автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Разработка методики и аппаратуры регистрации частичных разрядов в электрооборудовании под рабочим напряжением

На правах рукописи

Живодерников Сергей Валентинович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АППАРАТУРЫ РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ В ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ ПОД РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2004

Работа выполнена в Сибирском НИИ энергетики и Новосибирском Государственном Техническом Университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Овсянников Александр Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Коробейников Сергей Миронович

кандидат технических наук Михеев Виталий Петрович

Ведущая организация:

НИИ ВН Томского политехнического Института

Зашита диссертации состоится 16.09.2004 г. в 10» часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском Государственном Техническом Университете.

. 630092, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского Государственного Технического Университета.

Автореферат разослан 16.08.2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Тимофеев И. П.

ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В составе ОАО «ФСК ЕЭС» находится свыше 40 тыс.км межсистемных воздушных линий электропередачи и более 100 трансформаторных подстанций напряжением 330-750 кВ. Интегрирующий показатель износа основного оборудования сетей близок к 40 %. Надежность работы межсистемных сетей в последние годы снизилась. Из всех нарушений в работе на оборудование подстанций приходится 36 %, на ВЛ- 42 %, на устройства РЗА - 14 % и на ошибки оперативного персонала- 8 %. Столь высокая аварийность обусловлена рядом причин, главными из которых являются большой физический износ оборудования, усиливающиеся техногенные влияния, природные катаклизмы и вандализм населения.. Отметим общность проблемы износа не только для России, но и для всех стран, так как оборудование СВН, появившееся в середине 20-го века, уже выработало свой ресурс. Ввод нового оборудования происходит крайне медленно.

Для поддерживания требуемого уровня надежности оборудования, установленного на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) и подстанциях (ПС), используется система технического обслуживания, включающие очередные и внеочередные осмотры, профилактические проверки и измерения. Однако и система в целом, и ряд методов профилактического контроля, в особенности, обладают рядом существенных недостатков. Во-первых, они трудоёмки и, следовательно, высокозатратны. Во-вторых, они малоэффективны и недостаточно метрологически надежны, о чем говорит высокая аварийность оборудования. В-третьих, существующая система морально устарела в целом.

В настоящее время происходит переход от системы плановых ремонтов к новой системе обслуживания по текущему техническому состоянию оборудования. Это обстоятельство резко повышает ответственность за правильный диагноз состояния оборудования, поставленный при испытаниях и контроле. Но оно же в еще большей степени подчеркивает архаичность традиционных методов контроля, требующих, как правило, отключения оборудования и проведения трудоемких, но малоэффективных (иногда и с необоснованно высоким риском повреждения) испытаний. Для обнаружения многих дефектов требуются новые методы производительные, надежные и безопасные как для самого оборудования, так и для контролирующего персонала.

Таким образом, имеется проблема недостаточной эффективности технологий обслуживания электрических сетей. Поэтому создание новых или повышение эффективности существующих методов профилактики актуально.

Перспективным направлением в решении указанной проблемы является контроль изоляции оборудования с использованием регистрации внутренних частичных разрядов (ЧР) под рабочим напряжением. Метод регистрации ЧР широко применяется в заводских приемо-сдаточных испытаниях многих видов оборудования и зарекомендовал себя как самый чувствительный метод по отношению к технологическому браку и локальным дефектам при изго-

товлении изоляционных конструкций, поскольку в условиях заводских специализированных испытательных лабораторий легко реализовать помехоза-щищенные схемы регистрации ЧР.

В то же время реальный выход на эксплуатационные измерения и локацию источников ЧР состоялся фактически только в начале 90-х годов, когда уровень развития цифровой микроэлектроники и компьютерных технологий обусловил принципиальную возможность селекции сигналов ЧР и помех как аппаратными, так и программными средствами. Однако для дальнейшего развития данного метода нужно еще не раз возвращаться к базовым вопросам о ЧР как физическом процессе и трансформации характеристик ЧР в различных условиях. Не менее важно знать характеристики помех, их виды, механизмы генерации и проникновения в сигнальные цепи Лишь после решения этих вопросов могут появиться надежные способы селекции сигналов ЧР от помех, обоснованные критерии опасного уровня ЧР для изношенного оборудования, алгоритмы распознавания образа дефекта и т.д.

В соответствии с изложенным, целью работы является исследование характеристик ЧР и помех, разработка на основе этих исследований аппаратуры и методик диагностики состояния силового трансформаторного оборудования под рабочим напряжением. В качестве объекта исследований в данной работе выбраны внутренние изоляционные конструкции силового трансформаторного оборудования электрических сетей. Предметом исследований является профилактический контроль состояния изоляции. Используемые в диссертационной работе методы исследования заключаются в анализе опыта профилактического контроля оборудования и проведении экспериментальных исследований, включая реальные условия эксплуатации.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи.

1. Проанализировать достоинства и недостатки методов и средств регистрации ЧР силового трансформаторного оборудования, применяемые в России и за рубежом. Определить наиболее перспективные из них для целей профилактического контроля состояния изоляции.

2. Провести экспериментальные и теоретические исследования характеристик разрядных процессов: ЧР и короны. Обосновать и проверить натурными исследованиями возможность выявления ряда дефектов изоляции оборудования по характеристикам ЧР.

3. Разработать основные технические требования, выполнить научную и опытно-конструкторскую разработку комплекса аппаратуры для диагностики состояния изоляционных конструкций по характеристикам ЧР. Разработать программное обеспечение для новой аппаратуры.

4. Провести стендовые и натурные испытания аппаратуры. Определить характерные признаки сигналов ЧР для различных видов и места расположения дефектов в оборудовании. Оценить затухание и искажения сигналов ЧР. Разработать методы селекции сигналов ЧР от помех в условиях эксплуатации, когда контролируемое оборудование находится в работе.

5. Сравнить полученную с помощью разработанных методов и аппаратуры диагностическую информацию с полученной другими методами и средствами, тем самым, оценив достоверность результатов выявления дефектов трансформаторов с маслонаполненной изоляцией.

Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту

1. Экспериментально установлено, что на положительных полуволнах переменного напряжения кажущийся заряд коронных разрядов на ошиновке ПС 500 кВ превышает, как минимум на порядок, кажущийся заряд на отрицательных полуволнах. Длительность серии коронных разрядов не превышает 3 мс, заряд единичного импульса достигает 30 нКл, а длительность единичных разрядов находится в диапазоне 40-90 нс со среднестатистическим значением 60 нс.

2. Предложено использовать для селекции ЧР от помех следующие основные различия сигналов ЧР и короны:

- ЧР в газовых пузырьках и тонких масляных прослойках между слоями бумаги имеют крутой фронт сигналов, сдвиг по времени между максимумами сигналов на вводах ВН и СН; отсутствует «предимпульс» другой полярности на вводе СН, характерный для электростатического влияния заряда стримерной короны; разница в соотношении амплитуд сигналов СН и ВН -примерно 12 раз;

- сигналы короны имеют отрицательную полярность «основного сигнала», взятого с ввода, где возникла положительная стримерная корона; относительно длинный фронт; положительную полярность «предимпульса» на другом вводе; совпадение моментов появления «основного сигнала» и «предимпульса»; временную задержку между максимумами отрицательных пиков в сигналах.

3. Сформулированы и обоснованы требования к регистраторам ЧР для надежного выделения сигналов ЧР, локализации и идентификации дефектов, а также удобства и оперативности проведения измерений:

• число подключаемых к (авто)трансформатору электрических датчиков ЧР - не менее 3 (3 ввода), оптимальное - 8 (6 вводов + бак + нейтраль); к шунтирующему реактору - не менее 9 (3 ввода + 6 экранов);

• общий диапазон по амплитуде входных сигналов, регистрируемых датчиками системы должен захватывать диапазон амплитуд зарядов от 1 пКл до 100 нКл, при этом динамический диапазоп регистрации должен составлять не менее 40 дБ;

• частотный диапазон датчиков регистратора должен нахонаходиться в пределах: нижняя граничная частота 1-10МГц, верхняя - 30 — 100 МГц;

• частота дискретизации АЦП - не менее 100 МГц.

4. Экспериментально установлено, что электрический метод регистрации ЧР обладает более высокой чувствительностыо, чем метод хроматографического

анализа растворенных в масле газов, и позволяет выявить некоторые дефекты (например, распрессовку сердечника трансформатора), к которым не чувствителен хроматографический анализ.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась проведением испытаний и измерений на аттестованном оборудовании высоковольтного испытательного комплекса СибНИИЭ. Испытания и измерения проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 1516.2 -76, 20074 -83, стандартов МЭК и других нормативных документов. Результаты измерений ЧР подтверждались итогами параллельно проводимых физически отличных методов диагностики и результатами вскрытия оборудования при ремонтах.

