СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ
METHOD FOR NONCONTACT REMOTE DIAGNOSTICS OF HIGH-VOLTAGE INSULATORS

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для бесконтактной дистанционной диагностики рабочего состояния высоковольтных изоляторов на основе обнаружения наиболее опасных дефектов с определением их вида и места расположения посредством регистрации электромагнитным приемником сигналов частичных разрядов и последующего компьютерного анализа определенного набора характеристик частичных разрядов.
Известны бесконтактные дистанционные способы диагностики рабочего состояния высоковольтных изоляторов, основанные на измерении и анализе определенных характеристик частичных разрядов (патенты RU №2359280 GOIR, 31/12. 2009; RU №2483315, GOIR. 31/12.2011, RU 2597963 GOIR 31/08, 2015). С помощью изложенных там способов возможно диагностировать степень дефектности изолятора без определения вида и места дефекта, поскольку в них предложено дистанционно измерять и анализировать только усредненные по всему образцу характеристики частичных разрядов. Как следует из проработанных источников информации до настоящего времени не предложено каких-либо способов бесконтактного дистанционного контроля, основанного на регистрации и анализе частичных разрядов, для определения вида и места расположения дефектов в высоковольтных изоляторах в ходе их эксплуатации.
Прототипом является способ бесконтактной диагностики состояния полимерных изоляторов (патент RU №2483315 от 27.05.2013) и выделения дефектных изоляторов по следующим диагностическим признакам: повышение интенсивности и количества частичных разрядов за дискретный фазовый интервал, наличие мощных разрядов, превышающих средние значения, сдвиг фазовых интервалов излучения частичных разрядов с наибольшими интенсивностями по сравнению с работоспособными бездефектными изоляторами. Основным недостатком этого способа является невозможность определения вида и места расположения дефекта, что затрудняет оценку реального влияния конкретного дефекта на работоспособность изолятора, находящегося в эксплуатационном режиме.
Как известно из теоретических и экспериментальных исследований (В.Я. Ушаков, Изоляция установок высокого напряжения. М. Энергоатомиздат 1994; Ch. Pan. Et al. J. Phys D. 44(2011); A.B. Голенищев-Кутузов и др. Электротехника №2, 2017), основными видами дефектов в высоковольтных изоляторах являются поверхностные трещины (для фарфора) или объемные полости (для полимеров) в диэлектрическом стержне. Другим видом дефектов являются неплотные контакты между стержнем и оконцевателями. Дефекты в узлах сочленения стержня с оконцевателем наиболее опасны, поскольку электрическое поле в воздушном зазоре микроскопического размера может существенно превосходить среднюю напряженность поля по образцу, эмиссия с катода (электрода) также будет значительно увеличивать ток через дефект и тем самым уменьшая порог электрического пробоя. Поскольку в контакте стержень-оконцеватель, содержащим микроскопическую воздушную прослойку возникает сильный градиент поля вблизи поверхности стержня, то при длительной эксплуатации происходит ускоренное старение и разложение диэлектрической среды, снижающие электрическую прочность изолятора. Поэтому важно разделять эти основные типы дефектов и места их расположения на изоляторе.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа бесконтактной диагностики рабочего состояния находящихся в эксплуатации высоковольтных изоляторов, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом является возможность определения наличия опасного дефекта, его вида и места расположения путем обнаружения вида и места расположения наиболее опасных дефектов, а также оценки степени их влияния на работоспособность изолятора. Наличие дефектов устанавливается путем определения в каждом из дискретных интервалов фазового напряжения среднего числа и интенсивности импульсов частичного разрядов, которые превышают допустимый порог для возникновения частичных разрядов для конкретного типа изоляторов, как это предусмотрено патентом-прототипом.
Технический результат достигается тем, что в способе бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов, при котором осуществляют бесконтактный прием электромагнитным приемником импульсных сигналов частичных разрядов, их индикацию и компьютерную обработку с целью определения в каждом из дискретных интервалов фазового напряжения средних значений количества и интенсивности импульсов частичного заряда, которые превышают допустимый порог для возникновения дефектов или их развития по сравнению с эталонным изолятором, согласно настоящему изобретению, дополнительно определяют распределение числа частичных разрядов по интенсивности для положительного и отрицательного полупериодов высокого напряжения, а о наличии и виде наиболее опасных дефектов судят по расширению фазовых интервалов излучения частичных разрядов и резкому увеличению количества частичных разрядов в отрицательных полупериодах высокого напряжения по сравнению с положительными полупериодами.
