Устройство для определения элементов с повышенным уровнем частичных разрядов в электротехнических системах

УДК 621.3.082.77

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

В.М. Степанов, А.С. Судавный

Непрерывный контроль параметров состояния электротехнических устройств силовых подстанций позволяет своевременно выявлять и диагностировать нарушения в работе оборудования. В данной статье рассмотрено устройство для непрерывного контроля уровня частичных разрядов в условиях эксплуатации.

Ключевые слова: электротехнические устройства, частичные разряды, диагностика, трансформаторы тока, ёмкостные делители.

Большой износ электротехнических устройств, эксплуатируемых на силовых подстанциях, требует решения вопроса повышения эффективности функционирования этих электротехнических устройств, то есть продления их срока службы и безаварийной работы.

Такими электротехническими устройствами на силовых подстанциях являются: силовые трансформаторы, шунтирующие реакторы, измерительные трансформаторы тока и напряжения, выключатели, разъединители, а также кабельные линии и ограничители перенапряжения.

Для обеспечения эффективной роботы данного электрооборудования и обеспечения его эксплуатационной надёжности, требуется своевременная диагностика и устранение неисправностей, возникающих в результате старения материалов и эксплуатации.

В настоящее время для контроля состояния высоковольтного электрооборудования проводятся регламентные испытания, осуществляемые в соответствии с РД 34.45-51.300-97 «Объём и нормы испытаний электрооборудования». Данные испытания, на мой взгляд, имеют некоторые недостатки, не позволяющие своевременно реагировать на изменения в электрооборудовании приводящие к аварийным ситуациям. Например, регламентные испытания имеют довольно большие промежутки, во время которых и происходят аварийные ситуации. Так даже если испытания показывают нормальные данные по оборудованию, это не позволяет прогнозировать безотказную работу оборудования на весь срок межрегламентного периода.

Еще одним недостатком является невозможность провести испытания в рабочем режиме, так как для проведения испытаний в соответствии с РД необходимо выводить оборудование из работы. Это не дает точных характеристик оборудования в рабочем режиме. Также регламентные испытания требуют наличия специально обученного персонала или привлечения специализированных организаций, что влечет за собой дополнительные затраты.

Устранить данные недостатки позволяет применение методов диагностики, позволяющих вести мониторинг оборудования в реальном времени и под нагрузкой. Такие методы позволяют получать параметры реально описывающие состояние оборудования, сократить количество обслуживающего персонала, выявить дефекты на ранних этапах, и не допускать выхода электрооборудования в аварийный режим.

Одним из перспективных направлений непрерывной диагностики высоковольтных аппаратов является контроль частичных разрядов в их изоляции.

При эксплуатации электротехнического оборудования силовых подстанций серьёзную проблему представляют частичные разряды. Причинами их возникновения могут служить: локальные перегревы изоляции и как следствие ухудшение её электрической прочности; перенапряжения при переключениях; короткие замыкания на шинах трансформаторов, приводящие к деформации изоляции, а так же климатические условия в которых эксплуатируется оборудование. Электрическая прочность трансформаторного масла сильно уменьшается при температурах от минус 20°С до 10°С . При наличии перенапряжений в этом диапазоне температур возможны возникновения электрических разрядов в изоляционном масле, в результате которых, в изоляционном масле появляются газообразные включения, заметно снижающие электрическую плотность масла. В результате при рабочей напряжённости поля, в изоляционном масле могут происходить частичные разряды. Частичные разряды приводят к быстро-развивающимся дефектам деструкции и пробою изоляции [1]. Наиболее подвержено образованию частичных разрядов оборудование, не имеющее большого тепловыделения. К таким электротехническим устройствам можно отнести: конденсаторы связи, измерительные трансформаторы и т.д.

Для обеспечения эффективной роботы электрооборудования, создания условий его эксплуатационной надёжности, требуется своевременная диагностика и устранение неисправностей возникающих в результате старения материалов и эксплуатации. Непрерывный контроль уровня частичных разрядов высоковольтных аппаратов силовых подстанций позволит диагностировать дефекты изоляции оборудования на ранней стадии и не допустить аварии.