Практическая значимость работы

Разработан цифровой регистратор-анализатор «ЦРЧР». Опробован, доработан и признан наиболее удовлетворяющим требованиям сегодняшнего дня регистратор-анализатор «К2000», выбранный в качестве базового измерителя для проведения дальнейших исследований в области регистрации ЧР. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для регистрирующей аппаратуры.

Доведена до практического использования методика эксплуатационного контроля состояния изоляции силового трансформаторного оборудования по характеристикам ЧР. Предложенные автором методы селекции помех и локации очагов ЧР вошли в методические рекомендации по эксплуатационному контролю оборудования методом регистрации ЧР, утвержденные Департаментом научно-технической политики и международного сотрудничества ОАО «ФСК ЕЭС».

Внедрение результатов работы

Разработанная методика и аппаратура («ЦРЧР», «Я2000») использовались в филиале ОАО «ФСК ЕЭС» БП «Электросетьсервис» для диагностики состояния оборудования ПС-500 кВ при их обследовании в предприятиях межсистемных электрических сетей Урала, Сибири и Востока. Методика и аппаратура для регистрации ЧР использовались в научных исследованиях (СибНИИЭ), при заводских испытаниях («Феникс-88», «АВВ - Уралэлектро-тяжмаш») и эксплуатационных обследованиях оборудования на предприятиях АО «Кузбассэнерго», АО «Алтайэнерго», «Транснефтьналадка» и др.

Апробация

Отдельные результаты работы обсуждались на научных семинарах СибНИИЭ, НГТУ, конференциях РАО «ЕЭС России» «ЛЭП - 2000», на семинарах Уральского Совета по диагностике и ПЭИПК, международных конференциях, в том числе, «Электротехника - 2010» - ТРАВЭК и на сессиях СИГРЭ. Результаты работы опубликованы в 10 печатных трудах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка использованных источников из 101 наименования. Общий объем работы составляет 163 страницы, включая 4 таблицы и 98 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ методов и технических средств измерения ЧР

Основной особенностью регистрации ЧР на действующем оборудовании является наличие помех, интенсивность которых в большинстве случаев сопоставима или превышает интенсивность подлежащих выявлению сигналов ЧР. Поэтому проблема измерения ЧР в условиях эксплуатации оборудования в основном сводится к выделению и идентификации разрядов при наличии помех.

Сигналы помех, препятствующие измерению кажущегося заряда относительно малого значения, образуются при следующих явлениях:

- коронные разряды на ошиновке и различных частях трансформаторного оборудования;

- напряжение несущих частот каналов ВЧ связи и телемеханики, сигналы которых несмотря на ослабление их фильтрами, устанавливаемыми на подходах ВЛ к подстанции, через емкости вводов попадают в схему регистрации ЧР;

- работа тиристорных преобразователей напряжения, используемых, например, в качестве систем возбуждения генераторов;

- переключения силовых цепей, создающие импульсы токов и напряжений непосредственно в измерительных цепях и цепях заземления;

- перенапряжения различного вида (коммутационные, атмосферные при срабатывании и без срабатывания разрядников, создающие сигналы больших значений на измерительных элементах и в цепях заземления);

- короткие замыкания, вызывающие кратковременное появление тока, превышающего ток в номинальном (стационарном) режиме, и приводящие к возникновению импульсных и периодических сигналов в датчиках схем регистрации;

- электромагнитное излучение радиопередающих устройств, в том числе радиостанций, находящихся в непосредственной близости к электростанциям и подстанциям или вблизи отходящих или подходящих ВЛ;

- искрообразование в генераторах, в том числе пазовые разряды сгаторных обмоток генераторов.

Измерение сигналов ЧР в реальных условиях эксплуатации хотя и сталкивается с определенными трудностями, однако, является вполне решаемой задачей. Все более расширяется база данных по сигналам ЧР, накапливается опыт идентификации дефектов при разборке оборудования после обследования, определяются характерные для конкретного оборудования типы дефек-

тов, вслед за техническим прогрессом совершенствуются методики и аппаратура регистрации ЧР.

В то же время еще не накоплен необходимый опыт при работе с различными видами датчиков, недостаточно отработаны методы обследования и обработки данных.

На рынке отечественной диагностической продукции регистраторы ЧР представлены всего несколькими образцами, которые традиционно используют специализированные предприятия. Все эти приборы обладают теми или иными недостатками.

Применяемые методики регистрации ЧР и сами регистраторы пока далеки от совершенства в попытках объединить в одной системе аппаратуру одинаково уверенно регистрирующую ЧР и в изоляции маслонаполнешюго оборудования, и вращающихся машин, хотя мировая практика свидетельствует о том, что для каждого вида электротехнического оборудования применяются свои методы и средства для надежного выделения сигналов ЧР. Более того, огличия в конструкции каждого вида оборудования даже в своей группе (например, реакторов и силовых трансформаторов) предопределяют применение специфических методов и аппаратуры.

Следовательно, поскольку на сегодняшний день нет универсальных технологий для регистрации ЧР, необходимо создавать конкретную методику и аппаратуру для конкретного типа оборудования. В частности, применяя уже наработанные методические подходы и изучая особенности возникновения ЧР в изоляции узлов силовых трансформаторов, можно сформулировать требования к методике и регистраторам ЧР в изоляции именно этих электрических аппаратов.

Электрические воздействия на схемы регистрации частичных разрядов в трансформаторном оборудовании под рабочим напряжением

Основной задачей эксплуатационных измерений является доказательство отсутствия в контролируемом объекте ЧР, разрушающих его изоляцию, т.н. разрядов критической интенсивности. При обнаружении разрядов необходима их идентификация и количественная оценка.

Поскольку основным источником помех являются коронные разряды на ошиновке ОРУ, необходимо исследование параметров коронного разряда для определения ее влияния на технические средства измерения ЧР, на результаты измерений ЧР и, как, следствие, поиск способов устранения ее влияния. Для получения достоверных данных о параметрах коронного разряда, возникающего на шинах подстанций и на вводах высоковольтных устройств, на ВИК СибНИИЭ были проведены детальные исследования в условиях, близких к реальным. Кроме того, с использованием электрического метода регистрации были проведены натурные экспериментальные исследования временного и фазового распределения сигналов коронных разрядов, возникаю-

щих на наиболее напряженной с точки зрения электрического поля высоковольтной части - экране ввода 500 кВ блочного трансформатора.

Однозначная интерпретация электрических сигналов короны достигалась сравнением их с сигналами на выходе фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), который реагировал только на оптическое излучение короны. Результаты измерений приведены на рис.1.

Рис. 1. Характерные осциллограммы сигналов коронных разрядов и ЧР на экране ввода 500 кВ и в изоляции трансформатора ОЦГ-210000/500: а, в -сигналы, регистрируемые на измерительном элементе пресскольца; б, г, е -сигналы, регистрируемые ФЭУ; д - сигналы, регистрируемые на измерительном элементе ввода 500 кВ.

При анализе полученных данных, прежде всего, обращает на себя внимание тот факт, что во времена, соответствующие действию отрицательных полуволн, отсутствует регистрация сигналов оптического излучения коронных разрядов. При предельной чувствительности канала регистрации оптического излучения, соответствующей 0,1 нКл, сигналы на выходе ФЭУ не регистрировались.

Максимальный кажущийся заряд коронных разрядов при напряжении на линейном конце Пои, равным 500/^3 кВ составлял около 10 нКл; при напряжении 1/ои р а в В , составлял около 20 нКл и наиболее интенсивных вспышек - 30 нКл.

Коронные разряды возникают вблизи максимальных значений напряжения промышленной частоты, и длительность процесса на полуволне не превышает 3 мс. Длительность единичных разрядов находится в диапазоне 40-90 нс и среднестатистическое значение длительности составляет 60 нс.

д)

I_А_к

Регистрация ЧР в изоляции трансформаторов 500 кВ в условиях эксплуатации

На первом этапе в качестве регистратора частичных разрядов автором использовался достаточно простой двухканальный виртуальный цифровой осциллограф типа РСЗ-641 «Velleman» с программным обеспечением.

Методика регистрации ЧР в изоляции автотрансформаторов путем ос-циллографирования заключалась в исследовании попарно измеренных сигналов на измерительных выводах (ИВ) вводов одного класса напряжения, но разных фаз, а также сигналы на ИВ вводов ВН и СН одной фазы. При этом производилась фильтрация сигналов путем последовательного включения в цепь фильтров верхних частот, согласование волнового сопротивления кабеля с нагрузкой, изменения полярности и уровня запуска развертки, масштабов по осям осциллограмм и т.д. В результате были определены характерные отличительные признаки сигналов различного рода помех и ЧР (рис.2).

