УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ

Устройство относится к электротехнике и предназначено для дистанционного контроля электротехнического оборудования с целью обнаружения поверхностных частичных разрядов и трещин в изоляторах контактной сети железных дорог, линий высоковольтных электропередач, электростанций и подстанций, а также контроля соединений разъединителей, качества контактов в силовых распределительных щитах и др.
В настоящее время контроль состояния высоковольтных изоляторов, находящихся под напряжением, проводится измерительными штангами или приборами дистанционного контроля [1] (Ю.В.Богданов, В.Г.Рогацкий Вестник ВНИИЖТ, 2003, №3, 28-30 с).
Детектирование гирлянд подвесных изоляторов, находящихся под напряжением, измерительной штангой весьма трудоемко и достаточно опасно.
Известен ультразвуковой детектор УД-8М [2] (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 работы детектора основан на обнаружении ультразвуковых (УЗ) сигналов, сопровождающих искровые и коронные разряды. Направляя детектор на места вероятного местоположения искровых и коронных разрядов, контролируют уровень шумов в головных телефонах. Детектор ориентируют на максимум этого шума. Недостатки детектора - невысокая чувствительность и большой угол раскрыва, что не позволяет точно определить место источника ультразвукового шума.
Несколько лучшие характеристики имеет акустический ультразвуковой детектор «Ингула» [3] (Изобретатель и рационализатор 2003 г. №10),
содержащий кроме головных телефонов световой линейный индикатор и оптический визир.
Местонахождение дефекта определяют по максимальному уровню шума в головных телефонах и максимальному числу светящихся фрагментов линейного индикатора. Однако и этот детектор имеет достаточно большой угол раскрыва, что не позволяет точно определить место источника ультразвуковых сигналов, например, в гирляндах подвесных изоляторов.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство ультразвукового контроля высоковольтных изоляторов под напряжением [4] (патент на изобретение RU 2262100. G 01 №29/04), принятое за прототип.
Устройство [4] содержит ультразвуковой детектор, оптический визир, световой линейный индикатор, лазерный целеуказатель, встроенный источник питания, цифровой диктофон, блок автоматической регулировки чувствительности для приема сигнала от ультразвукового детектора. При этом выход блока автоматической регулировки чувствительности соединен с входом блока обработки ультразвукового сигнала, выполненного с возможностью передачи результатов обработки вместе с диктофонными записями в блок долговременной памяти с последующей передачей на компьютер.
Устройство [4] имеет ряд преимуществ по сравнению с [3]. Однако и оно, имея достаточно большой угол раскрыва (порядка 3°), не позволяет точно локализовать источник излучения ультразвукового шума (местонахождение дефекта).
Для повышения точности и достоверности определения дефектных мест нами предлагается устройство ультразвукового контроля высоковольтных изоляторов под напряжением, включающее приемник УЗ колебаний с широкой диаграммой направленности, оптический визир, лазерный целеуказатель, жидкокристаллический индикатор, усилитель-преобразователь УЗ колебаний, блоки автоматического и ручного регулирования усиления, цифровой диктофон, контрольные головные
телефоны, интерфейс связи с компьютером, встроенный источник питания, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приемник УЗ колебаний с узкой диаграммой направленности, например, параболический рефлектор с помещенным в его фокусе УЗ микрофоном с диаграммой направленности, составляющей около 1°, и блок цифровой обработки сигнала, содержащий нормирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок быстрого преобразования Фурье (БПФ), цифровой коррелятор, блок энергонезависимой памяти с образцовыми спектрами, цифровой компаратор, устройство управления и звуковой оповещатель.
