЧР от места его возникновения к точке установки датчика; qH - заряд импульса помехи, протекающего через датчик измерительного устройства.
Оптимальные условия измерения (наименьшая выявляемая интенсивность разрядов) соответствует минимуму отношения qи / Ỵр.д.
Уровень помех и коэффициент передачи сигнала у 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 оптимизации относятся последовательное включение датчика в цепь объекта (увеличение значения у ) и использование балансных схем (уменьшение qH). При выборе частоты настройки измерительного устройства необходимо добиваться минимума отношения
так как от частоты зависят оба эти пара
метра.
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 в ряде точек выбранного частотного диапазона. Затем на этих же частотах определяются показания измерительного устройства ат вызванные помехами. По полученным данным рассчитывается эквивалентный уровень помех, т. е. уровень помех, приведенный к кажущемуся заряду импульса ЧР:
Полученная таким образом частотная зависимость эквивалентного уровня помех дает возможность определения области частот с минимальным значением qn, которая и является оптимальной для данных условий измерений. Выявляемое при этом наименьшее значение кажущегося заряда частичного разряда qp = Кс п qn.
Методы селекции частичных разрядов. Информацию о различиях последовательности импульсов сигналов ЧР и помех от короны могут дать анализ распределения амплитуд (зарядов) импульсов, средняя частота их следования, а также распределение импульсов во времени [15]. 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 ЧР и помех от короны могут быть использованы для селекции лишь в специальных случаях (например, в КРУЭ, на ВЛ).
Одним из наиболее простых является амплитудный способ селекции - по уровню сигнала. Заключение о наличии ЧР в этом случае делается при существенном (на 10-25 дБ) увеличении показаний прибора по сравнению с данными предыдущих измерений или измерение
на аналогичных объектах. Однако при таком способе селекции значительно снижается чувствительность метода; выявляются ЧР только большой интенсивности.
Селекцию по уровню облегчает правильный выбор измерительного устройства. Если частота следования импульсов ЧР ниже частоты следования импульсов помех, следует применять измеритель пиковых (квазипиковых) значений. При обратном соотношении частот следования импульсов разрядов и помех лучшие результаты дает применение измерителя 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, могут быть признаком импульсов нестабильных ЧР.
Способы амплитудной селекции просто реализуются при применении переносных приборов. В стационарно устанавливаемых приборах, а также в сложных для анализа случаях более целесообразна временная селекция. Измерительный прибор для этого (рис. 4.6,а) имеет коммутатор, управляемый напряжением UK. Измерение производится лишь в определенные периоды времени (метод временного окна). Уменьшение влияния помех достигается уменьшением продолжительности включенного положения коммутатора при синхронизации его с интервалом времени, в котором наиболее вероятно появление ЧР. Часто основными помехами являются стримерные разряды на шинах и оборудовании, возникающие в положительном полупериоде напряжения сети. Обычно импульсы ЧР имеют одинаковую амплитуду в обоих полупериодах напряжения. Синхронизируя коммутирующее напряжение с отрицательным напряжением на объекте, можно частично подавить влияние стримерной короны.
Для устройства СЧР целесообразно временное разделение каналов измерения, относящихся к разным фазам объекта, и последующее сравнение их результатов.
Уровни помех (рис. 4.7; интервалы а-b, b-с и c-d) практически совпадают на всех фазах. По этому признаку логическое устройство СЧР относит результаты измерения к воздействию помех и блокирует выдачу внешнего сигнала. Если же уровень, измеренный в одной или двух фазах, превышает уровень в третьей, выдается сигнал о наличии ЧР. Такой способ обработки результатов измерения обеспечивает скользящую уставку сигнализации, адаптированную к уровню помех, и, следовательно, более раннее выявление дефекта.
Рис. 4.6. Структурные схемы измерительных приборов с помехоподавлением:
а — с временной селекцией; б — с селекцией по фазам; в — с селекцией по полярности импульсов; 1 — аттенюатор; 2 — фильтр; 3 — усилитель; 4 — коммутатор; 5 — показывающий прибор; 6 — формирователь временного окна; 7 — формирователь импульсов; 8 — схема совпадений; 9 — сигнализатор общего уровня; 10 — сигнализатор превышения уровня
Сравнение сигналов, относящихся к разным фазам одного объекта, является удачным способом селекции не только при амплитудных измерениях, но и при измерении других характеристик частичных разрядов (например, частоты следования импульсов, среднего тока и т.п.).
Рис. 4.7. Огибающая помех от короны (ТТ=750; /„ = 30 кГц):
1 — огибающая помех; 2 — напряжение фаз сети
Для реализации рассматриваемого метода измерений СЧР (см. рис. 4.6,б) имеет три канала временного разделения, управляемых напряжениями от вторичной обмотки трансформатора напряжения системы шин РУ (Ua, Ub и Uc), и схему пофазного сравнения. Внешний сигнал в этой схеме выдается лишь в случае существенного различия результатов измерения в каналах фаз.
При синхронизации коммутаторов с отрицательными полупериодами напряжения на объекте одновременно достигается снижение помех от стримерной короны (интервалы к-т на рис. 4.7.).
Очевидно, что метод временной селекции применим лишь в случае, когда достаточно велика вероятность совпадения интервалов времени измерения и возникновения серии разрядов в изоляции объекта.
В балансной схеме импульсы ЧР, снимаемые с обоих датчиков, имеют разную полярность, а импульсы помех - одинаковую. Измерительное устройство, реализующее принцип селекции по полярности импульсов (рис. 4.6,в), имеет два канала с коммутатором временной селекции, управляемым схемой совпадений. Схема совпадений вырабатывает коммутирующий импульс UK лишь в случае, когда от формирователей поступят импульсы разной полярности. Если на схему совпадений подавать также и импульсы, формируемые испытательным напряжением, дополнительно реализуется способ временной селекции.
Реализация большинства описанных методов селекции может быть облегчена, если в качестве индикатора измерительного устройства применять электронно-лучевой осциллограф. Наблюдая на его экране последовательность измеряемых импульсов, можно оценить и характер контролируемого явления: изменение амплитуд импульсов, их распределение по значению 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 разрядов или помех.