(V гт л о 04« улгшмнг л* гш лооа* 1/111 дзмнг

а) сигнал ЧР б) сигнал короны

Рис. 2. Осциллограммы сигналов ЧР и короны с ИВ вводов: верхние лучи -сигналы с ввода обмотки ВН, нижние - с ввода СН

Отличительные признаки ЧР в автотрансформаторах (рис. 2,а): крутой фронт сигналов: <4(кс в газовых пузырьках и 40... 70 нс в масле; сдвиг по времени между амплитудами сигналов на вводах ВН и СН; отсутствие «предимпульса» положительной полярности на вводе СН, индуктированного на нем объемпым зарядом короны на вводе ВН; большое ослабление (в 5... 12 раз) амплитуды вследствие затухания импульсов в обмотке автотрансформатора.

Признаки сигналов короны (рис. 2,б): отрицательная полярность «основного сигнала», взятого с ввода, где вспыхнула положительная стримерная корона;

• относительно длинный фронт;

• положительная полярность «предимпульса» на другом вводе;

• практическое совпадение моментов появления «основного сигнала» и «предимпульса»;

• временная задержка между максимумами отрицательных пиков в сигналах, обусловленная распространением сигнала от ввода, на котором вспыхнула корона, до второго ввода.

Исходя из анализа результатов измерений, в качестве примера автор предлагает обобщенный алгоритм интерпретации результатов осциллогра-фирования при измерении ЧР в изоляции автотрансформаторов (рис. 3).

Рис. 3. Общий алгоритм интерпретации результатов осциллографирования

Цифровые регистраторы частичных разрядов ЦРЧР

Основные требования к специальным цифровым регистраторам ЧР для

надежного выделения сигналов ЧР из помех, локализации и идентификации

дефектов, а также удобства и оперативности проведения измерений:

• регистратор ЧР должен иметь микропроцессорную основу для сбора, хранения и первичной обработки и отображения информации, способную работать в режиме автоматического мониторинга с непрерывным накоплением и записью информации;

• регистратор должен быть многоканальным и обеспечивать измерение сигналов ЧР с требуемым амплитудным и фазовым разрешением;

• регистратор должен обеспечивать синхронную запись сигналов, поступающих со всех каналов;

• регистратор должен иметь в своем составе калибровочные источники-электрического сигнала для измерения реальной чувствительности схемы измерения;

• частота дискретизации АЦП - не менее 100 МГц;

• частотный диапазон датчиков регистратора: нижняя граничная частота 110МГц, верхняя - 30 - 100 МГц;

• диапазоны входных сигналов, регистрируемых датчиками системы должны захватывать диапазон амплитуд (зарядов) от 1 пКл до 100 нКл; при этом диапазон регистрации без переключения чувствительности должен составлять не менее 40 дБ (желательно 60 дБ);

• минимальное число подключаемых электрических датчиков ЧР - не менее 3 (3 ввода), оптимальное - 8 (6 вводов + бак + нейтраль).

С учетом этих требований был разработан регистратор ЦРЧР, принцип действия которого приведен на рис.4 - 7. Регистратор имеет 3 параллельных канала измерении. В течение регулируемого времени (от 27 ДО 2 5 периодов напряжения) регистратор производит накопление сигналов в 32 фазовых окнах периода 50 Гц. В каждом фазовом окне (правый угол рис.4) формируется распределение количества импульсов по амплитудам. В процессе регистрации сигналов от каждого процесса (или вспышки короны, или помехи) производится сравнение полярностей и отношения мгновенных значений напряжения (в момент времени 10 нс после начала первого сигнала) всех трех входных сигналов. В оперативную память записываются только те сигналы, которые удовлетворяют найденным признакам селекции ЧР.

Итог обработки измеренных массивов - амплитудно-фазо-частотные распределения сигналов, примеры которых приведены на рис. 5.

Полученные массивы данных обрабатываются специализированным программным обеспечением, выделяя из них ту или шгую информацию, например, изменениях среднего тока ЧР по фазе напряжения (рис. 6) или об усредненном в периоде распределении по заряду числа ЧР (рис. 7).

Рис. 4. Вид интерфейса управляющей программы ЦРЧР

Рис. 5. Распределения числа ЧР N по их зарядам q и фазе <р

800 1200

Рис. 7. Спектр ЧР

Регистратор-анализатор "Я2000"

Многоканальный синхронный регистратор-анализатор «Л2000» представляет собой следующее поколение цифровых регистраторов для выявления дефектов изоляции электротехнического оборудования по уровню частичных разрядов под рабочим напряжением. К достоинствам прибора

«Ж000» прежде всего можно отнести максимальную степень его адаптации для эффективного использования в условиях эксплуатации. Для этого в нем предусмотрено

• возможность одновременного использования высокочастотных (сотни мегагерц) и низкочастотных (сотни килогерц) датчиков ЧР;

• использование синхронной регистрации по всем каналам;

• применение методов цифровой фильтрации и разделения импульсов;

• селекция импульсов на основе физических признаков ЧР и матриц взаимного влияния сигналов между различными фазами и элементами контролируемого оборудования.

Общий алгоритм работы регистратора приведен на рис. 8. На первом этапе производится выделение импульсов, пришедших на входы прибора, с записью их характеристик. Основными характеристиками импульса являются амплитуда и длительность импульса.

Предваригегьная фипьтраиртя иппульсов по длительности

Селекция иитугъсов: 1. Сигнапше и помеховые каналы 2 Матрица взаимного влияния

Рис. 8. Алгоритм регистрации

Для измерений задается интервал времени, в течение которого длится одна выборка максимума при помощи пик-детектора. В управляющей программе регистратора задается набор стандартных значений — 100-1200 нс. За это время прибор делает 10 измерений и выбирает из них максимум. Таким образом, прибор регистрирует импульс ЧР длительностью 10-120 нс.

На заключительной стадии селекции импульсов используются методы сравнения сигналов с градуировочной матрицей и шумовых каналов. В этом случае один или несколько каналов регистратора назначаются шумовыми (помеховыми), а часть - сигнальными. Импульсы в каждом помеховом канале сравниваются с импульсами всех сигнальных каналов по совпадению по времени с учетом допустимого отклонения по времени, в течение которого сигналы считаются одновременными. Если импульс с помехового канала больше всех сигнальных, то из дальнейшего рассмотрения он исключается как помеха, в ином случае - учитывается как сигнал ЧР.

На рис. 9-12 приведены результаты измерений ЧР в изоляции, а также результаты обработки данных специально разработанным программным обеспечением

Рис. 9. Сигналы ЧР от дефекта в витковой изоляции шунтирующего реактора

типа РОДЦ-6000/500

Рис. 10. Сигнал, записанный в течение 30 периодов 50 Гц

•100 -1-0*0

Рис. 11. Спектр 4P(N,Q)

Рис.12. Амплитудно-фазовая диаграмма (Ы, 0,ф)

При использовании регистратора Л2000 в качестве базового аппарата возможно подключать в качестве источников сигналов для помеховых каналов фотоэлектронных умножителей, ЭМ антенн как чувствительных элементов к помехам различного рода (корона, искровые разряды от возбудителей и т.п.). Кроме того, цифровая основа данных регистрации позволяет применять для определения видов и локации дефектов любое математическое обеспечение, как в процессе измерения, так и в последующем анализе данных.

Диагностика трансформаторного оборудования по результатам регистрации ЧР и хроматографического анализа растворенных в масле газов

В настоящее время хроматографический анализ растворенных в масле газов (ХАРГ) широко применяют для диагностики состояния оборудования, существуют международные нормы как по процедуре ХАРГ, так и по трактовке результатов анализа.

При чувствительности анализа Ю'МО"4 % от объема масла надежно фиксируются такие виды повреждений, как перегревы конструкционных частей трансформатора или его твердой изоляции.

Однако при существующем рабочем фоне газов в масле действующих трансформаторов своевременное обнаружение дефектов изоляции, поврежденной частичными разрядами, затруднительно. Из-за скоротечности витко-вых и межкатушечных замыканий хроматографический анализ неэффективен и не выявляет такие повреждения.

Хроматографический метод не позволяет также учитывать незначительные изменения в состоянии трансформаторов и устанавливать связь между степенью опасности повреждения и скоростью изменения концентрации газов, т.е. обладает низкой чувствительностью.

