В связи с растущей востребованностью композитных изоляторов для проектов ВЛ, оценка их состояния широко обсуждается во всем мире. Но даже после многих лет изучения альтернативных предлагаемых методов и оборудования, нет единого мнения о том, как проводить такие работы наиболее эффективным и рентабельным способом, а система их технического обслуживания, основана только на результатах отбора проб и испытаний изоляторов, которые уже были сняты с линии.
Техническое обслуживание линейных изоляторов является ключевой проблемой для большинства электроэнергетических компаний. Удаление загрязнений и обнаружение поврежденных фарфоровых тарелок представляют собой две основные задачи. Согласно правил, фарфоровые и стеклянные изоляторы необходимо очищать один раз в год в районах со средней степенью загрязнения и два раза в год в районах с сильным загрязнением.
На линиях электропередач чистка изоляторов обычно выполняется вручную с использованием ветоши, что является сложной и ответственной работой. Качество и последовательность очистки часто неудовлетворительны, а в большинстве случаев иногда невозможно организовать отключение линии, чтобы это выполнить. Также необходимо проводить проверки для обнаружения пробитых колпачковых и штыревых фарфоровых изоляторов не реже одного раза в два года. Разбитые элементы стеклянных изоляторов легко обнаружить визуально, и поэтому они более предпочтительны, чем фарфоровые. Однако их также требуется периодически очищать вручную. Учитывая эти факторы, технология изготовления полимерных изоляторов быстро развивается. Однако также возникает важный вопрос о том, когда и как эти изоляторы должны обслуживаться.
Требования к техническому обслуживанию полимерных изоляторов.
В настоящее время полимерные изоляторы широко используются, в том числе, на линиях электропередач, которые проходят через загрязненные районы. Благодаря гидрофобности полимерного каучука, аварии, из-за загрязнения, в отличие от фарфоровых и стеклянных изоляторов, практически исключены, и их не надо очищать от загрязнений. Что касается поврежденных изоляторов, в этом также больше нет необходимости в случае длинных стержневых композитных изоляторов. Это связано с тем, что риск повреждения внешней границы корпуса и стержня практически исключен, так как повысилось качество соединения швов.
Полимерные композитные изоляторы изначально позиционировались как «не требующие обслуживания». Конечно, опыт эксплуатации таких изоляторов не большой и необходим определенный мониторинг для контроля возможны изменений их характеристик и производительности с целью накопления опыта обслуживания.
Обслуживание на основе выборки.
Предлагаемый метод технического обслуживания полимерных изоляторов можно назвать «обслуживанием на основе выборки», и эта концепция проиллюстрирована на рис. 1.
| Первый необслуживаемый период | Второй необслуживаемый период | Третий период без технического обслуживания | ··· |
5 ~ 8 лет на основании истории качества производства и опыта эксплуатации поставщика изоляторов | 5 ~ 8 лет* на основании результатов отбора образцов | 4 ~ 6 лет* на основании результатов отбора образцов | ··· |
Рис. 1: Техническое обслуживание на основе отбора образцов: Оценка состояния композитных изоляторов после многих лет эксплуатации
* Начиная со «второго периода без обслуживания», продолжительность каждого последующего «периода без обслуживания» будет зависеть от результата отбора проб в конце предыдущего периода.
В течение первых 5-8 лет после ввода в эксплуатацию полимерные изоляторы проверять не рекомендуется. Относительная продолжительность этого «первого периода без технического обслуживания» (то 5 или 8 лет) будет зависеть от условий эксплуатации, а также от качества продукции производителя, на основе опыта.
В конце первого периода несколько изоляторов каждой линии будут проверены в лабораторных условиях на гидрофобность, загрязненность, электрические и механические характеристики. При получении удовлетворительных результатов проведение повторной проверки рекомендуется еще через 5-8 лет, т. е. это «второй период без обслуживания». Относительная продолжительность третьего и четвертого периодов без технического обслуживания в идеале должна быть короче, чем первые два периода, так как опыт эксплуатации в течение этого общего периода времени все еще относительно ограничен.
