СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ
METHOD TO CONTROL ENERGISED HIGH-VOLTAGE POWER EQUIPMENT

Изобретение относится к электроэнергетике и может найти применение для дистанционного контроля высоковольтного энергетического оборудования, находящегося под напряжением.
Известно, что на высоковольтном оборудовании, находящемся под рабочим напряжением, могут возникать коронные и поверхностные разряды, а на дефектах оборудования, например трещинах в высоковольтных изоляторах - частичные искровые разряды. Их возникновение сопровождается возбуждением акустических колебаний в широком диапазоне частот, включая ультразвуковой. Поэтому обнаружение и измерение акустических сигналов, в том числе ультразвуковых, связанных с частичными разрядами, являются одним из способов контроля состояния высоковольтного оборудования.
К приборам, работающим по принципу обнаружения ультразвукового сигнала, сопровождающего высоковольтный разряд, относится, например, ультразвуковой детектор УД-8М (паспорт и инструкция по эксплуатации УД-8М, Нижний Новгород, 1992, ТОО «Сигнал»), предназначенный для дистанционного определения мест утечек в изоляторах контактной сети железных дорог и ЛЭП. Принцип его работы основан на обнаружении ультразвуковых сигналов, имеющих частоту около 40 кГц, по уровню шума в головных телефонах детектора, направленного на исследуемый объект. Прибор имеет следующие недостатки: 1) оператору трудно отделить на слух сигналы, несущие полезную информацию о дефектах, от прочих сигналов; 2) постоянные шумовые эффекты в головных телефонах, крайне неравномерные по громкости и тональности, вредны для органов слуха.
Известно устройство ультразвукового контроля высоковольтных изоляторов под напряжением (пат. РФ №2262100), в котором ультразвуковой детектор состоит из двух блоков, один из которых настроен на частоту 70 кГц, а другой - на частоту 200 кГц. Устройство имеет оптический визир и блок лазерной наводки, по которым ультразвуковой детектор наводится на исследуемый объект. Если объект имеет дефекты - загорается световой линейный индикатор, что свидетельствует о наличии искровых или коронных разрядов. Перемещая устройство вдоль объекта, определяют место источника ультразвуковых сигналов, соответствующее максимальному числу светящихся фрагментов линейного индикатора.
Недостаток этого устройства, детектирующего сигналы в диапазоне около 70 кГц и 200 кГц, как у прибора УД-8М, детектирующего ультразвуковые сигналы с частотой около 40 кГц, состоит в том, что в реальных условиях эксплуатации на работающих подстанциях амплитуда от коронных сигналов в указанных диапазонах частот может несколько раз превышать амплитуды сигналов от частичных разрядов, возникающих на дефектах. Высокий уровень различных помех на работающих подстанциях чрезвычайно затрудняет или вообще делает невозможной регистрацию сигналов от частичных разрядов, а соответственно, и диагностику дефектов (невозможно определить, что является источником сигнала - дефект или корона).
Для преодоления указанного недостатка предлагается способ контроля высоковольтного энергетического оборудования (например, изоляторов, высоковольтных вводов и др.), включающий дистанционный прием акустических сигналов от оборудования, находящегося под напряжением, выделение огибающей сигнала и ее спектральный анализ, отличающийся тем, что спектральный анализ проводят в диапазоне частот до 1 кГц, определяя наличие (или отсутствие) в спектре ряда последовательных амплитудных пиков («гребенки» пиков) с частотой, кратной 50 Гц (50, 100, 150, 200 …)
Как показали экспериментальные данные, возникновение частичных разрядов на дефектах сопровождается появлением в спектре акустического сигнала от высоковольтного оборудования ряда последовательных амплитудных пиков («гребенки» пиков) с частотой, кратной 50 Гц (50, 100, 150, 200 …). На исправном высоковольтном оборудовании такие «гребенки» пиков с частотой, кратной 50 Гц, отсутствуют.
Пример
Применимость предлагаемого способа была проверена на высоковольтных опорно-штыревых изоляторах типа ШС-10, ШФ-10 на напряжение 10 кВ. Испытания проводили на Тайгинской дистанции электроснабжения Кемеровского отделения Западно-Сибирской железной дороги. Всего было испытано 600 изоляторов.
Для определения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) акустических сигналов в диапазоне до 1кГц использовали устройство (см. фиг.1), подключавшееся к прибору «Ульраскан 2004» (Прибор дистанционного контроля высоковольтного энергетического оборудования под напряжением. Технические условия, инструкцию по эксплуатации и паспорт прибора, ООО «НПП «Метакон», г.Томск; патент РФ №2262100), с помощью которого проводили дистанционный прием акустических сигналов от обследуемых изоляторов, находившихся под напряжением, с безопасного расстояния, равного 8-10 м.
Устройство, блок-схема которого представлена на фиг. 1, содержит регулируемый входной усилитель 1, блок спектроанализатора на основе БПФ 2, схему управления графическим индикатором 3, графический индикатор 4, систему питания 5.
Устройство работает следующим образом. Принятый прибором «Ультраскан-2004» сигнал с его выхода для подключения диктофона подается на входной регулируемый усилитель 1 устройства, в котором осуществляется нормирование сигнала, необходимое для нормальной работы следующего блока. С входного усилителя 1 сигнал поступает на вход спектроанализатора 2, выполненного на основе алгоритма быстрого преобразователя Фурье (БПФ). Полученный спектр сигнала через схему управления 3 отображается на графическом индикаторе 4.
Типичный вид АЧХ акустических сигналов, содержащих ряд последовательных пиков с частотой, кратной 50 Гц (50, 100, 150, 200…), показан на фиг.2. Здесь по оси абсцисс и ординат отложены частоты и амплитуды колебаний соответственно. Изоляторов с таким видом АЧХ было обнаружено 5 из 600 проверенных. При дальнейшем профилактическом осмотре на них были обнаружены трещины, и, следовательно, под напряжением имел место частичный разряд.
Вид АЧХ акустических сигналов от бездефектных изоляторов показан на фиг.3. На них отсутствует ряд последовательных пиков с частотой, кратной 50 кГц.
Таким образом приведенные экспериментальные данные подтверждают возможность использования предлагаемого способа для дистанционной диагностики состояния высоковольтного энергетического оборудования, находящегося под рабочим напряжением.