автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Диагностика средств защиты от перенапряжений электроэнергетических объектов приборами инфракрасной техники

На правах рукописи

Осотов Алексей Вадимович

РГБ ОД

- э т ш

ДИАГНОСТИКА СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПРИБОРАМИ ИНФРАКРАСНОЙ ТЕХНИКИ

05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург, 2000

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные электрические се] Уральского государственного технического университета.

Научный руководитель-

д.т.н., профессор Бартоломей П.И.

Научный консультант-

д.т.н., доцент Обоскалов В.П.

Официальные оппоненты-

д.т.н., профессор Шипицын В.В.

к.т.н. Масленников Д.С.

Ведущая организация-

ОАО «Свердловэнерго»

Защита состоится 21 июня 2000 года в 12 часов в аудитории Э-406 заседании диссертационного совета К.063.14.04 Уральского государствснш технического университета по адресу: 620002, г. Екатеринбург, УГТУ-УТШ, ЭТ ул. Мира 19

Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенные печатью, прос направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19, Ученый со Уральского государственного технического университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ.

Автореферат разослан мая 20001

Ученый секретарь

Диссертационного совета, 1\ Л ( 7 / ; -

д.т.н., доцент ¡Щ/0^ Обоскалов В.]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Надежность работы электроэнергетической системы, зависит от [ботоспособности средств защиты от перенапряжений (вентильных разрядников !Р) и нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН)). Данные аппараты шолняют важную функцию, защищая от грозовых и коммутационных :ренапряжений остальное оборудование распредустройств. Отказ в работе едств защиты от перенапряжений ведет к материальным потерям несоизмеримо >лы11ими чем стоимость самого защитного аппарата, так как при этом шреждается защищаемое им оборудование и, что более важно, нарушается ектроснабжение потребителей.

В настоящее время возрастает вероятность аварийных повреждений в виду го, что большинство вентильных разрядников установлено в сетях более 25 лет му назад, поэтому эти аппараты исчерпали свой ресурс по защитным свойствам.

то же время, качество предлагаемых отечественных ограничителей ;ренапряжсния оставляет желать лучшего, а высококачестветтые ограничители рубежных производителей имеют сравнительно высокую стоимость. Все это ляется сдерживающими факторами при замене вентильных разрядников на линейные ограничители перенапряжений. В последнее время, наблюдается нденция к переходу от традиционных методов контроля и диагностики юрудования к методам неразрушающего контроля, когда оборудование в юцессе обследований не подвергается экстремальным воздействиям, ипролируется преимущественно под рабочим напряжением, т.е. без вывода юрудования из работы. Это позволяет сократить время простоя оборудования и >тери связанные с его отключением, а так же повышает достоверность контроля, к как оборудование, в ходе диагностики, находится под воздействием всех сплуатационных факторов.

Перечисленные причины определяют проблему качествешгой оценки стояния средств защиты от перенапряжений, а появление современных шборов инфракрасной техники (тепловизоров), позволяющих дистанционно, с 1сокой точностью определять температуру элементов электрооборудования, крывает новые возможности для диагностики этих аппаратов. В то же время, в 1лу целого ряда причин, многие проблемы методического обеспечения пловизионного контроля силового электрооборудования все еще не решены.

Данная диссертационная работа направлена на решение выше :речисле1шых проблем, возникающих при тепловизионном контроле ектрооборудования, на примере одного из наиболее сложных, с точки зрения пловизионного контроля, виде оборудования: средств защиты от :ренапряжсний.

Цель работы

Определетше простых и эффективных методов диагностики состояния >едств защиты от перенапряжений и получение закономерностей,

характеризующих электрофизические процессы в данном оборудовании помощью математических методов.

В связи с этим решены следующие задачи:

• Проведен анализ общих проблем тепловизионной диагностш электрооборудования.

• Выполнен анализ электрических и конструктивных характернее средств защиты от перенапряжений для формирования общих подходов вопросам их диагностики.

• Выполнены расчеты, позволяющие получить функциональш закономерности, характеризующие процессы в ВР (ОПН), на ochoi анализа статистических данных тепловизионного контроля средств защит от перенапряжений.

• Проведен анализ тепловыделений в ВР (OI1H) при различных вид; дефектов данного оборудования.

• Проведен анализ влияния погрешности измерения температуры i расчетное распределение напряжения по элементам ВР (ОПН).

• Предложена методика диагностики средств защиты < перенапряжений приборами инфракрасной техники на осно многофакторного анализа данных, полученных в ходе тспловизионно контроля.

Методы исследований

Методы математической статистики, методы математического физического моделирования, численные методы расчета систем нелинейт уравнений, адаптированные к использованию ЭВМ.

Научная новизна

Описаны и систематизированы общие принципы тепловизиошк диагностики, ее проблемы и пути их решения.

Разработана методика принятия заключения о состоянии средств защиты перенапряжений на основе многофакторного анализа данных тспловизионно контроля.

Улучшена существующая, основанная только на расчете распределен напряжения по элементам ВР (ОПН), методика оценки средств защиты перенапряжений приборами инфракрасной техники.