Устройство для непрерывного контроля сигнала частичных разрядов и обнаружения их очага на силовой подстанции в условиях эксплуатации относится к области измерения и может быть использовано для измерения сигналов частичных разрядов (ЧР) в электрической изоляции трёхфазных высоковольтных аппаратов под рабочим напряжением с целью диагностики возникновения дефектов с возможностью контроля, как системы высоковольтных аппаратов в целом, так единичных её элементов.

Данное устройство состоит из активной части в виде системы проводящих электрически связанных между собой элементов, находящихся под высоким напряжением и окруженных слоями изоляции и схемы обработки и регистрации сигнала ЧР. В схеме обработки и регистрации ЧР присутствует коммутатор позволяющий отключать и подключать контролируемые высоковольтные аппараты от схемы обработки и регистрации сигнала ЧР без дополнительных монтажных и демонтажных работ.

Новизна заключается в наличие переключающего коммутатора в конструкции, позволяющего переключаться между контролируемыми аппаратами и изменять конфигурацию схемы регистрации частичных разрядов, для разных видов высоковольтных аппаратов. Тем самым повышается универсальность устройства и появляется возможность обнаружения аппарата с повышенным уровнем частичных разрядов в изоляции, путём переключения устройства от контроля всей системы, к последовательному всей цепочки аппаратов.

Блок-схема работы устройства приведена на рис. 1,2 и 3. Высоковольтные шины А, В, С и электрически связанные аппараты подключённые к системе данных шин являются активной частью, окруженной изоляцией, Са, Сь и Сс емкостные делители для организации общей точки трансформаторами тока или напряжения, соединенными по схеме «разомкнутого треугольника» в разрыв которого включен регистратор ЧР (К). Устройство работает следующим образом. В локальной части ОЧР области изоляции, окружающей активную часть высоковольтных аппаратов, под действием высокого напряжения возникают импульсы тока ЧР. Эти импульсы индуцируют импульсные токи ЧР в активной части высоковольтных аппаратов и, следовательно, в шинах А, В и С, которые через емкости Са, Сь и Сс поступают в трансформаторы Та, Ть и Тс, обмотки которых соединены по схеме «разомкнутого треугольника». Включенный в разрыв «треугольника» регистратор ЧР измеряет уровень этих сигналов ЧР на фоне шумов и помех. Затем сигнал о уровне частичных разрядов подаётся на вход коммутатора и в зависимости от уровня частичных разрядов коммутатор либо оставляет схему в первоначальном виде, либо при отличие уровня ЧР от нормы для данной подстанции, отключает от схемы общую точку контроля подстанции и начинает поочерёдный контроль аппаратов входящих в структуру подстанции. При переключении между контролируемыми аппаратами учитываются их конструктивные особенности: для аппаратов без ёмкостных делителей в конструкции применяется схема изображённая на рис. 2, а для аппаратов с встроенными ёмкостными делителями схема изображённая на рис.3.

170

Рис. 1. Режим контроля уровня частичных разрядов в изоляции электрически связанных высоковольтных аппаратов подключённых к системе шин А,В и С: 1 - Коммутатор; 2 - Ёмкостные делители Са, СЬ, Сс; 3 - Низковольтные измерительные трансформаторы напряжения Та, ТЬ, Тс; 4 - Регистратор частичных разрядов; 5 - Щупы подключаемые к трёхфазным высоковольтным аппаратам с имеющимися емкостными делителями; 6-Щупы подключаемые к трёхфазным высоковольтным аппаратам; 7- Щупы подключаемые к системе шин А, В и С электрически связанным высоковольтным аппаратам подключённым к системе шин А,В и С высоковольтного трансформатора; 8 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к трёхфазным высоковольтнымаппаратам; 9 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к Трёхфазным высоковольтным аппаратам с имеющимися емкостными делителями; 10 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к системе шин А,В и С высоковольтного трансформатора электрически связанных с высоковольтным

аппаратами 171

На рис. 2 показан режим работы устройства при котором контролируются аппараты с имеющимися емкостными делителями (измерительные трансформаторы тока, высоковольтные вводы, конденсаторы связи и т.д.).