Если иллюстрировать эти положения с помощью количественных характеристик, то, учитывая предел обнаружения характерного для разрядных явлений водорода не выше 10"5 % объема, и принимая во внимание оценку газовыделения на уровне 40-50 мл/кДж, то только для достижения порога чувствительности хроматографа в изоляции фазы автотрансформаторной группы 500 кВ (около 50 М масла) при воздействии ЧР должно выделиться

около 10 кДж.

Практически исключено применение ХАРГ для ранней диагностики устройств РПН, поскольку в силу специфики конструкции и эксплуатации в баке РПН граничные концентрации газов многократно превышены, тогда как с помощью регистрации ЧР можно надежно диагностировать дефекты, связанные с искрением в контактах или разрядными процессами в изоляционных элементах РПН.

С другой стороны, сочетание двух или нескольких методов диагностики повышает достоверность полученной диагностической информации, позволяет более надежно диагностировать дефекты оборудования.

Сравнительный анализ метода ХАРГ и метода регистрации ЧР в изоляции автотрансформаторов, шунтирующих реакторов и измерительных трансформаторов тока показал большую чувствительность последнего при обнаружении развивающихся дефектов. Оба метода взаимно дополняют друг друга, и повышают надежность диагностической информации, позволяя устанавливать связь между степенью опасности повреждения и скоростью изменения характеристик ЧР совместно с ростом растворенных в масле газов. Кроме того, совместное использование обоих методов позволяет избежать ошибок в следующих ситуациях:

1. Развитие нескольких дефектов, проявление которых по некоторым диагностическим показателям может быть близким.

2. Вероятность приборной или методической ошибки измерений.

3. Наличие «скрытых» дефектов, которые не удалось выявить в процессе прямых измерений или проявления которых возможно только в определенных режимах (например, при КЗ).

4. Дефекты, которые самоликвидировались, однако их проявление может быть зафиксировано с помощью других методов, например, в результате физико-химических анализов масла.

Опыт обследования показывает, что отдельно взятые диагностические параметры могут не выходить за границы предельно-допустимых значений, что не позволяет проводить браковку оборудования и рекомендовать проведение ремонта. Однако анализ совокупности диагностических факторов может дать объективную картину состояния оборудования и своевременно выявить развивающиеся дефекты.

Заключение

1. В результате ретроспективного анализа литературных данных прослежен процесс развития методик и средств регистрации ЧР, а также обозначены основные проблемы в регистрации частичных разрядов, стоящие перед диагностикой высоковольтного оборудования на сегодняшний день. В частности, для силового трансформаторного оборудования это надежное выделе-

ние сигналов ЧР из общего помехового фона; обоснованность требований к регистраторам ЧР.

2. В электрофизических экспериментах исследована феноменология коронного разряда, возникающего на шинах подстанций и на вводах высоковольтных устройств. С помощью осциллографирования импульсов тока и регистрации оптического излучения получены величины тока и заряда коронного разряда. Произведены оценки распределения импульсов тока коронного разряда и анализ временных характеристик. Установлено, что коронные разряды возникают вблизи максимального значения положительной полуволны напряжения и длительность интервалов их существования не превышает 3 мс при напряженности поля на экране ввода 500 кВ, превышающей на 10 % величину рабочей напряженности. В остальной области полуволн переменного напряжения коронные разряды, соответствующие интенсивности ЧР, равной 0,1 нКл и выше, не наблюдаются.

3. Проанализированы способы защиты от помех и селекции полезных сигналов, и показано, что с появлением новых поколений цифровых измерительных приборов можно применить ряд новых признаков селекции ЧР по форме и полярности сигналов. На основе большого практического опыта обследования оборудования подтверждены, конкретизированы и расширены исходные требования к аппаратуре и методике регистрации ЧР, сформированные ранее на основе лабораторных электрофизических исследований.

4. Разработан, изготовлен и внедрен в практику интеллектуальный цифровой регистратор «ЦРЧР». С его помощью получен богатый опыт в комплексном обследовании силового трансформаторного оборудования и подтверждены предложенные методики.

6. На более чем 80 единицах трансформаторного и вращающегося оборудования опробован регистратор-анализатор «Я2000», который выступил в качестве эффективного средства выявления дефектов трансформаторного оборудования с точки зрения определения интенсивности частичных разрядов. Разработано программное обеспечение для обработки и интерпретации результатов измерений.

7. Регистратор «И2000» принят в качестве базового аппарата для дальнейших исследований в области регистрации ЧР. Одно из достоинств его схемотехнического решения - подключение в качестве источников сигналов для сравнительных каналов фотоэлектронных умножителей, электромагнитных антенн и т.п. как чувствительных элементов к различного рода помехам (корона, искровые разряды от возбудителей и т.п.) и последующая автоматическая режекция импульсов помех. Цифровая основа данных регистрации позволяет применять для определения видов и локации дефектов теорию фракталов и нечетких множеств, как в процессе измерения, так и в последующем анализе данных.

8. На основе сравнительного анализа практического применения для контроля внутренней изоляции оборудования метода регистрации ЧР и хромато-

графического анализа растворенных в масле газов показано, что метод регистрации ЧР обладает высокой способностью обнаруживать локальные дефекты изоляции. Кроме того, в сочетании с друг ими методами, регистрация ЧР существенно повышает достоверность оценки состояния изоляции, особенно, в начальных стадиях ее старения.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Живодерников СВ. Регистрация частичных разрядов в действующем оборудовании цифровым осциллографом. / Голенко О.В., Живодерников С.В., Овсянников А.Г.; Сб. докладов Координационного совета «Урал-энерго» по диагностике оборудования, Троицкая ГРЭС, 23 -24 сент. 1999 г. - Екатеринбург, 1999 г.

2. S. Zhivodernikov. Digital oscilloscop in on-line PD-measurement./ O. Go-lenko, A. Ovsyannikov, S. Zhivodernikov; IV International Conf. MTT-2000, TPU- Tomsk, 2000.

3. Голенко О.В., Живодерников СВ., Овсянников А.Г. Опыт регистрации частичных разрядов с помощью цифрового осциллографа //Энергетик. -

2001.-№6.-С. 35-37.

4. Живодерников СВ. Регистрация частичных разрядов в изоляции масло-наполненного оборудования / Голенко О.В., Живодерников С.В., Овсянников А.Г.// Повышение эффективности работы энергосистем. - Иваново, 2001 г. - Вып. 4. - с. 303-309. (Тр. ИГЭУ)

5. S. Zhivodernikov. On-site oil-filled equipment testing. / О. Golenko, V. Dikoi, N. Korobkov, A. Ovsyannikov, S. Zhivodernikov. - 39th Session SIGRE, Paris,

2002. Paper 33-301.

6. Живодерников СВ. Опыт применения регистратора частичных разрядов «R2000» для контроля изоляции трансформаторного оборудования. // Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. - СПб., 2002.-вып. 20. - С. 54-57.

7. Живодерников С.В. Применение регистратора частичных разрядов «R2000» для контроля изоляции вращающихся машин/ Живодерников С.В., Кузнецов Н.Д. // Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. - СПб., 2002. - вып. 20. - С. 58-65.

8. Живодерников С.В. Опыт диагностики трансформаторного оборудования по характеристикам частичных разрядов и абсорбционных процессов. // VI научно-практический семинар по проблеме диагнстики изоляции высоковольтного оборудования и современным методам измерения частичных разрядов (ЧР) под рабочим напряжением. - Новосибирск, 2003.

9. Живодерников С.В. Регистрация частичных разрядов в электрооборудовании под рабочим напряжением // ТРАВЭК Электротехника 2010 2003.

10. Живодерников С.В. Опыт комплексного обследования силовых трансформаторов. // VII научно-практический семинар по проблеме диагностики изоляции высоковольтного оборудования и современным методам измерения частичных разрядов (ЧР) под рабочим напряжением. - Новосибирск, 2004.

Подписано в печать Формат 84 х 60 х 1/16

Тираж 100 э к з . л . 3,0

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

04-1 «897

Введение.

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ЧР

1.1. Основные методы и средства регистрации ЧР.

1.2. Особенности контроля силовых трансформаторов и реакторов.

2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СХЕМЫ РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ В ТРАНСФОРМАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ ПОД РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ

2.1. Условия измерений и контролируемые параметры.

2.2. Основные характеристики сигналов и помех.

2.3. Влияние коронных разрядов на регистрацию ЧР.

2.4. Экспериментальные измерения характеристик коронного разряда на элементах силовых трансформаторов.

2.5. Искровые разряды.

2.6. Тиристоры.

2.7. ВЧ-связь.

2.8. Методы снижения влияния помех.