Однако, если результаты испытаний образцов изоляторов после первого периода без обслуживания окажутся неудовлетворительными (например, имеется значительное снижение гидрофобности, очевидное старение поверхности или уменьшение механической прочности), второй период без обслуживания будет сокращен с возможностью проведения дополнительных проверок, например, с использованием инфракрасного и ультрафиолетового оборудования. Такие методы неразрушающего контроля в процессе эксплуатации можно рассматривать как дополнение к техническому обслуживанию на основе результатов отбора проб.
Некоторые коммунальные предприятия имеют достаточный опыт, и поэтому «первый период без обслуживания» продлили до 8-10 лет, а «второй период» - до 6-8 лет. Ключевыми факторами, на которые следует обратить особое внимание, является то, что программа контроля качества должна строго соблюдаться и проверяться, а также необходимо тщательно соблюдать условия хранения, транспортировки или установки изоляторов.
1. Продолжительность периодов без технического обслуживания.
Время продолжительности «периода без обслуживания» зависит от условий окружающей среды на линии. Например, для большинства загрязненных районов «первый период без обслуживания» равен 5-8 годам, а в районах с относительно легким загрязнением (классы от A до C) этот период на основе опыта продлен до 8-10 лет. Напротив, для сильно загрязненных зон обслуживания (класс E - производство цемента, извести, алюминия, щелочи, выплавки металлов и т.д.) «первый период без обслуживания» составляет менее 5 лет. Точно так же 5 лет «без обслуживания» рекомендуется для линий, проходящих в пределах 1 км от береговой линии. Относительную продолжительность «второго и последующих периодов без обслуживания» следует выбирать, основываясь на результатах выборочных испытаний за предыдущий период.
2. Тестовые испытания.
В конце каждого периода, не требующего технического обслуживания, необходимо выбрать изоляторы для пробных испытаний, в идеале - в лаборатории, а не в полевых условиях. Это включает в себя визуальный осмотр, измерения гидрофобности и загрязнения, а также проверку электрических и механических характеристик.
Согласно многим национальным нормам, фарфоровые изоляторы необходимо регулярно чистить и проверять на предмет пробоев.
2а. Визуальный осмотр.
Достаточно информативен визуальный осмотр поверхности изолятора, который дает представление о толщине слоя загрязнения, возможных повреждений вследствие эрозии или старения корпуса (например, меление, затвердевание, изменение цвета). Также следует тщательно проверять наличие признаков возможного проскальзывания концевого фитинга и системы уплотнения. Если корпус поврежден или загрязнен, то существует вероятность его разрушения. Более того, проскальзывание концевого фитинга может привести не только к серьезным повреждениям системы уплотнения, но и к ухудшению механических характеристик. Следует обращать внимание на навесы и запорные устройства, толщину слоя загрязнения и состояние коронирующего кольца.
2б. Гидрофобность.
Гидрофобность корпуса и навесов должна быть исследована в лаборатории и измерена в трех местах - на высоковольтном конце, на заземленном конце и в средней точке. Гидрофобность в диапазоне HC1 ~ HC4 считается хорошим показателем, потому что в этом случае напряжение пробоя будет намного выше, чем рабочее напряжение.
Показатель HC5 считается средним, а HC6-HC7 означает, что вся гидрофобность утрачена и изолятор подвергается повышенному риску.
2в. Измерение загрязнения.
Измерения загрязнения изоляторов, отобранных с линии, будут использованы для оценки состояния их загрязнения, а точки измерения для сбора ESDD и NSDD будут такими же, как и для тестов на гидрофобность.
2г. Электрические характеристики.
В некоторых районах электрические характеристики проверяются на отобранных образцах композитных изоляторов с естественным загрязнением. В этих случаях разница между результатами сухого и влажного испытаний промышленной частоты не должна превышать 30%. Иногда также выполняется испытание импульсным напряжением, чтобы проверить качество границы раздела оболочка-стержень.
2д. Механические характеристики.
