ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЙ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ

Полезная модель относится к устройствам непрерывного дистанционного контроля технического состояния высоковольтного энергетического оборудования (ВЭО), находящегося под напряжением, и предназначена для непрерывных мониторинга и диагностики текущего состояния высоковольтных объектов в рабочем режиме.
Известен способ и устройство для контроля технического состояния ВЭО (Моисеев В.А., Лукичев А.Н., Энергетик, 2003, №10, с.40-41), в котором его состояние определяют по наблюдению распределения температуры на элементах ВЭО. Применение термографии ИК-диапазона позволяет определять состояние контактных соединений ВЭО оборудования и наружных элементов (например, фарфоровых изоляторов) в любой момент времени без его отключения. Недостаток способа - он не позволяет выявлять дефекты на косвенно перегреваемых поверхностях оборудования и состояние основной (внутренней) изоляции ВЭО.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели (прототипом) является устройство для комплексного контроля силовых трансформаторов и другого высоковольтного оборудования, осуществляющее регистрацию и анализ собственных излучений (температурного, акустовибрационного) и газомасляных сред. (Русов В.А., Ботов С.В., Софьина Н.Н. Система ТДМ для диагностического мониторинга и оценки технического состояния силовых трансформаторов. // Сб. Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования, под ред А.И.Таджибаева, С.-Пб. Энергетический институт повышения квалификации, С.-Петербург, 2006, Вып.30, с.395-401.
Данное известное устройство производит измерение параметров сред и полей, излучаемых контролируемым ВЭО, находящимся под напряжением.
Измерения в известном устройстве - прототипе выполняют с помощью соответствующих сенсоров-датчиков контролируемых параметров и набора интегрирующих модулей: контроля токов проводимости вводов, фазных токов, температуры и др. параметров масла в баке трансформатора и влажности окружающей среды, напряжения фаз измерительного трансформатора, регистрации перенапряжений и импульсных токов, контроль состояния РПН трансформатора, контроль вспомогательного оборудования - насосов, вентиляторов. Все модули подключены к магистрали связи.
При этом дефектность контролируемого ВЭО устанавливают по превышению допустимых уровней (уставок) или динамике изменений диагностических параметров при
выполнении либо непрерывных, либо серий периодических измерений на различных временных интервалах эксплуатации ВЭО.
Указанное техническое решение для контроля состояния электроэнергетического оборудования является наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и принято нами за прототип.
Данное известное решение для контроля технического состояния ВЭО не обладает достаточной глубиной диагностирования, так как не позволяет определять дефектные или предаварийные состояния по характеристикам частичных разрядов (ЧР) - одного из основных физических носителей информации о состоянии основной (внутренней) изоляции контролируемого высоковольтного объекта. Дополнительная комплектация устройства - прототипа модулем с электрическими датчиками ЧР не повышает достоверность диагностирования из-за влияния коронных разрядов, отстроиться от которых очень сложно. Использование же акустических датчиков ЧР ограничено неопределенностью места возникновения ЧР.
Ввиду отмеченных недостатков, известные устройство-прототип, как и устройство-аналог, не обладают достаточной глубиной и надежностью диагностирования дефектности контролируемого ВЭО.
Предлагаемая авторами полезная модель позволяет решить следующую задачу: обеспечение оперативного, высоконадежного, дистанционного контроля технического состояния высоковольтного энергетического оборудования, находящегося под напряжением.
При осуществлении предлагаемой системы может быть получен следующий технический результат: повышение надежности и достоверности диагностирования высоковольтного энергетического оборудования, сокращение времени диагностирования и увеличение срока межремонтной эксплуатации.
Указанный технический результат основан на том, что все ЧР, имеющие длительность в диапазоне от мс до нс, излучают через вводы широкополосное электромагнитное излучение в диапазоне от КГц до ГГц, поэтому заявляемая система содержит в качестве сенсора-приемника собственного электромагнитного излучения контролируемого высоковольтного объекта широкополосную антенну и модуль широкополосного спектрального анализа, вход которого присоединен к выходу широкополосной антенны, а выход модуля спектрального анализа через магистраль связи подключен к входу блока обработки информации, выполненного в виде классификатора состояний контролируемого ВЭО.