3 РЕГИСТРАЦИЯ ЧР В ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ 500 KB В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

3.1. Основные характеристики ЧР в изоляции трансформаторов.

3.2. Требования к схемам регистрации.

3.3. Схемы регистрации ЧР в изоляции трансформаторов.

3.4. Датчики схемы регистрации ЧР в изоляции автотрансформаторов.

3.5. Методика измерения ЧР с помощью осциллографа.

3.6. Результаты осциллографической регистрации сигналов ЧР и короны.

3.7. Общий алгоритм интерпретации результатов осциллографирования.

ЦИФРОВЫЕ РЕГИСТРАТОРЫ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

4.1.ЦРЧ Р.

4.2. Результаты применения ЦРЧР.

4.3. Регистратор-анализатор "Л2000".

ДИАГНОСТИКА ТРАНСФОРМАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РЕГИСТРАЦИИ ЧР И ХРОМАТОГРА-ФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РАСТВОРЕННЫХ В МАСЛЕ ГАЗОВ

5.1. Устройство РПН силовых автотрансформаторов.

5.2. Трансформаторы тока.

5.3. Шунтирующие реакторы.

В составе РАО находится свыше 40 ты с. км межсистемных воздушных линий электропередачи и более 100 трансформаторных подстанций напряжением 330-750 кВ. Интегрирующий показатель износа основного оборудования сетей близок к 40 %. Надежность работы межсистемных сетей в последние годы снизилась. Из всех нарушений в работе на оборудование подстанций приходится 36 %, на BJI- 42 %, на устройства РЗА - 14 % и на ошибки оперативного персонала- 8 %. Столь высокая аварийность обусловлена рядом причин. Главными из них являются большой физический износ оборудования, усиливающиеся техногенные влияния, природные катаклизмы и вандализм населения. Отметим общность проблемы износа не только для России, но и для всех стран, так как оборудование СВН, появившееся в середине 20-го века, уже выработало свой ресурс. Ввод нового оборудования происходит крайне медленно.

Для поддерживания требуемого уровня надежности оборудования, установленного на воздушных линиях электропередачи (BJI) и подстанциях (ПС), используется система технического обслуживания, включающие очередные и внеочередные осмотры, профилактические проверки и измерения. Электротехническими и линейными службами АО-энерго и межсистемных электросетей затрачиваются большие усилия для своевременного выявления и устранения дефектов, ремонта и послеаварийного восстановления оборудования. Однако и система в целом, и ряд методов профилактического контроля, в особенности, обладают рядом существенных недостатков. Во-первых, они трудоёмки и, следовательно, высокозатратны. Во-вторых, они малоэффективны и метрологически недостаточно надежны, о чем говорит высокая аварийность оборудования. В-третьих, существующая система морально устарела в целом.

В настоящее время происходит переход от системы плановых ремонтов к новой системе обслуживания по текущему техническому состоянию оборудования. Это обстоятельство резко повышает ответственность за правильный диагноз состояния оборудования, поставленный при испытаниях и контроле. Но оно же в еще большей степени подчеркивает архаичность традиционных методов контроля, требующих, как правило, отключения оборудования и проведения трудоемких, но малоэффективных (иногда и с необоснованно высоким риском повреждения) испытаний. Появившиеся в последние годы новые технологии, например, тепловизионный контроль, являются хорошим примером в модернизации системы профилактического контроля оборудования, но не исчерпывают проблемы. Для обнаружения многих дефектов требуются новые методы производительные, надежные и безопасные как для самого оборудования, так и для контролирующего персонала.

Таким образом, имеется проблема недостаточной эффективности технологий обслуживания электрических сетей. Поэтому создание новых или повышение эффективности существующих методов профилактики актуально.

Одним из перспективных направлений в решении указанной проблемы является дефектоскопия изоляции оборудования, находящегося в эксплуатационном режиме под рабочим напряжением, с использованием характеристик внутренних частичных разрядов (ЧР). Проблемы, связанные с ЧР того или иного вида, известны уже более полувека. Принято считать, что ЧР являются главной причиной старения изоляции, особенно выполненной из органических материалов. Метод регистрации ЧР широко применяется в заводских приемо-сдаточных испытаниях многих видов оборудования, и зарекомендовал себя как самый чувствительный метод по отношению к локальным дефектам и нарушениям технологии при изготовлении изоляционных конструкций. Это можно объяснить, прежде всего, относительной «легкостью» заводских испытаний по сравнению с эксплуатационными. В условиях заводских испытательных станций или в специально оборудованных лабораториях можно относительно просто решить вопросы защиты от помех путем экранирования схемы регистрации, фильтрации испытательного напряжения и др.

В то же время выход на эксплуатационные измерения и локацию источников ЧР для целей диагностики оборудования в настоящее время состоялся фактически только в начале 90-х годов. Именно в это время бурное развитие цифровой микроэлектроники и компьютерной техники предопределило принципиальную возможность селекции сигналов и помех аппаратными и программными средствами. Однако чтобы реализовать ее нужно еще не раз возвращаться к базовым вопросам о ЧР как физическом процессе и трансформации характеристик ЧР в различных условиях. Не менее важно знать характеристики помех, их виды механизмы генерации и проникновения в сигнальные цепи. Лишь после решения этих вопросов могут появиться надежные способы селекции сигналов ЧР от помех, обоснованные критерии опасного уровня ЧР для изношенного оборудования, алгоритмы распознавания образа дефекта.

В соответствии с изложенным, целью работы является всестороннее исследование характеристик ЧР и помех, разработка на основе этих исследований аппаратуры и методик диагностики состояния силового трансформаторного оборудования под рабочим напряжением. В качестве объекта исследований в данной работе выбраны внутренние изоляционные конструкции силового трансформаторного оборудования электрических сетей. Предметом исследований является профилактический контроль состояния изоляции. Используемые в данной диссертационной работе методы исследования заключаются в анализе опыта профилактического контроля оборудования и проведении экспериментальных исследований, включая реальные условия эксплуатации.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи.

1. Проанализировать достоинства и недостатки методов и средств регистрации ЧР силового трансформаторного оборудования, применяемые в России и за рубежом. Определить наиболее перспективные из них для целей профилактического контроля состояния изоляции.

2. Провести экспериментальные и теоретические исследования характеристик разрядных процессов: ЧР и короны. Обосновать и проверить натурными исследованиями возможность выявления ряда дефектов изоляции оборудования по характеристикам ЧР.

3. Разработать основные технические требования, выполнить научную и опытно-конструкторскую разработку комплекса аппаратуры для диагностики состояния изоляционных конструкций по характеристикам ЧР. Разработать программное обеспечение для вновь разрабатываемой аппаратуры.

4. Провести стендовые и натурные испытания аппаратуры. Определить характерные признаки сигналов ЧР для различных видов и места расположения дефектов в оборудовании. Оценить затухание и искажения сигналов ЧР, предложить критерии для определения места расположения дефекта. Разработать методы селекции сигналов ЧР от помех в условиях эксплуатации, когда контролируемое оборудование находится в работе.

5. Сравнить полученную с помощью разработанных методов и аппаратуры диагностическую информацию с полученной другим методами и средствами, тем самым, оценив достоверность результатов выявления дефектов трансформаторов с маслонаполненной изоляцией.

Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту

1. Экспериментально установлено, что на положительных полуволнах переменного напряжения кажущийся заряд коронных разрядов на ошиновке ПС 500 кВ превышает, как минимум на порядок, кажущийся заряд на отрицательных полуволнах. Длительность серии коронных разрядов не превышает 3 мс, заряд единичного импульса достегает 30 нКл, а длительность единичных разрядов находится в диапазоне 40-90 не со среднестатистическим значением 60 не.

2. Предложено использовать для селекции ЧР от помех следующие основные различия сигналов ЧР и короны:

- ЧР в газовых пузырьках и тонких масляных прослойках между слоями бумаги имеют крутой фронт сигналов, сдвиг по времени между максимумами сигналов на вводах ВН и СН; отсутствует «предимпульс» другой полярности на вводе СН, характерный для электростатического влияния заряда (примерной короны; разница в соотношении амплитуд сигналов СН и ВН - примерно 12 раз;

- сигналы короны имеют отрицательную полярность «основного сигнала», взятого с ввода, где возникла положительная стримерная корона; относительно длинный фронт; положительную полярность «предимпульса» на другом вводе; совпадение моментов появления «основного сигнала» и «предимпульса»; временную задержку между максимумами отрицательных пиков в сигналах.

