В. П. Вдовико, ООО «ЭМА», г. Новосибирск,
E-mail: vvp@ema.ru, тел./факс (383)-220-91-34
Проблема аварийности высоковольтного оборудования и экономическая потребность в фактическом продлении эксплуатационного ресурса большого парка электроэнергетического оборудования приводят к необходимости ускоренного внедрения эффективных методов диагностики кабелей и оборудования. Создание и внедрение эффективной диагностики кабелей и оборудования может не только повысить их эксплуатационную надежность, но и уменьшить материальные затраты на обслуживание и испытания.
За последние 20 лет происходило постепенное изменение стратегии диагностирования оборудования: обоснование неэффективности регламентных испытаний и переход от концепции регламентных испытаний к концепции испытания оборудования по его техническому состоянию. Одновременно решалась задача создания системы диагностирования в режиме автоматического (автоматизированного) мониторинга параметров оборудования под рабочим напряжением («on-line»). Для обеспечения диагностики кабелей и оборудования под рабочим напряжением разрабатывались соответствующие методы и реализующие их технические средства. К таким методам, прежде всего, следует отнести методы регистрации частичных разрядов (ЧР), позволяющие обнаруживать локальные быстроразвивающиеся дефекты.
В связи с тем, что электроизоляционная система высоковольтного оборудования в основном определяет его эксплуатационную надежность, тщательному диагностированию этой системы уделяют особое внимание. В диагностировании электрической изоляции особая роль отводится методу регистрации частичных разрядов, как наиболее эффективному в выявлении локальных дефектов. По существу, метод регистрации частичных разрядов является единственным, позволяющим в темпе процесса разрушения изоляции обнаруживать развивающиеся локальные дефекты.
Использование характеристик частичных разрядов в качестве диагностических параметров оборудования прежде всего требует применения наиболее информативных характеристик.
В течение 30 лет в качестве характеристики частичных разрядов, используемой как критерий качества изоляции на заводах при испытании изготавливаемого оборудования, например, трансформаторы, является кажущийся заряд ЧР q [1]. Разработанный ГОСТ 20 074 – 83 создал основу для унификации схем измерения ЧР, рекомендовал комплекс характеристик ЧР, позволяющих более полно представить процесс ЧР [2]. Детальные требования к схемам регистрации, измерительным средствам и методике испытаний оборудования с измерением ЧР представлены в Международном Стандарте IEC 60 270 [3]. Что касается нормативов при использовании характеристик, то установление норм оставлено на компетенцию производителей оборудования и их заказчиков, которые должны устанавливать их в технических условиях или технических требованиях на конкретные виды оборудования. Это нашло отражение в соответствующих стандартах [4 - 7].
Применение нормированной характеристики частичных разрядов в виде кажущегося заряда в начале ее введения привело к различному толкованию полученных результатов. Это объяснялось возможностью одинаковой оценки единичного импульса ЧР и их множества. В нормативно-технических документах это обстоятельство никак не учитывалось. В последние годы в изменениях ряда ГОСТ и в IEC 60 270, редакция 3, было введено уточнение этого термина в виде «неоднократно встречающихся значений», оставляя на усмотрение испытателей количественную оценку этой характеристики.
Впервые количественная оценка неоднократно встречающихся значений кажущегося заряда была предложена в Сибирском НИИ энергетики в 90-х годах и реализована аппаратными средствами при мониторинге ЧР в трансформаторах 500 кВ [6]. Количественно неоднократность оценивается коэффициентом регулярности ЧР R, представляемым как отношение числа периодов, в которых возникают ЧР определенных кажущихся зарядов q, к общему числу периодов измерения.
На рис. 1 представлена зависимость q(R), полученная при испытании дефектного керамического конденсатора К15.
Рис. 1. Зависимость максимального значения заряда q от коэффициента регулярности R,
полученная по результатам испытания конденсатора К15 при испытательном напряжении 40 кВ.
На рис. 2 показаны некоторые результаты измерения ЧР, имеющих различные распределения R по кажущемуся заряду q, R(q). Как видно из приведенных на рис. 1 и 2 данных максимальные значения кажущихся
А - двигатель, 4 МВт, 11 кВ; Б - двигатель, 0,6 МВт, 11 кВ. 1, 2, 3 – результаты измерения ЧР в изоляции статорных обмоток фаз А, В, С.
Рис. 1. Зависимость R(q) кажущихся зарядов ЧР в изоляции статорных обмоток.