Отличительными от прототипа признаками являются: наличие в системе широкополосной антенны и модуля широкополосного спектрального анализа. Причем, вход модуля широкополосного спектрального анализа присоединен к выходу широкополосной антенны, а выход его через магистраль связи подключен к входу блока обработки информации, выполненного в виде классификатора состояний контролируемого ВЭО.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1-2, где на фиг.1 представлена структурная схема заявляемой диагностической системы контроля состояний ВЭО под напряжением, на фиг.2 - пример регистрации электромагнитного излучения от ввода фазы А автотрансформатора 220 кВ в диапазоне 40-180 МГц. Система на фиг.1 содержит блок 1 измерения параметров ВЭО, широкополосную антенну 2, модуль спектрального анализа 3, магистраль связи 4 и блок 5 обработки информации - классификатор состояний ВЭО. Блок 1 измерения параметров ВЭО содержит набор интегрирующих модулей, подключенных к магистрали связи 4. Вход модуля спектрального анализа 3 соединен с выходом широкополосной антенны 2, а выход его через магистраль связи 4 подключен к блоку 5 обработки информации, выполняющему функцию классификатора состояний ВЭО. Классификатор состояний, как правило, реализуется программно, на компьютере, так как он обрабатывает вектор текущего измерения, компонентами которого являются измеренные параметры излучаемых объектом полей и его сред. При этом контролируются уходы и превышения допустимых уровней параметров или нахождение вектора измерений в допустимой области нормального состояния.
i
Во всех случаях регистрации собственного электромагнитного излучения (ЭМИ) контролируемого высоковольтного объекта детектированный сигнал на выходе приемной антенны вследствие суперпозиции ЧР с разными длительностями является шумоподобным случайным процессом с нулевым математическим ожиданием (средним значением). При определении состояния (классификации) объекта использование в качестве признаков отсчетов (значений) самого процесса в дискретные моменты времени или линейных функционалов отсчетов неэффективно. Так для процессов с гауссовым распределением параметров процесса , ( - вектор параметров, например, отсчетов процесса, x, i=1, 2..., N, Т - знак транспонирования), параметры, полученные линейным преобразованием, имеют максимальную плотность вероятности в одной и той же точке начала координат . Для того чтобы уверенно классифицировать сигналы и диагностировать состояния объекта контроля в ситуации, когда область параметров распознаваемого состояния может практически полностью
быть охвачена областью фона также с нулевым средним значением, необходимо ввести нелинейное формирование параметров.
Известно, какое широкое применение в теории и практике случайных процессов находит спектральный анализ. Благодаря своей универсальности и относительно простой реализации, спектральные методы в настоящее время широко распространены, а методики их оценки стандартизованы в многочисленных пакетах по обработке данных и аппаратуре. Как известно, экспериментальная оценка спектральной плотности мощности (СПМ) связана с детектированием процесса, т.е. нелинейным преобразованием. А для гауссовых процессов СПМ, как и корреляционная функция, полностью характеризует их статистические свойства. Поэтому выбор спектра и спектральных параметров в качестве информативных признаков, отражающих состояние контролируемых высоковольтных объектов в предлагаемой полезной модели, является обоснованным.
Предлагаемое устройство может выполняться с помощью стандартных, как аппаратных, так и программных элементов. Рассмотрим конкретную реализацию, когда в качестве информативных спектральных параметров выбраны энергии спектральных составляющих в узкой полосе (спектральная плотность). Регистрация спектров ЭМИ контролируемого объекта производится аппаратной сенсорной системой, состоящей из приемной широкополосной антенны, диаграмма направленности которой фокусируется на элементе контролируемого объекта, например, высоковольтном вводе, связанной со спектральным анализатором ВЧ и СВЧ диапазонов, например, типа PROMEX. Пример такой регистрации ЭМИ от ввода фазы А автотрансформатора 220 кВ в диапазоне 40-180 МГц приведен на рис 2.
i
i
i
i
Горизонтальная ось частот в указанном диапазоне разделена при регистрации на 880 полос (частотных каналов) с шириной полосы каждого Δf=(180-40)/880=160 КГц, i=1, 2...880. Через каждые 20 мс производится новое измерение (выборка) спектра в указанной полосе и по другой горизонтальной оси Y - оси времени t (0-200 с) регистрируется динамика изменения спектра ЭМИ объекта и набирается статистика - мониторинг контроля. По вертикальной оси Z отложены амплитуды спектральных составляющих. В результате регистрации и анализа в качестве параметров f, спектра в устройстве обработки информации - классификаторе состояний контролируемого высоковольтного объекта или компьютере по стандартной формуле и амплитудам зарегистрированных спектральных составляющих рассчитывается энергия в каждой спектральной полосе Δf, i=1, 2, ...N. Значения f используются в качестве входных параметров - вектора признаков состояний в классификаторе состояний контролируемого ВЭО.