3. Сформулированы и обоснованы требования к регистраторам ЧР для надежного выделения сигналов ЧР, локализации и идентификации дефектов, а также удобства и оперативности проведения измерений:

• число подключаемых к (авто)трансформатору электрических датчиков ЧР — не менее 3 (3 ввода), оптимальное — 8 (6 вводов + бак + нейтраль); к шунтирующему реактору - не менее 9 (3 ввода + 6 экранов);

• общий диапазон по амплитуде входных сигналов, регистрируемых датчиками системы должен захватывать диапазон амплитуд зарядов от 1 пКл до 100 нКл, при этом динамический диапазон регистрации должен составлять не менее 40 дБ;

• частотный диапазон датчиков регистратора должен находиться в пределах: нижняя граничная частота 1-10МГц, верхняя - 30 - 100 МГц;

• частота дискретизации АЦП - не менее 100 МГц.

4. Экспериментально установлено, что электрический метод регистрации ЧР обладает более высокой чувствительностью, чем метод хроматографического анализа растворенных в масле газов, и позволяет выявить некоторые дефекты (например, распрессовку сердечника трансформатора), к которым не чувствителен хроматографический анализ.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась проведением испытаний и измерений на аттестованном оборудовании высоковольтного испытательного комплекса СибНИИЭ. Испытания и измерения проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 1516.2 -76, 20074 -83, стандартов МЭК и других нормативных документов. Кроме того, оценки чувствительности, помехозащищенности и метрологической точности измерений были выполнены с запасом по отношению к возможным ошибкам.

Практическая значимость работы

Разработан цифровой регистратор-анализатор «ЦРЧР». Опробован, доработан и признан наиболее удовлетворяющим требованиям сегодняшнего дня регистратор-анализатор «R2000», выбранный в качестве базового измерителя для проведения дальнейших исследований в области регистрации ЧР. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для регистрирующей аппаратуры.

Доведена до практического использования методика эксплуатационного контроля состояния изоляции трансформаторного оборудования по характеристикам ЧР. Предложенные автором методы селекции помех и локации очагов ЧР вошли в методические рекомендации по эксплуатационному контролю оборудования методом регистрации ЧР, утвержденные Департаментом научно-технической политики и международного сотрудничества ОАО «ФСК ЕЭС».

Внедрение результатов работы

Разработанная методика и аппаратура («ЦРЧР», «R2000») использовались в филиале ОАО «ФСК ЕЭС» БП «Электросетьсервис» для диагностики состояния оборудования ПС-500 кВ при их обследованиях в предприятиях межсистемных электрических сетей Урала, Сибири и Востока. Методика и аппаратура для регистрации ЧР использовались в научных исследованиях (СибНИ-ИЭ), при заводских испытаниях («Феникс-88», «АВВ - Уралэлектротяжмаш») и эксплуатационных обследованиях оборудования на предприятиях АО «Куз-бассэнерго», АО «Алтайэнерго», «Транснефтьналадка» и др.

Апробация

Отдельные результаты работы обсуждались на научных семинарах Сиб-НИИЭ, НГТУ, конференциях РАО «ЮС России» «ЛЭП - 2000», на семинарах Уральского Совета по диагностике и ПЭИПК, международных конференциях, в том числе, «Электротехника - 2010» - ТРАВ ЭК и на сессиях СИГРЭ. Результаты работы опубликованы в 10 печатных трудах.

Объем и краткое содержание работы

Общий объем работы — 163 страницы. Диссертационная работа изложена на 156 страницах текста, иллюстрируется 98 рисунками и 4 таблицами. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка использованных источников из 101 наименования.

Выводы по разделу

Сравнительный анализ метода ХАРГ и метода регистрации ЧР показал большую чувствительность последнего при обнаружении развивающихся дефектов изоляции.

В то же время оба метода взаимно дополняют друг друга, и повышают надежность диагностической информации, позволяя устанавливать связь между степенью опасности повреждения и скоростью изменения характеристик ЧР совместно с ростом растворенных в масле газов.

Кроме того, совместное использование обоих методов позволяет избежать ошибок в следующих ситуациях:

1. Развитие нескольких дефектов, проявление которых по некоторым диагностическим показателям может быть близким.

2. Вероятность приборной или методической ошибки измерений.

3. Наличие «скрытых» дефектов, которые не удалось выявить в процессе прямых измерений или проявления которых возможно только в определенных режимах (например, при КЗ).

4. Дефекты, которые самоликвидировались, однако их проявление может быть зафиксировано с помощью других методов, например, в результате физико-химических анализов масла.

Опыт обследования показывает, что отдельно взятые диагностические параметры могут не выходить за границы предельно-допустимых значений, что не позволяет проводить браковку оборудования и рекомендовать проведение ремонта. Однако анализ совокупности диагностических факторов может дать объективную картину состояния оборудования и своевременно выявить развивающиеся дефекты.

Заключение

1. В результате ретроспективного анализа литературных данных прослежен процесс развития методик и средств регистрации ЧР, а также обозначены основные проблемы в регистрации частичных разрядов, стоящие перед диагностикой высоковольтного оборудования на сегодняшний день. В частности, для силового трансформаторного оборудования это: надежное выделение сигналов ЧР из общего помехового фона; вопросы правильной интерпретации полученных результатов с целью локации обнаруженных дефектов и определения степени их опасности; обоснованность требований к регистраторам ЧР; вопросы корректной градуировки схем измерения ЧР. Основной целью работы автор выбрал совершенствование эксплуатационных методов диагностики изоляции на основе регистрации электрических сигналов ЧР.

2. В электрофизических экспериментах исследована феноменология коронного разряда, возникающего на шинах подстанций и на вводах высоко* вольтных устройств. С помощью осциллографирования импульсов тока и регистрации оптического излучения получены основные характеристики коронного разряда: величины тока и заряда, форма и размеры разрядных каналов, времена и скорости их формирования. Произведены оценки распределения импульсов тока коронного разряда и анализ временных характеристик. Установлено, что коронные разряды возникают вблизи максимального значения положительной полуволны напряжения и длительность интервалов их существования не превышает 3 мс даже при напряженности поля на экране ввода 500 кВ, превышающей на 10 % величину рабочей напряженности. В остальной области полуволн переменного напряжения коронные разряды, соответствующие интенсивности ЧР, равной 0,1 нКл и выше, не наблюдаются.

3. Показано влияние вида ЧР на величину и форму регистрируемых электрических сигналов. Сформулированы основные требования к системе регистрации ЧР электрическим методом в сверхширокой полосе частот.

Только при этом условии можно различить один тип ЧР от другого и от помех, сделать корректные оценки заряда и энергии ЧР, размеров воздушных включений и др.

4. Подвергнуты тщательной опытной проверке способы защиты от помех и селекции полезных сигналов. Показано, что с появлением новых поколений цифровых измерительных приборов можно применить ряд новых признаков селекции ЧР по форме и полярности сигналов. На основе большого практического опыта обследования оборудования подтверждены, конкретизированы и расширены исходные требования к аппаратуре и методике регистрации ЧР, сформированные ранее на основе лабораторных электрофизических исследований.

5. Разработан, изготовлен и внедрен в практику интеллектуальный цифровой регистратор «ЦРЧР». С его помощью получен богатый опыт в комплексном обследовании силового трансформаторного оборудования, подтверждены предложенные методики и намечены дальнейшие шаги в этом направлении.

6. На более чем 80 единицах силового трансформаторного и вращающегося оборудования опробован регистратор-анализатор «Д2000», который выступил в качестве наиболее эффективного средства выявления, как ослабленной изоляции вращающихся машин, так и дефектов трансформаторного оборудования с точки зрения определения интенсивности частичных разрядов. Разработано программное обеспечение для обработки и интерпретации результатов измерений.

7. Регистратор «R2000» принят в качестве базового аппарата для дальнейших исследований в области регистрации ЧР. Одно из достоинств его схемотехнического решения - подключение в качестве источников сигналов для сравнительных каналов фотоэлектронных умножителей, электромагнитных антенн и т.п. как чувствительных элементов к различного рода помехам (корона, искровые разряды от возбудителей и т.п.) и последующая автоматическая режекция импульсов помех. Цифровая основа данных регистрации позволит применять для определения видов и локации дефектов теорию фракталов и нечетких множеств, как в процессе измерения, так и в последующем анализе данных.

8. На основе сравнительного анализа практического применения для контроля внутренней изоляции оборудования метода регистрации ЧР и хро-матографического анализа растворенных в масле газов показано, что метод регистрации ЧР обладает высокой способностью обнаруживать локальные дефекты изоляции. Кроме того, в сочетании с другими методами, регистрация ЧР существенно повышает достоверность оценки состояния изоляции, особенно, в начальных стадиях ее старения.