Предложены дополнительные критерии оценки состояния средств защи* от перенапряжений по результатам их тенловизионной диагностики.

Практическая ценность

Сформулированы общие требования к инфракрасной технш используемой для тепловизионной диагностики средств защиты перенапряжений.

Даны практические рекомендации по повышению степени достоверное оценки состояния ВР (ОПН) по данным тепловизионного контроля.

Разработана методика оценки состояния средств защиты от ¡ренапряжений по данным тепловизионного контроля.

Отдельные положения данной работы могут быть использованы как ютрумент при разработке методик тепловизионного контроля других видов ектрооборудования.

Апробация работы

По основным результатам работы сделаны доклады на второй ероссийской студенческой научно-технической конференции 1нформационные технологии и электроника» (г. Екатеринбург, 1998 г.), на гионалыюм Совете специалистов по диагностике электрооборудования при залэнерго «Современное состояние и проблемы диагностики средств защиты от ренапряжений и заземляющих устройств» (г. Пермь, 1998 г.).

Предложенная методика внедрена и используется на предприятиях АО !всрдловэнерго».

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, иска используемой литературы, 4-х приложений. Общий объем работы - 137 эаниц, из них - 87 страниц основного текста, содержащего 15 рисунков, 22 Злицы. Список литературы состоит из 50 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, осматриваются проблемы, существующие в системе современной 1ЛОВИЗИОННОЙ диагностике электрооборудования, в том числе и для средств циты от перенапряжений. Эти проблемы можно разбить на ряд групп:

• Проблемы нормирования тепловых характеристик для различных видов электрооборудования.

=> Оборудование с неопределенными тепловыми характеристиками (ВР,

ОПН, трансформаторы тока); => Оборудование с тепловыми характеристиками обобщающего (интегрального) характера (температура верхних слоев масла у силовых трансформаторов); => Закрытые контактные соединения (масляные баковые выключатели); => Открытые контактные соединения;

• Проблемы, связанные с режимами работы электрооборудования на момент контроля.

• Проблемы, связанные с точностью измерения температуры элементов оборудования.

• Проблема интерпретации результата контроля для эксплуатационно персонала.

В условиях отсутствия методических аспектов тепловизионного контро наличие совершенной тепловизионной аппаратуры является лишь необходимы но далеко не достаточным условием достижения оптимального результа' Важнейшим элементом диагностирования становится многофакторный анал полученных при тепловизионном контроле данных.

В первой главе дается описание конструктивных особенной применяемых в настоящее время вентильных разрядников и ограничител перенапряжений с целью определения элементов влияющих на теплов распределение по ВР и ОПН как в нормальном состоянии, так и при различи видах дефектов.

Сделан обзор современных видов измерений и испытаний, на основан которых осуществляется диагностика состояния средств защиты перенапряжений. Раскрываются достоинства и недостатки отдельных вид измерений, приводится спектр диагностируемых с их помощью дефектов.

Показано, что использование тепловизионной диагностики позволи обнаружить такие дефекты, о существовании которых раньше не знали, наприм! о наличии существенно неравномерного распределения напряжения многоэлемеигным ВР (ОПН). Это приводит к появлению на отдельных элемент ВР (ОПН), даже в нормальном режиме, напряжения, значительно превышающе допустимое, и к их повреждению.

В результате анализа отмечено, что все традиционные способы контре состояния ВР (ОПН) основаны на измерении косвенных величин (сопротивлен ток проводимости), а основные характеристики, влияющие на их правилы функционирование, (пробивное напряжение и уровень остающегося напряжен! не измеряются. Применение большинства традиционных методов контре требует довольно громоздкой аппаратуры и отключение ВР (ОПН) от сети.

Во второй главе описаны недостатки существующей методики оцы: состояния ВР по данным тепловизионного контроля и уточнены расчета формулы для определения распределения напряжения по элементам ВР (ОПН) данным тепловизионного контроля. Существующая методика априс базируется на двух предположениях:

• Основным источником нагрева являются нелинейные шушируюп сопротивления элементов ВР.

• По всем элементам ВР протекает один и тот же ток.

В этом случае распределение напряжения по элементам ВР рассчитывае по формуле:

ic: AUi - напряжение на i-ом элементе BP, kB; Щ - величина фазного шряжения, приложенная ко всем последовательно соединенным элементам ВР, 3; Atj - превышение температуры i-ro элемента над температурой окружающей юды, °С

Практика тепловизионного контроля показывает, что при установке ВР в se колонки, перегрев трех верхних элементов, рассчитанных по формуле (1), 'щественно выше перегрева трех нижних элементов и при формальном подходе оценке состояния ВР это создает иллюзию наличия существенного дефекта в 1жних элементах ВР или опорной конструкции верхних элементов. Однако, здобное распределение величин перегревов наблюдается у абсолютного шьшинства ВР в двухколонковом исполнении., даже если ВР полностью ;правен. Кроме того, проведенные эксперименты показывают существенное вхождение расчетного и истинного значения распределения напряжения по 1ементам ВР.

Таким образом, применение упомянутой методики оценки распределения шряжения по элементам ВР приводит к значительным погрешностям, и как гедетвие, неверному заключению о состоянии ВР.