При этом дополнительно определяют ширину и форму одиночных положительных и отрицательных импульсов частичных разрядов и по их различиям (увеличению ширины отрицательного импульса) устанавливают вид и место дефекта.
Вид и место расположения наиболее опасных для нормального функционирования изоляторов определяют по трем предлагаемым в данном способе диагностическим признакам:
- значительному уширению фазовых интервалов излучения частичных разрядов;
- резкому увеличению количества частичных разрядов в отрицательных полупериодах высокого напряжения по сравнению с положительными полупериодами;
- значительному отличию формы одиночных импульсов частичных разрядов для положительных и отрицательных сигналов.
Определение количества импульсов и значений интенсивности ЧР (в единицах заряда), превышающих допустимый безопасный уровень при эксплуатации и форма импульсов ЧР для каждого типа изоляторов выполняется путем сравнения с подобными характеристиками изолятора того же типа, принятого за эталон.
Эксперименты были выполнены на реальных высоковольтных изоляторах типа ЛК 70/35, снятых с эксплуатации и имевших дефекты двух типов: повреждения оболочки стержня и повреждение контакта стержень-оконцеватель. Эти виды дефектов, были вначале оценены визуально, а затем на экспериментальном стенде кафедры «Промышленная электроника и светотехника» КГЭУ были измерены наборы характеристик ЧР способом, приведенным в патенте RU №2483315. Характеристики были сняты электромагнитным приемником AOR AR 5000 А в частотном интервале 550 МГц при приложении к изоляторам рабочего напряжения в 35 кВ.
Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов осуществляют посредством следующих операций.
Используя узконаправленную электромагнитную антенну и приемник, принимают сигналы частичных разрядов в виде электромагнитных импульсов, и регистрируют на экране осциллографа. Затем импульсы частичных разрядов поступают в аналого-цифровой преобразователь и далее в устройство обработки информации в цифровом виде. Сигналы частичных разрядов, синхронизованные с фазой высокого напряжения, накапливаются по узким фазовым интервалам в блоке памяти персонального компьютера. Затем это фазовое распределение количества импульсов и интенсивности сравнивается с ранее записанным распределением аналогичных сигналов для эталонного изолятора. Выделяются по определенной программе сигналы, превышающие безопасный для нормального функционирования уровень и по ним выявляют изоляторы с дефектами и определяют возможность их дальнейшего функционирования.
Для обоснования предложенных диагностических признаков представлены результаты обработки сигналов частичных разрядов для трех изоляторов: работоспособного бездефектного (фиг. 1) и двух дефектных; содержащего пробой вдоль стержня (фиг. 2) и нарушение контакта стержень - оконцеватель (фиг. 3). По осям абсцисс (верхние строки) - значения фазовых интервалов (в градусах) и количества частичных разрядов в каждом фазовом интервале. Верхние графики (а) - представляют фазовые распределения интенсивностей (в единицах реального заряда) одиночных частичных разрядов. Нижние графики (б) - распределение частичных разрядов, усредненные по фазовым интервалам, графики (в) - распределения количества частичных разрядов, нижняя строка по оси абсцисс в зависимости от интенсивности (верхняя строка).
Из графиков следует, что сигналы частичных разрядов в изоляторах с дефектами (фиг. 2) и (фиг. 3) по количеству и интенсивности превышают аналогичные сигналы в бездефектном изоляторе (фиг. 1) (характеристики (а) и (б)), а так же по фазовым интервалам излучения частичных разрядов (характеристики в (в)).
В свою очередь, распределения количества частичных разрядов в зависимости от интенсивности (характеристики (в)) различаются для бездефектного (фиг. 1) и дефектных изоляторов (фиг. 2) и (фиг. 3), но и различаются между изоляторами (фиг. 2) и (фиг. 3).