1. J.T. Tykociner, Н.А. Brown and Е.В. Paine. Oscillation due to ionization in dielectrics and methods of their detection and measurement. University of Illinois Bulletin. No.49 and 50. Vol.30. Urbana. Illinois. 1933.

2. G.E.Quinn. Detection of the ionization point in electrical aCaratus. AIEE Trans. Vol. 59. C.709-714.1940.

3. R.Bartinkas and E.J.McMahon. Corona Measurement Interpretation // Engineering Dielectrics. Vol. I. Philadelphia: STP 669. ASTM. 1979.

4. R.Bartinkas and E.J.McMahon. Corona Measurement Interpretation // E.H.Povey in Engineering Dielectrics. Vol. I. Philadelphia: STP 669. ASTM. 1979.

5. ASTM Method D1868. Detection and Measurement of PD Pulses in Evaluation of Insulation System // ASTM Book of standards. 2001. - Vol. 10.

6. Михеев В.П. Исследование электрической прочности изолирующих конструкций из электроизоляционного бетона в условиях загрязнений и увлажнений и разработка рекомендаций по их выбору. Дис.канд.техн.наук. Новосибирск, 1989.

7. R.Bartinkas and G.L.d'Ombrain. A method for determining the dissipation factor value from corona intensity and pulse count // IEEE Trans. On Power ACaratus and Systems. 1963. - Vol. 82 S (suClement). - C.366-375.

8. R.Bartinkas and J.Levi. Improved pulsed discharge rate measuring aCaratus for ionization discharge studies at low frequencies // Review of Scientific Instruments. 1966. - Vol. 37. - C.1245-1251.

9. R.Bartinkas and G.L.d'Ombrain. A study of the corona dischsrge rate and energy loss in spark-gaps // IEEE Trans. On Power ACaratus and Systems. -1965. Vol. 84. - C.770-779.

10. R.Bartinkas. Pulsed corona loss measurements in artificial voids and cables // Proc. CIGR. Paris. - 1966. - Report 202.

11. R.Bartinkas and J.Levi. A simple pulse height analyzer for PD rate measurements // ШЕЕ Trans, on Instrumentation and Measurement. 1969. - Vol. 18-C.341-345.

12. R.Bartinkas. Use of multi-channel analyzer for corona pulse-height distribution measurements in cables and other electrical aCaratus // IEEE Trans, on Instrumentation and Measurement. 1973. - Vol. 22. - С .403-407.

13. J.C.Bapt, Bui-Ai and C.Mayoux. Corona frequency analysis in artificial cavities in epoxy resins. 1973 Annual Report // Conf. On Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. NAS/NRC. 1974. - Washington. D.C. - C.282-88.

14. J.C.Bapt. and CMayoux. 1975 Symposium international de la technique de la haute tension 9-13 decembre 1975. Zurich: C.276-280.

15. A.Kelen. The functional testing of HV generator stator insulation // Proc. CIGR. 1976. - Paris. - Paper 15-03.

16. J.Austin and R.James. On-line digital computer systems for measurement of PD on insulation structures // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1976. -Vol. 11. - C.129-139.

17. R.Bartinkas and R.Morin. Corona pulse charge transfer at elevated frequencies // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1983. - Vol. EI-18. C.458-461.

18. T.Okamoto and T.Tanaka. Novel PD measurement computer-aided measurement system // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1986. - Vol. 21. -C.1015-1019.

19. B.Fruth, L.Niemeyer., M.Haessig, J.Fuhr and Th.Dunz. Phase resolved PD measurements and computer aided PD anakysis performed on different HV aCaratus // 6th International Symposium on HV Engineering, hh. 15.03 -15.06. New Orlean, 1989.

20. M.Hikita, K.Yamada, A.Nakamura, T.Muzitani, A.Dohasi and Mieda. Measurements of PD by computer and analysis of PD distribution by Monte Carlo method // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1990. - Vol. 25. - C.453-468.

21. H.-G. Kranz and R. Krump. PD diagnosis using statistical optimization on a

22. PC-based system // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1992. - Vol. 27. - C. 93-98.

23. E. Gulski and F. H. Kreuger. Computer aided recognition of discharge patterns // IEEE Trans. El. 1992. - Vol. 27. - C. 82-92.

24. R. Bartnikas. Discharge rate and energy loss in helium at low frequencies. Archiv Elektrotechnik. 1969. - Vol. 52. - C. 348-359.

25. R. I. van Brunt. Stochastic properties of PD phenomena // шее Trans, on Electrical Insulation. 1991. - Vol. 26. - C. 902-948.

26. J. P. Zondervan. E. Gulski and J. J. Swit. Fundamental aspects of PD patterns• of online measurements on turbo-generators // IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation. Vol. 7. C. 59-70.2000.

27. G. C. Montanari. A. Contin and A. Cavalini. Random sampling and data processing for PD pulse-height and shape analysis // IEEE Trans. DEI. Vol. 7. C. 30-39. 2000.

28. R. J. van Brunt. E. W. Cernyar and P. von Glahn. The importance of unravel*ling memory propagation effects in interpreting data on PD statistics // IEEE Trans, on Electrical Insulation. Vol. 28. C. 905-916.1993.

29. P. von Glahn and R. J. van Brunt. Continuous recording and stochastic analysis of PD // IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation. 1995. - Vol. 2. - C. 590-601.

30. T. Picker. J. Macur. L. Pazdera. M. Kliment and S. Filip. Simplified digital acquisition of microdischarge pulses // IEEE Trans, on Dielectrics and Electri• cal Insulation. 2001. - Vol. 8. - C. 220-227.

31. E. Carminati. A. Gandelli and M. Lazzaroni. Fast hybrid system for Pd measurement // IEEE Trans. On Dielectrics and Electrical Insulation. 2000. - Vol. 7. -C. 440-445.

32. В. H. Ward. Digital techniques for PD measurements // IEEE Trans, on Power Delivery. 1992. - Vol. 7. - C. 469-479.

33. Голенко O.B. Исследование сигналов частичных разрядов в силовом трансформаторном оборудовании и разработка метода локации их источника: Дис.канд.техн.наук. Новосибирск, 2003.

34. Разработка средств контроля изоляции автотрансформаторов 500 кВ./ Отчет СИБНИИЭ, рук. Вдовико В.П., 1989.

35. Сви П.М. Измерение ЧР в изоляции оборудования высокого напряжения энергосистем. — М.: Энергия, 1977.

36. James R., Trick F., Phung В., White P. A microprocessor based system for the electrical location of partial discharges: example of application to a large transformer winding. CIGRE Symposium, Vienne, May, 1987.

37. Zaengl W., Klauss A. On-site surveil-lauge of potential transformers by means of PD measurements. CIGRE Symposium, Paris, 1987.

38. Reynolds P. Field testing instrumentation // IEEE Trans.Elec.Insul. 1990. -N1.-vol.25.

39. Hilder D.Partial discharge detection and measurement//Electron.-l989.-vol.6.

40. T. W. Dakin in Engineering Dielectrics. Vol. I. Corona Measurement and Interpretation. R. Bartnikas and E. J. McMahon. Editors. STP 669. ASTM. Philadelphia, 1979.

41. E. Gulski. H. P. Burger. G. H. Vaillancourt and R. Brooks. PD pattern analysis during induced test of large power transformers // IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation 2000. - Vol. 7. - C. 95-101.

42. G. H. Vaillancourt. R. Malewski and D. Train. Comparison of three techniques of PD measurements in power transformers // ШЕЕ Trans, on Power ACaratus and Systems. 1985. - Vol. PAS-104. - C. 900-909.

43. ANSI C68. 3-1976. American National Standard Recommended Practice for the Detection and Measurement of PD (corona) during Dielectric Tests.

44. C57.113-1991 IEEE Guide for PD Measurement in Liquid-Filled Power Transformers and Shunt Reactors. New-York - 1992.

45. R. D. Brown. Corona measurements on HV apparatus using the bushing capacitance tap // IEEE Trans, on Power ACaratus and Systems. 1965. - Vol. PAS-84. - C. 667-670.

46. J. P. Vora and S. L. Foster. Power transformers and corona testing // IEEE Trans, on Power ACaratus and Systems. 1965. - Vol. PAS-84. - C. 707-714.

47. Коробейников C.M. О роли пузырьков в электрическом пробое жидкости: предпробивные процессы. Теплофизика высоких температур, 1998, №3, с.362-367.

48. Коробейников С.М. О роли пузырьков в электрическом пробое жидкости: сравнение с экспериментом. Теплофизика высоких температур, 1998, №4, с.542-547.