Для улучшения математической модели расчета распределения напряжения з элементам ВР необходимо учитывать влияние паразитных емкостей и ютветствующим образом корректировать получаемые в результате .■пловизионного контроля данные.

Для этого была получена вольтамперная характеристика нелинейных тротивлений ВР, которая имеет вид:

UД = /(«) •С • /д, (2)

ie: f(a) - коэффициент формы, учитывающий отклонение формы тока от щусоидалыгой вследствие нелинейности сопротивления при нагрузке его тусоидалышм напряжением; С - коэффициент характеризующий величину ¡противления; а - коэффициент учитывающий степень нелинейности (зависит от рименяемого материала (0 < а < 1)).

Зависимость f(a) является практически линейной и с достаточной степенью зчности описывается выражением f(a) 0,0148a i 0,8.

Анализ влияния паразитных емкостей выполнен расчетным путем с спользованием схем замещения ВР ИОкВ и 220кВ (рис.1 и 2) под рабочим спряжением. Данные о величинах паразитных емкостей отдельных элементов ВР ыли получены в результате статистической обработки данных тепловизионного энтроля 180 фаз ВР ПОкВ и 118 фаз ВР 220кВ.

Расчеты проводились для двух типов BP (РВС и РВМГ) на различные пассы напряжений ПОкВ и 220кВ. Основное различие заключается в величине [унтирующих сопротивлений (для РВС-220 С=37,1, а=0,35; для РВМГ-220 •=28,2, а=0,35). На рис.3 и 4 представлены зависимости напряжения на цементах разрядника РВС-110 и РВМГ-220 от величины паразитной емкости в иде коэффициентов dU„ которые равны и/(иф/3) (для BP 1 ЮкВ) и Ц/(Х1ф/6) зля ВР 220кВ). Ui - напряжение на i-ом элементе ВР.

В результате проведенных расчетов установлено, что паразитные емкое! элементов ВР существенно искажают распределение напряжения по колонке В! При двухколонковом исполнении решающее значение на распределен» напряжения оказывает емкость опорной конструкции верхних элементов и /и корректной оценки напряжения, приходящегося на каждый элемент, очевидн необходимо, определять какая часть фазного напряжения приходится на верхне колонку, а какая на нижнею. С этой целью введены коэффициенты К] и К которые равны отношению суммы напряжений элементов верхней (нижна колонок к половине фазного напряжения, т.е. К)=(и1+и2+из)/(иф/2),

кни4+и5+и6)/(иф/2).

Зная величины токов и напряжений в схеме замещения можно определи мощность, выделяющуюся на нелинейных элементах верхней (Р,1срх.) и нижи (Рниж) колонок.

Значение выделяющейся мощности по абсолютному значен V малоинформативно, т.к. нет возможности однозначно связать между соб выделяющуюся мощность и величину превышения температуры ВР н температурой окружающей среды. Однако, можно предположить, что при проч равных условиях, отношение мощностей выделяющихся на элементах верхи (Я]) и нижней (Я2) колонок равно отношению величин перегревов элемент относительно температуры окружающей среды.

Рис.3. Зависимость напряжения на элементах разрядника РВС-110 от

величины паразитной емкости (dUi=Ui/(Uc})/3))

Рис.4. Зависимость напряжения на элементах разрядника РВМГ-220, установленного в две колонки, от величины паразитной емкости (dUi=Ui/(U(J>/6))

Полученные зависимости отношения суммарного тепловыделения в ^ментах верхней колонки (Р0Срх.) к тепловыделению в элементах нижней лонки (Рниж ) от величины паразитной емкости (рис.5) являются нелинейными, а подтверждает неприменимость существующей методики определения определения напряжения по элементам ВР установленного в две колонки.

Поскольку в эксплуатации величина шунтирующей емкости неизвестна, то едставляют интерес функциональные зависимости Ki=f(PBcpx/PHHX) и -ДРверт/Ринж) (рис.6). Интересно, что данные зависимости имеют практически инаковый характер как для ВР серии РВС, так и для ВР серии РВМГ гклонения менее 1 %).

Анализ полученных зависимостей показывает, что погрешности ществующей методики обусловлены неучетом паразитных емкостных связей ементов ВР на землю. Дополнительную погрешность вносит то, что при

относительно небольших величинах паразитных связей, изменение напряжения ( верхней и нижней колонках ВР относительно невелико (до 10%). В то же время,

Рис.5. Зависимость отношения суммарного Рис.6. Зависимость коэффициента

тепловыделения в элементах верхней от отношения Рверх./Рниж. для В

колонки к тепловыделению в элементах типа РВС-220 и РВМГ-220,

нижней колонки от величины паразитной установленных в две колонки, емкости для ВР типа РВМГ-220.

мощность выделяемая в верхней и нижней части ВР изменяется значительно (} 50%), что соответственно сказывается на перегреве элементов и подтверждает опытом тепловизионного контроля ВР, поскольку перегрев трех верхш элементов всегда существенно выше перегрева трех нижних элементов.