3

3

Рис. 2. Режим контроля уровня частичных разрядов в изоляции

трёхфазных высоковольтных аппаратов с измерительными выводами: 1 - Коммутатор; 2 - Ёмкостные делители Са, СЬ, Сс; 3 - Низковольтные измерительные трансформаторы напряжения Та, ТЬ, Тс; 4 - Регистратор частичных разрядов;

5 - Щупы подключаемые к трёхфазным высоковольтным аппаратам с имеющимися емкостными делителями; 6-Щупы подключаемые к трёхфазным высоковольтным аппаратам;

7- Щупы подключаемые к системе шин А, В и С электрически связанным высоковольтным аппаратам подключённым к системе шин А,В и С высоковольтного трансформатора; 8 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к трёхфазным высоковольтным аппаратам; 9 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к Трёхфазным высоковольтным аппаратам с имеющимися емкостными делителями; 10 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к системе шин А,В и С высоковольтного трансформатора электрически связанных с высоковольтным аппаратами 172

Рис. 3. Режим контроля уровня частичных разрядов в изоляции трёхфазных высоковольтных аппаратов : 1 - Коммутатор; 2 - Ёмкостные делители Са, СЬ, Сс; 3 - Низковольтные измерительные трансформаторы напряжения Та, ТЬ, Tc; 4 - Регистратор частичных разрядов; 5 - Щупы подключаемые к трёхфазным высоковольтным аппаратам с имеющимися емкостными делителями; 6-Щупы подключаемые к трёхфазным высоковольтным аппаратам; 7- Щупы подключаемые к системе шин А, В и С электрически связанным высоковольтным аппаратам подключённым к системе шин А,В и С высоковольтного трансформатора; 8 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к трёхфазным высоковольтнымаппаратам;

9 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к Трёхфазным высоковольтным аппаратам с имеющимися емкостными делителями; 10 - Входы для получения сигнала с щупов подключаемых к системе шин А,В и С высоковольтного трансформатора электрически связанных с высоковольтным

аппаратами 173

Таким образом данное устройство позволяет контролировать уровень сигнала частичных разрядов системе электротехнических аппаратов, выявлять источник повышенного уровня частичных разрядов и повышать эффективность работы электрических аппаратов силовых подстанций, путём своевременного обнаружения и устранения дефектов возникающих в устройствах при эксплуатации.

Список литературы

1. РД 34.45-51.300-97. Объём и нормы испытаний электрооборудования. М., 1997.

2. Пат. 2393494 РФ. Устройство непрерывного контроля сигнала частичных разрядов в изоляции трехфазных высоковольтных аппаратов в условиях эксплуатации / В.С. Поляков, В.С. Гурьянов. Бюл. 27.06.10. № 18.

3. Поляков В.С. Принципы построения эффективной системы диагностики // Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Вып. 27. Материалы семинара Современные проблемы производства, эксплуатации и ремонта трансформаторного оборудования. Санкт-Петербург: ПЭИПК, 2004. 196 с.

Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ener-gy@tsu. tula. ru,Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Судавный Андрей Сергеевич, асп., sudavny_a@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DEVICE FOR DETERMINING ELEMENTS WITH A HIGH LEVEL OF PARTIAL DISCHARGES IN ELECTRICAL SYSTEMS

V.M. Stepanov, A.S. Sudavny

Continuous monitoring of the parameters of the state of electrical equipment of power substations allows timely detection and diagnosis of violations in the operation of equipment. This article considers a device for continuous monitoring of the level of partial discharges under operating conditions.

Key words: Electrotechnical devices, partial discharges, diagnostics, current transformers, capacitive dividers.

Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, the head of department, energy@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sudavny Andrew Sergeevich, postgraduate, sudavny_a@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University