зарядов единичного ЧР и повторяющихся ЧР в каждом периоде могут отличаться в 5 раз.
На рис. 2 представлены аналогичные характеристики, полученные при испытаниях силовых трансформаторов.
Рис. 2 Зависимость R(q) кажущихся зарядов развивающихся (А) и слабо развивающихся (Б) ЧР в изоляции автотрансформаторов 220/110 кВ.
Для объективной оценки неоднократно возникающих ЧР можно устанавливать определенные значения R. Так, например, при испытании трансформаторного оборудования 220 – 500 кВ было принято значение R, равное 0,5 (50%).
Если при оценке качества изоляции оборудования, изготавливаемого на заводе, использование одной характеристики ЧР кажущегося заряда q может быть обосновано только лишь тем, что необходимо установить сам факт отсутствия ЧР малых значений q, то при определении степени опасности ЧР во время диагностики кабеля и оборудования в условиях его эксплуатации этого явно недостаточно. Согласно рекомендациям ГОСТ 20 074 – 83 и Стандарта IEC 60 270 ЧР описываются комплексом характеристик, в том числе и средним током ЧР I. Характеристика средний ток I является интегральной характеристикой и выражается в виде суммы кажущихся зарядов ЧР, деленной на время измерения tизм,
I = (qО + q1 +…+ qk) / tизм .
В этой характеристике присутствует уже множество разрядов, которое связано с числом сигналов ЧР.
Следовательно, использование максимального значения кажущегося заряда неоднократно возникающих ЧР QR с характеристикой среднего тока I позволяет более объективно оценивать интенсивность разрушающего действия ЧР.
Использование числа ЧР N в виде зависимости N(q) позволяет наглядно сравнивать по этой характеристике степень опасности ЧР в различных объектах контроля или отслеживать динамику процесса ЧР.
На рис. 3 представлена характеристика N(q), иллюстрирующая одновременно и максимальные значения кажущегося заряда ЧР.
Рис. 3 Характерная зависимость N(QR) трансформаторного оборудования с развивающимся дефектом, R = 0,5.
Здесь и ниже значения QR представлены в сгруппированном виде; каждая точка кривых на графиках представляет собой обобщенный результат из 200 значений; каждое измерение производится в течение 10 мкс.
На рис. 4 представлены зависимости N(q), полученные при испытании изоляции статорных обмоток двигателя мощностью 4 МВт 11 кВ.
Определенный интерес представляют фазовые характеристики частичных разрядов, представляющие собой распределение максимальных значений кажущихся зарядов, измеренных в момент их образования, по фазе в периоде воздействующего напряжения QR(φ ), рис. 5.
На основании представленных характеристик возможен поиск моделей видов дефектов. Этот метод находит применение при диагностировании различного вида оборудования [8, 9 и др.].
Рис.4 Зависимости N(QR) изоляции статорных обмоток различных фаз
двигателя мощностью 4 МВт 11 кВ; R = 0,5.
Рис. 5. Фазовые характеристики ЧР в изоляции автотрансформа-тора 220 кВ (предположите-льно с дефектами во вводах ВН).
Определенный интерес представляет динамика развития интенсивности частичных разрядов, например, QR (R=0,5) от времени, при длительном воздействии на изоляцию рабочего напряжения. На рис. 6 представлены зависимости QR(t), полученные при диагностировании изоляции генератора.
Рис. 6. Изменение максимального значения кажущегося заряда QR неоднократно возникаю-щих ЧР (R = 0,5) в изоляции статорных обмоток генератора 50 МВт напряжением 11 кВ при его эксплуатации (фазы А, В, С).
Поиск дефектов является одной из важнейших задач технического диагностирования. В большинстве случаев эта задача решается с помощью моделей дефектов. Формализованное описание дефектов в виде их моделей возможно с помощью множества параметров, в том числе и характеристик частичных разрядов. Естественно, применяемые для этого характеристики ЧР должны быть, во-первых, получены экспериментальным путем и, во-вторых, обработаны с помощью специального программного обеспечения для получения расчетных значений. Накопление экспериментальных данных является достаточно трудоемкой задачей. Как правило, такие данные далеко не всегда являются полными и поэтому полученные с их помощью модели и оценка вида дефекта являются вероятностными.
По всем интересующим вас вопросам, просим обращаться к ведущему эксперту ООО «ЭМА»,- Василию Павловичу Вдовико.