Для уточнения расчетных формул использовались результат статистической обработки данных тепловизионного контроля, которь проводился на подстанциях АО «Свердловэнерго». Рассматривались только ВР, состояние которых по результатам тепловизионого контроля, однознач] оценивалось как удовлетворительное, т.е. ВР признавались исправными. Пос, того, как была сформирована выборка относительных перегревов элементов, б) произведен расчег математического ожидания, дисперсии среднеквадратического отклонения отношения перегрева 1-го элемента к сум: перегревов всех элементов (Л^/ЕД^). Расчет производился для каждого элемен ВР. Результаты данных оценок приведены в таблице 1.

Таблица

Номер элеме1гга (сверху вниз) ВР- 1 ЮкВ ВР -220кВ

Мат. Ожидание (а) Ср.кв. отклонение (с) Мат. Ожидание (а) Ср.кв. отклонение (о)

1 0,434 0,074 0,215 0,032

2 0,315 0,036 0,199 0,025

3 0,251 0,066 0,188 0,015

4 0,158 0,016

5 0,127 0,025

6 0,112 0,032

Оценка абсолютной величины отклонения относительных перегрев элементов ВР от их математического ожидания показала, что оно не превосхо;

троенного значения среднеквадратического отклонения, т.е. выполняется [равило трех сигм. Наличие большого числа факторов, влияющих на величину просительного перегрева, дает основание предполагать, что относительные [ерегревы отдельных элементов распределены нормально. Для проверки этой ипотезы был использован критерий согласия %2, произведен расчет асимметрии и ксцесса относительных перегревов каждого элемента ВР и построены юрмальные кривые по опытным данным (рис.7 и 8).

На рис. 9 и 10 показаны интегральные функции распределения гаосительных перегревов элементов исправных ВР 110 и 220кВ. Полученные зункции распределения очень близки к функциям нормального распределения, :оторые показаны на этих же рисунках. Относительно небольшое различие кспериментальной и теоретической плотности вероятности и характер функции распределения относительных перегревов, а также незначительные величины симметрии и эксцесса, позволяет утверждать, что функции относительных [ерегревов могут быть описаны нормальным распределением, а различия средних начений относительных перегревов элементов ВР отражают устойчивую акономерность влияния паразитных связей на тепловыделение в элементах ВР. )тклонения параметров от теоретических обусловлены совокупностью лучайных факторов (ошибки в измерении температуры, различия конструкции становки ВР и.т.д.).

Для получения зависимости между величиной относительных перегревов сдельных элементов ВР и напряжением на этих элементах можно использовать ледующие соотношения для напряжения, тока и мощности, выделяемой в пунтирующих сопротивлеттях:

1

и,=с,г:>

(и.)

с

^ -и?

де: а - коэффициент нелинейности шунтирующих сопротивлешш

Полагая, что коэффициенты а и С одинаковы для всех элементов ВР, южно получить следующие выражение для соотношения напряжений и ющностей в элементах ВР:

р^Л

■Ц7

и,

Отсюда:

Лл. ГА и.ЛР^

Поскольку, при тепловизионном контроле можно измерить превышение температуры А( каждого элемента, которое при равенстве всех прочих условий

пропорционально выделяемой в шунтирующих сопротивлениях мощности (Д| ш-Р;), то соотношение напряжений на разных элементах можно определить следующего выражения:

и,,

А/, А/,,

(2)

Поскольку, это соотношение справедливо для любой пары элементов ВР, в принципе оно может быть использовано для определения распределе! напряжения но элементам ВР в тех случаях, когда известна величина напряже! хотя бы на одном элементе или когда арифметическая сумма напряжений на в элементах равна фазному напряжению сети.

Обозначим отношение а через р тогда:

Не

и.=и,-

/а 4

В этом случае напряжение, например на первом элементе, может б) рассчитано по формуле:

Г А . л/" Г « . \Р

С/.+С/,-

А/г

1А/,

М А/,

¿/г

А/, А/,

-и у

(А/,У

Х(А/,У

||

По аналогии для ¡-го элемента имеем:

и,=иФ

(А/Г

Х(д/Г

(3)

Результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных для ВР и ИОкВ приведены в таблице 2. Расчеты убедительно показывают, что } паразитных связей элементов ВР с помощью выражений (2) и (3) позво; получить приемлемую для практических целей точность оценки распределс напряжения по элементам ВР, в то время как пренебрежение влиян паразитных связей приводит к недопустимо большим ошибкам.

В третьей главе приведен анализ тепловыделений в элементах ВР наиболее характерных дефектах: увлажнение и обрыв шунтирую сопротивлений (ШС).