Механические характеристики полимерных изоляторов в процессе эксплуатации снижаются. Поэтому кратковременные механические разрушающие нагрузки следует испытывать на отобранных изоляторах, чтобы определить среднюю остаточную механическую прочность изоляторов, находящихся в эксплуатации. Особое внимание следует уделять изоляторам, механические характеристики которых снизились до значения заданной механической нагрузки (SML).
Гофрированные композитные изоляторы и изоляторы с внутренней кромкой показали отличные механические характеристики, то есть их остаточная механическая прочность, была выше, чем у SML, даже после 10 лет эксплуатации. Однако механические характеристики изоляторов с наружной кромкой обычно не столь стабильны, и отклонения в нагрузках от механического разрушения могут оказаться неприемлемыми.
Поэтому в течение последних десяти лет на линиях электропередач изоляторы с наружной кромкой практически не используются. В зависимости от региона иногда также проверяются динамические механические характеристики «растяжение и вращение» для гарантии полностью безопасной эксплуатации изоляторов.
2е. Дополнительные проверки.
Дополнительно проводится инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ) контроль для изоляторов с поврежденными корпусами или в случае сомнений их состояния. Затем следует провести испытание тех изоляторов, у которых наблюдается повышение температурного профиля или коронный разряд.
Действия после пробного испытания.
Решения о техническом обслуживании должны приниматься после выборочной проверки, и их можно разделить на следующие группы:
• Если результаты испытаний образцов изоляторов признаны хорошими, то не стоит отклоняться от запланированной продолжительности последующего необслуживаемого периода.
• Если только некоторые из отобранных изоляторов являются достаточно хорошими или обнаружены незначительные визуальные дефекты, следующий «период без обслуживания» может быть тот же, но при условии повышенного внимания к любым выявленным проблемам. Для получения дополнительной информации рекомендуется увеличить количество отобранных изоляторов.
• Если внешний вид отобранных изоляторов неудовлетворителен или результаты во многих устройствах не соответствуют ожиданиям, в идеале следует провести дополнительные испытания для выявления причин.
Следовательно, последующий период без обслуживания должен быть сокращен, а изоляторам следует уделять пристальное внимание.
• Если механические или электрические характеристики отобранных единиц значительно снизились (по сравнению с новыми изоляторами), следует обратить пристальное внимание на изоляторы и разработать программу их поэтапной замены.
• Если отобранные изоляторы серьезно повреждены, то дальнейшая безопасная работа линии не гарантируется и необходимо как можно быстрее заменить все изоляторы. Также необходимо принять различные меры для обеспечения максимальной безопасности линии.
Другие аспекты выборочного технического обслуживания.
1. Сезон проверки.
Отбор образцов должен производиться весной или осенью одновременно с плановой проверкой линии. Осенью, после летних дождей, загрязненность изоляторов обычно меньше, чем весной.
2. Места проведения измерений.
Теоретически, место проведения измерений выбирается произвольно. Тем не менее, многие коммунальные предприятия, проводят тестирование наиболее неблагоприятных мест вдоль линии, чтобы провести измерения на устройствах, работающие на этих участках.
3. Выбор образцов изоляторов.
В идеале для испытаний следует отбирать не меньше трех изоляторов с каждого места измерения.
Выводы.
- Техническое обслуживание на основе результатов отбора образцов является одним из наиболее экономически эффективных методов контроля состояния полимерных изоляторов.
- Продолжительность каждого последующего «периода без обслуживания» должна выбираться на основе результатов испытаний образцов, взятых в конце предыдущего «периода без обслуживания». «Первый период без обслуживания» может составлять 5-8 лет.
- Этот метод является динамичным и основан на накопленном опыте. Все испытания должны проводиться в лабораторных, а не в полевых условиях. Внешний вид, механические характеристики, гидрофобность и электрические характеристики являются типичными проверяемыми параметрами, и если результаты окажутся неубедительными, то может потребоваться дополнительная ИК- или УФ-инспекция.
- После выборочных проверок могут потребоваться корректирующие меры. Сильно поврежденные изоляторы следует срочно заменить. Незначительно поврежденные изоляторы необходимо протестировать повторно.