Для наведения на обследуемый объект и его визуального контроля в предлагаемом устройстве может быть встроен видеоэкран, что повышает удобство работы и позволяет исключить лазерный целеуказатель и оптический визир.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства. Здесь 1 - приемник УЗ колебаний с широкой диаграммой направленности, 2 - оптический визир, 3 - лазерный целеуказатель 4 - приемник УЗ колебаний с узкой диаграммой направленности, 5 - входной коммутатор, 6 - усилитель-преобразователь УЗ колебаний, 7 - цифровой диктофон, 8 - контрольные головные телефоны, 9 - переключатель автоматическое /ручное регулирование усиления, 10 - ручной регулятор усиления, 11 - блок цифровой обработки сигнала, 12 - жидкокристаллический индикатор, 13 - звуковой оповещатель, 14 - исследуемый объект, 15 - встроенный источник питания (на схеме не показан).
На фиг.2 представлена структурная схема блока цифровой обработки сигнала 11(см. фиг.1). Здесь 11.1 нормирующий усилитель, 11.2 - АЦП, 11.3 - блок БПФ, 11.4 - цифровой коррелятор, 11.5 - блок энергонезависимой памяти с образцовыми спектрами, 11.6 - цифровой компаратор, 11.7 - устройство управления.
На фиг.3 показан вид гирлянд из четырех тарельчатых изоляторов, обследованных предлагаемым устройством.
Устройство работает следующим образом. Входным коммутатором 3 включают приемник 1 УЗ колебаний с широкой диаграммой направленности. С помощью лазерного целеуказателя 3 или видеоэкрана наводят устройство на различные участки обследуемого объекта 14. Сигналы, обнаруженные при этом приемником 1, передаются в усилитель-преобразователь УЗ колебаний 6, выход которого соединен с входом блока цифровой обработки сигнала 11. Сигналы, поступившие в блок 11, проходят специальную обработку, в том числе с применением корреляционного анализа с образцовыми спектрами различных видов разрядов из блока 11.5 энергонезависимой памяти. Если из результатов анализа следует вывод о наличии дефекта, автоматически включается звуковой оповещатель. Корреляционный анализ спектров поступивших сигналов исключает возможность ошибочных заключений, связанных с посторонними источниками шумов, не являющихся признаками наличия дефекта.
Для определения точного положения источника УЗ шума на участке, обнаруженном приемником 1, входным коммутатором 5 включают приемник 4 УЗ колебаний с узкой диаграммой направленности и определяют положение источника УЗ сигнала на этом участке по сигналу звукового оповещателя 13 и максимальному уровню сигнала, отображаемому на жидкокристаллическом индикаторе 12. Дополнительно УЗ сигнал можно проконтролировать на слух контрольными головными телефонами 8.
При сильном фоновом шуме, мешающем точной локализации источника УЗ шума, переключателем 9 переходят на ручное регулирование (ослабление) усиления.
В цифровой диктофон 7 записывают комментарии о проверяемом объекте (номер, расположение объекта, место дефекта и т.д.) и, при необходимости, сам УЗ сигнал, излучаемый обследуемым объектом. Эти записи по интерфейсу связи могут быть переданы на компьютер.
Совместное использование в устройстве двух приемников УЗ колебаний с широкой и узкой диаграммой направленности повышает быстроту и точность определения места дефекта (источника разряда), а корреляционный анализ сигналов от обследуемых объектов с образцовыми спектрами разрядов, содержащимися в энергонезависимой памяти, исключает возможность ошибок, связанных с присутствием посторонних шумов.
При использовании УЗ приемника с узкой диаграммой направленности снижается уровень приема окружающих шумов, что позволяет выявлять источники УЗ шума на большем расстоянии по сравнению с применяемыми аналогами.
Пример.
Предлагаемое устройство было испытано на Алтайской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги. Диагностировались подвесные гирлянды из четырех стеклянных тарельчатых изоляторов контактной сети постоянного тока. Вид этих гирлянд показан на фиг.3.
Всего было обследовано 120 гирлянд. Из них было выявлено две дефектные. При этом четко было выявлено, какой из четырех тарельчатых изоляторов в этой гирлянде является дефектным.