Коэффициент а, характеризующий степень нелинейности шунтирую сопротивлений зависит от свойств материала, из которого изготовлены ШС. например, он зависит от размеров зерен порошка, и с уменьшением размера 31 коэффициент а уменьшается. На нелинейность и сопротивление порошка т; оказывает влияние и присутствие различных примесей, и степень температу]

120 т-

! VI

Рис.7. Нормальные кривые для разрядников 1 ЮкВ

Рис.9. Функции распределения относительных иерефсвов

элементов ВР 1 ЮкВ —функции норм.распределения —экспериментальные данные

»памаит NI]

■У V'

жламант N><

1Л«и«нт№5

У Ч- í

I \ r . . . ^V'A \ /-./tV T

X' // i4 'д // \ .4

- - '

'y ■

¿ П11 r - П12 •o ni) '• ¿i • rtM

* • OÍS

1П1МИ1 №B

апацаит Ni y

■Vi

V

» A-

0,02 0,0* D,06 0,08 0,1 0,12 0,U 0,18 0,18 0,2 0,27 0,24 0.2Б 0.2« 0,3 maopanw части «poaí» ni • itcaapum»Hfntabnr» жрищяя

Рис,8. Нормальные кривые для разрядников 220кВ -

О Ü1 В.03 0,0S 0,07 0,00 0.11 0.13 0.1$ 0,17 0,1* 0.21 0,23 0,2$ 0.27 0.21 0.31

Рис.10. Функции распределения относительных перегревов элементов ВР 220кВ --функции норм, распределения-----экспериментальные данные

обработки при изготовлении. Понятно, что выдержать полную идентичность Ш при их изготовлении довольно трудно, поэтому, различные ШС одного и того я типа будут несколько отличаться друг от друга, а следовательно, будет отличатьс и ток проводимости, который протекает через ШС под действием приложенног напряжения.

Таблица!

Экспериментальные и расчетные данные о распределении напряжения по

элементам разрядников.

Класс напряж ения Конструктивное исполнение Номер элемента (сверху вниз) Эксперимснталь -ные данные Расчетные данные

М, "С U, ,кВ Формула (1) Формула (2) и(3)

иф, кВ U,,KB Отклонение от экспериментальн ых данных, % U,,kB Отклонение от экспериментальн

220 146 Две колонки 1 18,7 36 45,7 +26,9 34,2 -5,0

2 14,4 32,5 35,2 +8,3 32 -1,5

3 11,3 29,5 27,6 -6,4 30 +1,7

4 6,3 26,5 15,4 -41,9 25,8 -2,6

5 5,1 22,5 12,5 -44,4 24,4 +8,4

6 3,9 22,0 9,5 -56,8 22,8 +3,6

110 66 Одна колонка 1 6 24,Г1 31,7 +29,4 24,4 -0,4

2 3,7 22,5 19,5 -13,3 21,5 -4,4

3 2,8 19,5 11,8 -39,5 20 +2,6

110 66 Одна колонка 1 6,7 26 29,9 + 15,0 24 -7,7

2 4,6 21,5 20,5 Г -4,6 21,7 +0,9

3 3,5 18,5 15,6 -15,7 20,2 +9,2

110 66 Одна колонка 1 4,9 24 33,3 +38,7 24,8 +3,3

2 2,9 23 19,7 -14,4 21,7 -5,6

3 1,9 18 12,9 -28,2 19,4 +7,£

110 66 Одна колонка 1 6,7 24 29,5 +22,9 23,9 -0,4

2 4,8 22 21,1 41 21,9 -0,4

3 3,5 19,5 15,4 -21,0 20,2 +3,(

Таким образом, даже на полностью исправном ВР будет наблюдаться некотор отличие токов проводимости различных элементов, а значит и отличие тепловыделении этих элементов.

Для анализа тепловыделений использовались соотношения Рдеф/Р: Рисп/Рэл где:

Рдеф - мощность, выделяемая на дефектном элементе дефектного ВР; Рисп - мощность, выделяемая на исправном элементе дефектного ВР;

Рэл - мощность, выделяемая на элементе полностью исправного ВР;

К. - коэффициент дефектности, равный отношению напряжений на правном и неисправном элементах ВР при обрыве ШС, а при увлажнении вный отношению токов, протекающих через ТИС увлажненного элемента и рез шунтирующий их дефект.

Показано, что в довольно широком диапазоне коэффициента дефектности иные соотношения не выходят за границу отклонения 10%, что говорит о том, о процесс постановки диагноза, по значениям превышения температуры ементов ВР над температурой окружающей среды, при начальных стадиях фектов весьма затруднителен, и необходимо оценивать состояние ВР с ивлечением дополнительных критериев. В качестве таких критериев может ггь использовано расчетное распределение напряжений по элементам ВР и ализ термопрофиля (графическое представление распределения температуры по ементу ВР). Анализ термопрофиля позволяет выявить нехарактерные для правных ВР аномалии в теплораспределении, даже если абсолютное значение мпературы в этих зонах может и не выходить за допустимые пределы.

Рассмотрено влияние ошибки в измерении температуры на расчетное определение напряжения по элементам ВР. На рис. 11 графически представлена висимость отношения (Л/и: от погрешности в определении превышения мпературы элемента для ВР 110 кВ (п=3) , а на рис.12 для ВР 220 кВ (п^б). тализ этих зависимостей показывает, что при одинаковой для всех элементов ирешности (у) в определении превышения температуры ошибка в расчете [пряжения для данных элементов ВР будет различной.

Сравнение реальных отношений Д^/ЕД^ (рис.9, 10) с данными рис.11, 12 называют, что приемлемая точность расчета напряжения на элементах (10-15%) )жет бать достигнута, если погрешность в определении превышения мпературы элементов не будет превышать 10% от суммы превышений всех ементов.