49. V. Nikonov, R. Bartnikas and М. R. Wertheimer. Surface charge and photoionization effects in short air gaps undergoing discharges at atmospheric pressure. J. Phys. D. AC1. Phys. 2001. - Vol. 34. - C. 2979-2986.

50. R. Bartnikas. Note on multichannel corona pulse height analysis // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1973. - Vol. EI-8. - C. 2-5.

51. E. O. Forster in Engineering Dielectrics. Vol. Ill Electrical Insulating Liquids. R. Bartnikas, Editor. Monograph 2. ASTM: - Philadelphia. - 1994.

52. E. O. Forster. Progress in understanding of electrical breakdown in condensed mater// J. Phys. D. 1990. - Vol. 23. - C. 1606-1614.

53. О. Lesaint and R. Tobazeon. Streamer generation and propagation in transformer oil under ac divergent field conditions // ШЕЕ Trans, on Electrical Insulation. 1991. - Vol. 26. - C. 941-954.

54. P.K.Watson, M. I. Qureshi and W.G.Chadband. The growth of prebreakdown cavities in silicone fluids and the frequency of the accompanying discharge pulses // IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation. 1998. - Vol. 5. -C. 344-349.

55. M. Pompili. C. Mazzetti and R. Bartnikas. Simultaneous ultra-wide and narrow band detection of PD pulses in dielectric liquids // IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation. 1998. - Vol. 5. - C. 402-407.

56. M. Pompili. C. Mazzetti and R. Bartnikas. Phase relationship of PD pulses in dielectric liquids under ac conditions // IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation. 2000. - Vol. 7. - C. 113-117.

57. E. Gulski. Diagnosis of HV components by digital PD analyzes // IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation. 1995. - Vol. 4. - C. 630-640.

58. NEMA 107-1964 (R1971). Methods of Measurement for Radio Influence -Voltage of HV ACaratus.

59. ANSI C63. 2-1987. American National Standard Specifications of Electromagnetic Noise and Field Strength Meter. 10 Hz to 40 GHz.

60. R. T. Harrold and T. W. Dakin. The relationship between the picocoulomb and micro Volt for corona measurements in H. V. transformers and other aCaratus // EEEE Trans, on Power ACaratus and Systems. - 1973. - Vol. PAS-92.-C. 187-193.

61. Лопатин B.B., Сквирская И.И. Электрический разряд и его технологические применения //Известия Томского политехнического университета, 2003. -т. 306 -№ 1 -с. 128-132.

62. IEEE Standard C57.124-1991. Recommended Practice for the Detection of PDand the Measurement of ACarent Charge in Dry-Type Transformers.

63. H. Borsi and E. Cachey. PD behavior of epoxy resin impregnated transformer coils // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1992. - Vol. 27. - С. 1118-1126.

64. H. Borsi. The relation between thermal and electrical stress of epoxy resin transformers // IEEE Trans.on Electrical Insulation.-1993.-Vol.28.-C.1007-1015.

65. CIGRE. Working Group 12-01. Electra. No. 19. C. 13-65. Paris. - 1971.

66. C. Gailhofer, H. Kury, H. Otterson, W. Robus and T. Weimann. Mesures desdecharges partielles dans les transformateurs d'apres les recommandations pub-liees dans // Electra No.19. 1971. RaCort 12-01. Paris. - 1974.

67. R. T. Harrold and A. M. Sletten. Corona location in transformers by radio frequency spectrum analysis. Part I: theory // IEEE Trans, on Power ACaratus and Systems. 1970. - Vol. PAS-89. - C. 1584-1590.

68. R. T. Harrold. Corona location in transformers by radio frequency spectrum analysis. Part П: aClication of technique and results of measurement // IEEE

69. Trans, on Power ACaratus and Systems. 1970. - Vol. PAS-89. - С. 1591 -1599.

70. B. Granger and H. J. Vorwerk. Ionization measurements in transformers // Brown Boveri Review. 1967. - No. 7. - C. 355-367.

71. R. T. Harrold. Voltage vector analysis for corona location in transformers // IEEE Trans, on Power Apparatus and Systems. 1971.-Vol. PAS-90.-C. 23392348.

72. K. D. Tangen. Eine neue Methode zum Bestimmen des Teilentladungsstellenin Hochspannungstransformatoren // ETZ-A. 1964. - Vol. 85. - C. 752-755.

73. A. T. Theong. Some aspects of the traveling wave detection method for locating PD in transformers // Proc. CIGR, Paper 12-02, Paris, 1968.

74. S. Haroldsen and E. Winberg. Investigations on different PD location methods on power transformers // Proc. CIGR. Paper 12-09. Paris. 1968.

75. R. E. James. F. E. Finck. В. T. Phung and P. A. White. Interpretation of PD quantities as measured at the terminals of HV transformers // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1986. - Vol. EI-21. - C. 629-638.

76. R. E. James, В. T. Phung and Q. Su. AClication of digital filtering techniques to the determination of PD location in transformers // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1989. - Vol. 24. - C. 657-668.

77. J. Fuhr, M. Haessig, P. Boss, D. Tschudi and R. A. King. Detection and location of internal defects in the insulation of power transformers // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1993. - Vol. 28. - C. 1057-1067.

78. M. Haessig, R. Brumlich, J. Fuhr and T. Aschwanden. Assessment of insulation condition of large power transformers by on site electrical diagnostic methods // IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, April 2000.

79. B. Fruth and J. Fuhr. PD pattern recognition a tool for diagnosis and monitoring of aging//Proc. CIGR. Paper 15/33-12. Paris, 1990.

80. R. Bartnikas and R. Morin. Cable specimen length effects on the response of corona pulse detectors // 1976 IEEE International Symposium on Electric Insulation. Conf. Rec. 76 CH1088-4-EI. C. 76-79. June 14-16,1976, Montreal.

81. H. Borsi. A PD measuring and evaluation system based on digital signal processing // IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation. 2000. - Vol. 7. -C. 21- 29.

82. A. T. Thoeng. Detection and localization of PD in power transformers // IEE Conf. on Diagnostic Testing of HV Power ACaratus in Service. Conf. Publ. No. 94. Part I. March 6-8 th, 1973, London.

83. S. L. Jones. The detection of PD in power transformers using computer aided acoustical emission // IEEE International Symposium of Electrical Insulation, Toronto, 1990. C. 106-110.

84. Стрельников A.A., Иванов B.H. Опыт диагностики изоляции высоковольтного оборудования методом измерения интенсивности частичных разрядов на Смоленской АЭС. Материалы совещания Уральского совета по диагностике. 2001.

85. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях.- Л.: Энергия. 1979.

86. Fiebig R. Schlierenaufnahmes und Impulsoszillogramme der Wechselspan-nungskorona in Transfonnatorenol // Elektrie. 1966. - №20.

87. Коронный разряд и линии сверхвысокого напряжения. Избранные труды. / Попков В.И. М.: Наука. - 1990. - 256 с.

88. Овсянников А.Г. Пространственно — временные и энергетические характеристики частичных разрядов в воздушных полостях твердых диэлектриков //Научный вестник НГТУ. 1999. - № 2 (5). - С. 123 -136.

89. Дикой В.П., Овсянников А.Г. Электромагнитная аэроинспекция воздушных линий электропередачи // Электрические станции. -1999. №3. -С. 43 —

90. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука. - 1987.

91. Банке М. Обнаружение электрических разрядов на подстанциях // International Power Generation. 1986. - №5.

92. Haushild W. Systeme sur breitbandigen Messung von Teilentladangen in Hochspannungsisolierungen // Elektrie. 1981. - № 7.

93. Reeves J. Transien voltages indicate faults in line s.v. switchgear. // Asian. Elec.- 1985.-3, N9.

94. Измерительная техника на базе зонда ЧР. Фирменный материал Robotron.

95. Borsi Н, Hartje М. Application of Rogowski coils for PD, decoupling and noise suppression / Материалы V Международного симпозиума по ТВН. Бра-уншвайг, 1987, докл. 42.02.

96. Малевски, Дув иль, Беланже. Система диагностики изоляции силовых трансформаторов высокого напряжения в эксплуатации. Трансформаторы. Перевод докладов СИГРЭ-86. М.: 1988.

97. Н. Borsi. Gassing Behavior of Different Insulating Liquids For Transformers. Electra, Vol.188, February 2000, pp.21-42.

98. Гречко O.H., Курбатова А.Ф. Граничные значения характеристик изоляции нормально работающих маслонаполненных трансформаторов тока. -Семинар: Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования, С.-Пб., 2001.

99. РД 153.340.46.302-00. Методические указания по диагностике развивающихся дефектов по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле трансформаторного оборудования: /Разраб. ВНИИЭ/.-М., 2000.157