СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
HIGH-VOLTAGE EQUIPMENT DIAGNOSTIC METHOD

Предлагаемое изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть использовано для диагностики высоковольтного оборудования методом частичных разрядов (ЧР).
Известны способы диагностики и тестирования изоляции путем измерения характеристик частичных разрядов с помощью индуктивных и емкостных датчиков (R.Е.James et al. Application of a capacitive Network Winding Representation to the Location Partial Discharges in Transformers / Electric Engineering Transaction, Vol. EE-13, N2, 1977. P.95-103; Патент RU 2207581 C2, 17.04.2001, МКП G01R 31/08, 31/11), заключающиеся в том, что частичные разряды регистрируют с помощью индуктивных или емкостных датчиков, выходные сигналы которых фильтруют и усиливают, формируя таким образом сигнал, несущий информацию о ЧР в изоляции диагностируемого высоковольтного оборудования. Общим недостатком этих способов является низкая достоверность диагностики, обусловленная влиянием электрических разрядов, возникающих вне диагностируемого оборудования.
Известен способ контроля частичных разрядов в электрическом силовом трансформаторе (Евразийское патентное ведомство 000019 В1, 30.12.1997, МКП G01R 31/02, 31/34). Способ заключается в том, что при рабочем напряжении на высоковольтном вводе электромагнитное поле частичных разрядов силового трансформатора воспринимают индуктивным и емкостным датчиками, выходные сигналы которых фильтруют, усиливают и умножают один на другой и в соответствии со знаком произведения формируют сигнал, несущий информацию о частичных разрядах в баке трансформатора.
Способ не обеспечивает требуемой селективности разрядов внутри и вне высоковольтного оборудования, имеет недостаточную достоверность и не обладает необходимой наглядностью представления результатов контроля. Указанные недостатки в значительной степени обусловлены широким диапазоном значений частоты следования частичных разрядов в изоляции трансформатора. В результате при определенных значениях напряженности электрического поля частота следования ЧР настолько высока, что из-за инерционности датчиков, фильтрующих, усиливающих и перемножающих компонент средств измерений происходит искажение параметров частичных разрядов, возможно появление ложной полярности произведения сигналов индуктивного и емкостного датчиков. Из-за наложения ЧР, возникающих в различных областях диагностируемого оборудования, друг на друга возможно насыщение усиливающих компонент, что приводит к временному сдвигу перехода их выходного напряжения через нулевой уровень и так же может явиться причиной неправильного определения полярности. В результате требуемый уровень селективности к восприятию разрядов внутри и вне диагностируемого высоковольтного оборудования не обеспечивается. Кроме того, при использовании известного способа для регистрации характеристик ЧР с помощью широко применяемых при диагностике высоковольтного оборудования цифровых регистраторов (Михеев Г.М. Цифровая диагностика высоковольтного оборудования. - Изд. Дом «Додека - XXI», 2008. - 304 с.), обеспечивающих наглядность результатов контроля, возникает трудно устранимое противоречие между скоростью и точностью регистрации. Указанные недостатки существенно снижают эффективность диагностики высоковольтного оборудования методом частичных разрядов.
Цель предлагаемого изобретения - повышение достоверности и наглядности результатов диагностики высоковольтного оборудования за счет обеспечения высокой селективности ЧР внутри и вне оборудования, снижения погрешностей измерения параметров ЧР и представления результатов диагностики в виде зависимостей текущего значения суммарного кажущегося заряда ЧР от напряжения на высоковольтном вводе диагностируемого оборудования.
Указанная цель достигается тем, что электромагнитное поле частичных разрядов воспринимают на высоковольтном вводе силового трансформатора индуктивным и емкостным датчиками, выходные сигналы которых фильтруют, усиливают и умножают один на другой и в соответствии со знаком произведения формируют сигналы, один из которых пропорционален текущему значению суммарного кажущегося заряда ЧР, второй - текущему значению частоты ЧР. С помощью первого сигнала определяют зависимость суммарного кажущегося заряда ЧР от напряжения на высоковольтном вводе диагностируемого оборудования, а с помощью второго корректируют скорость изменения напряженности электрического поля в изоляции, обеспечивая стабилизацию частоты ЧР.
В данном способе диагностики напряженность электрического поля в изоляции высоковольтного оборудования изменяют в соответствии с текущим значением частоты ЧР, снижая скорость изменения напряженности при увеличении частоты ЧР и увеличивая при ее уменьшении, т.е. проводят диагностику в режиме стабилизации текущего значения частоты ЧР на уровне, соответствующем минимальным погрешностям измерения параметров ЧР, определяя при этом суммарный кажущийся заряд ЧР.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ диагностики высоковольтного оборудования. На ней показаны часть бака 1 и ввод 2 диагностируемого высоковольтного аппарата с размещенными на нем индуктивным 3 и емкостным 4 датчиками ЧР, подключенными ко входам блока обработки сигналов 5, первый выход которого подключен ко входу Y цифрового регистратора 6, а второй выход подключен к первому входу вычитающего устройства 7, причем второй вход вычитающего устройства подключен к выходу источника напряжения 8, а выход - ко входу Х цифрового регистратора 6 и к повышающему трансформатору 9, напряжение с которого подается на ввод 2.