Современные тепловизоры имеют точность измерения температуры азносги температур) примерно +1(1С. Поэтому, приемлемая точность при 1ределении напряжения на элементах ВР будет обеспечена, если сумма ¡евышений температур элементов будет более 10°С. Как показывает опыт пловизионного контроля ВР, это условие практически всегда выполняется для □рядников серии РВМГ, и является критическим для разрядников серии РВС, у угорых £Д1; часто бывает менее 10°С. Анализ зависимостей представленных на ic.ll и 12 показывает, что ошибка измерения Д^ в большую сторону менее штична, чем занижение Л^. Это обстоятельство следует учитывать при >работке экспериментальных данных, иногда искусственно завышая (меренную величину Д^ на одну и ту же величину для всех элементов. Таким Зразом, с большей долей уверенности, можно утверждать, что корректная оценка >стояния ВР не сводится к механическому расчету напряжения на элементах ВР э формуле (1) и сравнению этого значения с максимально допустимы для шного типа ВР, а является сложной задачей, требующей расчетно-1шштического учета многочисленных факторов.

При определении температуры недопустимо пренебрегать значение коэффициента излучения тела. Если тело имеет покрытие, например, покрашен« то в этом случае необходимо ориентироваться только на коэффициент излучени покрытия. Необходимо учитывать расстояние до контролируемого объекта и

Рис. 11 Зависимость погрешности определения напряжения на элементах разрядника от иогрсшшсш в определении гемнера1уры окружающей среды при п ~3.

Рис.12 Зависимость погрешности определения напряжения на элементе разрядника от погрешности измерения температуры самого элемента (N11=3)

проводить измерения при отсутствии тумана или дождя, т.к. подобные явлеш могут ослабить инфракрасное излучение за счет поглощения и рассеяния.

При определении величины перефева элемента как разности между его пературой и температурой окружающей среды недопустимо пользоваться ешми приборами, т.к. это неизбежно влечет за собой увеличение погрешности.

Для контроля состояния ВР должны применяться тепловизионные системы ^решающей способностью не ниже 0,1-0,3°С.

В четвертой главе рассмотрены особенности тепловизионного контроля инейных офаничителей перенапряжений.

Показано, что использование методик, основанных на замерах полного тока водимости, не позволяет достоверно выполнить оценку состояния ОПП, так полный ток ОПН носит емкостной характер, а нагрев нелинейных резисторов, орый решающим образом влияет на срок службы ОПН, определяется его нвной составляющей. Кроме того, увеличение активной составляющей тока водимости в несколько раз вызывает рост полного тока всего на несколько центов, что малоэффективно для идентификации дефекта.

С другой стороны метод непосредственного измерения активной гавляющей тока трудно применить на практике поскольку, во-первых, бходимо, чтобы измерение напряжения на ОПН происходило одновременно с прением тока и, во-вторых, сдвиг фаз должен быть очень мал. Более того, шо чтобы трансформаторы, удовлетворяющие этим требованиям, [сутствовали во всех фазах и все переключения, необходимые для сборки герительной схемы, должны быть сделаны без отключения ОПН от системы. ;им образом, метод непосредственного измерения активной составляющей а, может быть, применим только в некоторых специфических случаях, но не [ходит для регулярной диагностики ОПН. В то же время, тепловыделения в исторах, а значит и нафев ОПП, определяется именно активной составляющей а проводимости, и с изменением активной составляющей тока будет меняться лшоотдача ОПН во внешнею среду.

Превышение температуры ОПН над температурой окружающей среды кно измерить при помощи тепловизионной техники. Отсюда следует, что само тгчие температурных аномалий является одним из первых надежных признаков ичия дефектов, которые со временем неминуемо приведут к повреждению Н в работе. На рис.13 и в таблице 3 приведены данные испытаний аничителей типа ОПНп-110 перед монтажом после длительного хранения (22 :яца). На рис.13 представлены термопрофили (фафическое представление пределения температуры по поверхности ОПН) каждого ОПН. Видно, что Н №20 и №25 имеют очень неравномерное распределение температуры, в то мя как у ОПН №21 распределение близко к равномерному. Последующие 1ытания традиционными методами (см. табл.3) подтвердили предположение о гичии дефектов в ОПН №20 и №25.

Опыт использования предложетшой методики в АО «Свердловэнсрго» сазывает, что тепловизионный контроль позволяет обнаружить дефекты ОПН итого раньше, чем полный ток проводимости через ОПН достигнет ¡дельного значения. При этом у ремонтопригодных ОПН обнаруженные гловизионным контролем дефекты, как правило, могут быть устранены, в то

время как при отбраковке по полному току проводимости эти дефекты идентифицируются и развиваются до такой степени, что ремонт ОПН становит невозможен.

Таблиц;

Результаты испытаний ОПНл-110 перед монтажом после их длительной

хранения (22 месяца)

Зав.№ Ток проводимости на неременном напряжении при и=73кВд, мА Ток проводимости на постоянном напряжении и-70кВ„Ш11„ мА % Превышение температуры, °С Наличие зон локального нагрева

ЮкВ 73кВ

20 0,57 5,95 8,4 33,0 7,1 лок. нагрев

25 0,52 2,85 7,6 30,4 7,5 лок.наг-рев

21 0,48 2,40 10,0 23,0' 3,6 нет

Таким образом, непосредственное измерение характеристик тепловс режима и диэлектрических потерь ОПН являются эффективными средства оценки качества ОПН как на стадии изготовления, так и в процессе эксплуатации.

