Стенды для проведения ресурсных испытаний изоляции оборудования

УДК 621.315.616.97.027.3
А. Ф. Курбатова, Η. M, Сафронова

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СТЕНДЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В НИИПТ сформирован испытательный высоковольтный комплекс, предназначенный для широкого спектра исследований и испытаний изоляции линий электропередачи высоковольтного оборудования, включая ресурсные испытания изоляции аппаратов или их макетов. Приведены характеристики испытательного оборудования, использованного в специализированных стендах для проведения ресурсных испытаний; перечислены объекты, испытанные на стендах. Указаны особенности стендов и проблемы, возникающие при ресурсных испытаниях.

Сформированная к настоящему времени в НИИПТ экспериментальная база содержит комплекс испытательных установок, предназначенных для выполнения широкого спектра исследований и испытаний изоляции линий электропередачи и высоковольтного оборудования, в том числе длительной электрической прочности внешней и внутренней изоляции, а также экологических характеристик воздушных линий электропередачи переменного тока класса 1150 кВ и постоянного тока ± 750 кВ.
Имеющееся испытательное оборудование, аттестованное на проведение государственных испытаний, позволяет проводить как нормированные стандартами СССР, СЭВ и МЭК испытания оборудования, в том числе с элегазовой изоляцией, так и исследовательские испытания по разработанной методической схеме специальных комплексных испытаний высоковольтных аппаратов и трансформаторов на надежность, в которой учитываются процессы старения.
В состав экспериментальной базы входят: открытая площадка и два лабораторных корпуса 5000 м² и 1600 м². На открытой площадке находятся: ГИН — 5 МВ в изолированной башне из полиуретана; каскад 3X600 кВ с коммутационной приставкой; установки пульсирующего напряжения 1600 кВ (УПН) положительной и отрицательной полярности; каскад 2 X 400 кВ; двухпроводная линия электропередачи с установками измерения потерь на корону; высоковольтная ошиновка, позволяющая подать напряжение от любой установки на объект испытаний, находящийся на открытой площадке или в высоковольтном зале. В лабораторных корпусах в лабораториях и высоковольтных залах [в большом экранированном (30X60X30 м) и малом (12X18X16 м)] работают свыше 20 специализированных стендов 10-400 кВ, созданных на основе типового оборудования фирмы ТУР ГДР.

Основные элементы систем управления и измерений установок открытой площадки и большого зала сосредоточены на центральном пульте управления (ЦПУ), расположение которого позволяет осуществлять визуальный контроль за объектами и установками в процессе испытаний.
В общем объеме работ, проводимых на испытательном комплексе, с каждым годом растет объем работ, связанных с проведением испытаний изоляции высоковольтного оборудования на надежность. Ресурсные испытания и исследования требуют особо серьезной научной, методической и организационно-технической подготовки и во многом принципиально отличаются от стандартных кратковременных испытаний существенно большей трудоемкостью. Именно этой категории работ подчинена специальная организационная структура экспериментальной подстанции сверхвысокого напряжения НИИПТ.

Изучение причин повреждения высоковольтного оборудования в эксплуатации, исследование физических процессов в изоляции и проведение длительных испытаний ее различных видов показывают, что в большинстве случаев длительное воздействие рабочего напряжения, вызывающее старение изоляции, является определяющим ресурс оборудования. Это обусловливает необходимость проведения испытаний, позволяющих за приемлемое время оценить ресурс оборудования в эксплуатации.
При выборе методов ресурсных испытаний изоляции оборудования или его макетов для ускорения процессов старения изоляции и сокращения продолжительности необходимо использовать форсированные режимы — повышенные по сравнению с рабочими испытательное напряжение, температуру или частоту. Однако эти режимы испытаний должны вызывать увеличение скорости старения, но не изменение физико-химических механизмов процесса старения или механизмов возникновения и развития повреждений по сравнению с нормированными условиями эксплуатации.
Проведение ресурсных испытаний изоляции электрического оборудования потребовало создания специализированных стендов. Большинство стендов состоит из двух независимых установок, работающих на испытуемый объект: одна установка служит для получения испытательного напряжения промышленной или повышенной частоты, другая — для получения задаваемой температуры изоляции. Источниками испытательного напряжения являются высоковольтные установки, основные параметры которых приведены в таблице. Здесь же указаны параметры нагревательных установок и перечислены испытанные объекты.
На стендах в высоковольтных установках применены принципы резонанса тока или напряжения. Емкостный ток нагрузки компенсируется током регулируемых высоковольтных реакторов, что позволяет при малой мощности высоковольтного, источника увеличить число одновременно испытуемых образцов (поз. 3, 7, 10—14 табл.). Компенсация в цепях регулирования значительно сокращает расход электроэнергии на проведение длительных по времени испытаний (поз. 1-4, 10, 16, 17 табл.).
Для создания и поддержания заданной температуры изоляции на стендах использованы:

1. нагрев кабеля током по жиле, что имитирует реальные условия работы изоляции в эксплуатации (при этом образец кабеля замыкается в виде петли и проходит сквозь ярмо однофазного нагревательного трансформатора, являясь его одновитковой вторичной обмоткой);
2. нагрев кабеля в ванне с водой, солевой состав которой задается программой испытаний (нагревательный элемент размещен на корпусе ванны, температура воды регулируется в процессе испытаний);
3. нагрев конденсаторов, моделей машинной изоляции и токопроводов в термошкафах;
4. нагрев силовых трансформаторов рабочим током по методу взаимной нагрузки;

Контроль заданного режима нагрева осуществляется термопарами, находящимися на оболочке кабеля, на корпусах конденсаторов, в баках трансформаторов, в термошкафах.
При испытаниях кабелей с полиэтиленовой изоляцией использовалось испытательное напряжение повышенной частоты, для чего были созданы три стенда с источниками напряжения 400, 1000 и 1200 Гц (поз. 14—16 табл.). Специализированные стенды оборудованы системами автоматического контроля и регулирования испытательного напряжения и температуры.
Контроль состояния изоляции высоковольтного оборудования и его макетов периодически осуществлялся: измерениями сопротивления изоляции, tgδ изоляции, характеристик частичных разрядов, газовой хроматографией масла, измерением степени полимеризации бумаги.
В среднем 10-летний опыт эксплуатации испытательного оборудования стендов позволяет говорить о том, что в целом оно работает надежно. Общее число отказов высоковольтной части сравнительно невелико; несколько больше — число отказов командно-информационной и защитной аппаратуры. В обоих случаях причины отказов довольно разнообразны и выделить среди них какие-либо постоянные причины достаточно трудно. 
Более качественные и эффективные исследования и испытания возможны при решении следующих проблем:

1. расширение количества диагностических характеристик состояния изоляции и их непрерывная регистрация;
2. полная автоматизация управления, измерений и регистрации на стендах;
3. обработка и накопление больших объемов информации при длительных по времени ресурсных испытаниях.

Таким образом, технические возможности высоковольтного испытательного комплекса НИИПТ обеспечивают выполнение широкого спектра исследований и испытаний изоляции линий электропередач и высоковольтного оборудования, включая ресурсные испытания, Типовое испытательное оборудование фирмы ТУР, использованное в установках специализированных стендов, работает надежно. Применение резонансных схем расширяет возможности стендов и снижает потребление электроэнергии. Серьезными проблемами ресурсных испытаний остаются непрерывная диагностика характеристик изоляции, накопление и обработка больших объемов информации при длительных по времени испытаниях.