На фиг.2 представлена структурная схема блока обработки сигналов 5, включающая в себя усилительно-фильтрующие компоненты 10 и 11, ко входам а и в которых подключены, соответственно, индуктивный 3 и емкостный 4 датчики ЧР, а выходы соединены со входами перемножающего устройства 12, выход последнего подключен к управляющему входу блока коммутации 13, сигнальный вход которого подключен к выходу усилительно-фильтрующей компоненты 10, а выход - к интегратору 14 и формирователю импульсов 15, выход которого подключен к цепи усреднения 16.
∑
∑
Устройство работает следующим образом. Сигналы электрических разрядов принимаются индуктивным и емкостным датчиками 3 и 4, приводятся к одному уровню и освобождаются от шумовых составляющих, проходя через усилительно-фильтрующие компоненты 10 и 11, а затем перемножаются устройством 12. Выходной сигнал этого устройства, полярность которого определяется местом возникновения разряда (т.е. внутри или вне диагностируемого высоковольтного оборудования), управляет работой коммутатора 13, обеспечивая дальнейшее прохождение импульсов тока, соответствующих лишь ЧР внутри диагностируемого оборудования. Формирователь 15 формирует из импульсов сложной формы, соответствующих ЧР, короткие однополярные прямоугольные импульсы стабильной амплитуды и длительности. Постоянная составляющая этого импульсного сигнала, пропорциональная его текущей частоте, выделяется цепью усреднения 16 и вычитается с помощью устройства 7 из сигнала источника напряжения 8, снижая скорость изменения напряжения на высоковольтном вводе диагностируемого аппарата при увеличении частоты ЧР и увеличивая при ее снижении. Таким образом, достигается стабилизация текущего значения частоты ЧР на желаемом уровне, который определяется коэффициентом передачи в контуре управления, включающем диагностируемую изоляцию, а также элементы 2, 3, 4, 5, 7 и 9 (фиг.1). Критерием выбора этого уровня является отсутствие изменений в регистрируемых зависимостях Q=f(U) суммарного кажущегося заряда ЧР от приложенного напряжения при уменьшении модуля этого коэффициента, например, путем уменьшения усиления в компонентах 10 и 11 (фиг.2). Регистрацию названных зависимостей обеспечивает интегратор 14, на вход которого с коммутатора 13 поступают импульсы тока, соответствующие частичным разрядам в диагностируемом оборудовании. Интегратор формирует на выходе напряжение, значение которого пропорционально сумме ампер-секундных площадей входных импульсов, т.е. суммарному кажущемуся заряду ЧР. Это напряжение подается на вход Y цифрового регистратора 6, на вход Х которого поступает сигнал, пропорциональный напряжению на высоковольтном вводе диагностируемого оборудования. Таким образом, при испытаниях в режиме стабилизации частоты ЧР регистрируется зависимость суммарного кажущегося заряда ЧР от приложенного напряжения: Q=f(U).
∑
На фиг.3 представлены типичные графики зависимостей Q=f(U), полученные предлагаемым способом на лабораторном высоковольтном трансформаторе с низким качеством изоляции, близким к критическому. Амплитуда испытательного напряжения для кривой 1 равна 50%, а для кривой 2 - 120% от номинальной рабочей амплитуды. Начальные участки кривых (a-b для кривой 2) соответствуют первоначальному после подачи испытательного напряжения увеличению напряженности электрического поля от нуля до положительного амплитудного значения, а замкнутые контуры (b-c-d-e-f-g) - циклическому изменению напряженности. Наблюдаемая на кривой 2 область насыщения свидетельствует о пробое основной части локальных дефектов изоляции. Информативными параметрами кривых являются площадь, ограниченная ими, суммарный остаточный кажущийся заряд при смене полярности испытательного напряжения (точки c и f), значения испытательного напряжения, соответствующие нулевому суммарному кажущемуся заряду (точки d и g), a также наклоны касательных, проведенных к кривым в характерных точках (начальный, максимальный и др.).
∑
∑
На фиг.4 представлены графики зависимостей Q=f(U), полученные в соответствии с предлагаемым способом при диагностике на одной из фаз автотрансформатора АТДЦТН-200000/110/6. Кривая 1 соответствует исправной, а кривая 2 - дефектной изоляции. Обработка результатов прямых измерений параметров этих зависимостей с многократными (n=25) наблюдениями показывает, что погрешность измерений, соответствующая доверительной вероятности 95%, благодаря стабилизации частоты ЧР по предлагаемому способу снижается с 35% (без стабилизации) до 8% (со стабилизацией). Результаты эксперимента обладают хорошей наглядностью, свидетельствуют о высокой информативности зависимостей Q=f(U) и достоверности предлагаемого способа диагностики высоковольтного оборудования.