№20 №25 №21

Рис.13 Термопрофили полученные в ходе испытаний ОПНп-110 перед монтажом после длительного хранения (22 месяца)

Пятая глава посвящена выбору диагностических признаков и критер: при тепловизионном контроле ВР. Рассмотрены общие принципы подход; выбору диагностических признаков и выбор диагностических признаков критериев браковки именно для ВР и ОПН, предложена методика оце!

стояния BP и ОПН по результатам, полученным в ходе тепловизионного нтроля.

В зависимости от поставленной задачи при выборе диагностических изнаков и критериев отбраковки необходимо учитывать следующие стоятельства:

• Появление диагностического признака должно само по себе свидетельствовать об отклонении состояния элементов оборудования от нормального.

• Влияние внешних факторов на значение диагностического признака должно быть минимальным.

• Необходимо чтобы между значениями диагностического признака и степенью опасности развивающегося дефекта существовала в достаточной степени очевидная связь, выражаемая в идеале достаточно простой функциональной зависимостью.

• Необходимо чтобы между значениями диагностического признака и параметрами режима работы электрооборудования существовала известная зависимость.

• Необходимо чтобы значения диагностического признака, соответствующие работоспособному состоянию оборудования, были определены в нормативно-технической документации.

Для решения поставленных задач можно использовать такие агностические признаки как «аномальный нагрев», «температура нагрева», азность температур», «соотношение перегревов».

Аномальный нагрев - резкое отклонение теплового состояния элементов ектрооборудования от состояния аналогичных элементов соседних фаз одного и го же объекта или аналогичных элементов других однотипных объектов, холящихся в аналогичном режиме работы. Следует отметить тот факт, что юкольку, в пределах одного распредустройства всегда можно найти несколько ;нотипных элементов, то использование диагностического признака -номальный нагрев» - дает основание утверждать, что тепловизионный контроль ляется уникальным, не имеющим равных себе по простоте и оперативности гределения начальной стадии развития дефекта, методом ранней диагностики югих видов электрооборудования, даже если для них не нормированы тепловые рактеристики. Безусловно, «аном&чьный нагрев» является лишь первым гнальным признаком, определяющий направление дальнейшего процесса гагностирования для оценки степени опасности обнаружешюго дефекта и сгавление прогноза его дальнейшего развития. Разность температур можно феделять либо между температурой контролируемого объекта и температурой ружающей среды, либо между температурой контролируемой дефектной зоны температурой аналогичной зоны на исправном оборудовании.

Рассматривая каждый из предложенных диагностических признаков, в 1боте было показано, что:

• Использование диагностического признака «аномальный нагрев» является универсальным методом выявления развивающихся дефектов, связанных с выделением тепла.

• Использование диагностического признака «температура нагрев требует наличия нормативной базы и имеет ограниченную облас применения, так как предельная температура нафева нормирована далс не для всех видов оборудования.

• Использование диагностического признака «разность температу позволяет решать широкий круг диагностических задач в зависимости особенности конструкции электрооборудования, так как она бол адекватно отражает разницу в количестве выделяемого тепла в элементе связана более простыми функциональными зависимостями с параметра: электрооборудования. При использовании данного диагностическо признака исключается апияние абсолютной погрешности измерения.

• Использование диагностического признака «соотношен периревов» позволяет расчетным путем определить парамст) оборудования, на которые разработаны нормативные критерии.

• Выбор рациональных диагностических признаков и критери позволяет с той или иной степенью достоверности оценить состоя« практически всех видов электрооборудования по результат тспловизионного контроля, что делает этот вид контроля одним из ведуш в системе оперативной диагностики электрооборудования.

Элементы ВР имеют статический разброс вольтамперных характерисп Поэтому, в каждой колонке ВР всегда находятся несколько отличающихся друг друга элементов, и даже в идеальном случае, когда отсутствуют различи паразитные связи, распределение напряжения по элементам ВР не будет стрс равномерным.

Проведешгые расчеты показывают, что в результате разбрс вольтамперных характеристик нелинейных шунтирующих сопротивлений ВР и отсутствии паразитных связей напряжения на элементах ВР и, следователь: превышения температуры этих элементов могут отличаться друг от друга пределах до 5% при правильном подборе элементов в колонку ВР и до 20% г неправильной компоновке.

Для повышения достоверности оценки состояния ВР по результат тспловизионного контроля необходимо учитывать целый ряд факторов:

• Степень отличия величины относительных перегревов элементов ВР среднестатистических значений, приведенных на рис.9 и 10. При этом с< измеренные перегревы не отличаются от своего математическ» ожидания более чем на величину среднеквадратического отклонения, т.е ст, то ВР можно считать исправным и дальнейший анализ не требуется.

• Если величина измеренных перегревов элементов ВР превыш величину среднеквадратического отклонения для соответствуют элемента, то для более достоверной оценки требуется дополнительн анализ:

> Особенности конструктивного исполнения ВР в тех случаях, ко относительные перегревы элементов ВР заметно отличаются среднеарифметических значений, определенных по рис.9 и 10.

У Особенности распределения температуры по поверхности элементов ВР, включая анализ термопрофиля, так как некоторые дефекты могут не вызывать заметного изменения температуры элементов ВР хотя и приводят к появлению аномальных зон нагрева в местах нехарактерных для исправных элементов.

> Расчет напряжения на элементах ВР, как заключительная стадия анализа для выявления как дефектных, так и перегруженных элементов ВР. При этом следует учитывать влияние точности измерения температуры на расчетную величину напряжений и при низких значениях перегревов элементов ВР следует увеличить их значение на одинаковую для всех элементов величину.

Поскольку, состояние многоэлементных разрядников, установленных в две юнки, имеет ряд особенностей из-за шунтирующего влияния опорной щяционной конструкции, необходимо перед расчетом распределения фяжения по элементам ВР оценить какая часть фазного напряжения тходится на элементы верхней колонки, а какая на элементы нижней колонки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Результатом диссертационной работы явилось создание и внедрений годики оценки состояния средств защиты от перенапряжений по результатам 1ловизионного контроля.

Основные результаты, полученные при выполнении исследований, лючаются в следующем:

1. Тепловизионный контроль является эффективным методом оценки состояния вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений.

2. В качестве критериев исправности ВР (ОПП) могут быть использованы значения среднестатистических относительных перегревов элементов ВР (ОПН).

3. Выявление дефектных элементов многоэлементных ВР (ОПН) необходимо выполнять на основе расчета напряжения на элементах с учетом влияния паразитных емкостей.

4. Для адекватной оценки состояния ВР (ОПН) необходимо выполнять анализ распределения температуры по элементам ВР (ОПН). При этом диагностический признак «аномальный нагрев» безусловно свидетельствует о наличии дефекта в контролируемом объекте.

5. При тепловизионном контроле средств защиты от перенапряжений должны использоваться тепловизоры с высокой разрешающей способностью (0,1-0,ЗиС). Меньшая разрешающая способность может привести к ошибке в измерении температуры, что существенно влияет на результаты расчета напряжения по элементам ВР (ОПН) и, следовательно, приводит к ошибкам в оценке состояния ВР (ОПН).

6. Разработана методика и критерии тепловизионного контроля BP (OUI позволяющие обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития, • дает возможность предупреждать аварийные отказы BP и ОПН, а так планировать их восстановительные ремонты.

Многолетний опыт тепловизионного контроля вентильных разрядникоЕ нелинейных ограничителей перенапряжений в АО «Свердловэнерго» показал < высокую эффективность. Необходимость контроля BP (ОПН) с отключением от сети практически возникает только тогда, когда для этого имею объективные предпосылки по данным тепловизионного контроля, 1 существенно снижает затраты на контроль BP (ОПН) традиционными методам! повышает надежность электроснабжения. Относительные затраты тепловизионный контроль BP и ОПН невелики, так как контроль веде одновременно с тепловизионным контролем контактных соединений и друге оборудования распредустройств.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Константинов А.Г., Осотов В.П., Осотов A.B. Некоторые аспеь комплексной диагностики мощных силовых трансформаторов // Соврсмеш: проблемы оценки состояния и обслуживания маслонаполненного оборудован сборник докладов, выпуск 5, ПЭИПК Минтопэнерго, С.Петербург, 1997.

2. Константинов А.Г., Осотов В.Н., Осотов A.B. Тепловизионный контр( высоковольтных вентильных разрядников / Электрические станции, №12, 1998.

3. Осотов В.Н., Осотов A.B. Некоторые аспекты диагностики сред защиты от перенапряжений приборами инфракрасной техники / Известия ВУЗ Электромеханика, №2-3, 1998.

4. Осотов В.Н., Осотов A.B. Некоторые особенности тепловизионп контроля высоковольтных вентильных разрядников // Современное состояли проблемы диагностики средств защиты от перенапряжений и заземляюп устройств: информационный бюллетень Регионального Совета специалистов диагностике электрооборудования при Уралэнерго (заседание на Пермс! ГРЭС), Екатеринбург, 1998.

5. Осотов A.B. Некоторые особенности использования тепловизиош информации для оценки состояния средств защиты от перенапряжений Информациошше технологии и электроника: тезисы докладов 2-й Всероссийс студенческой научно-технической конференции, Екатеринбург, УГТУ-У1 1998.

6. Константинов А.Г., Осотов A.B., Осотов B.II., Хайбулин Ю.Г. Мете оценки состояния силового электротехнического оборудования под рабо1 напряжением // Электротехника 2010 год: сборник докладов V симпозиу стр.276-281, том 1, Москва, 1999.

7. Осотов В.Н., Осотов A.B. О тепловизионной диагностике сре; защиты от перенапряжений / Известия ВУЗов, Электромеханика, №1,1999.

8. Константинов Л.Г., Осотов В.Н., Хайбулин Ю.Г., Осотов A.B. Методы гики состояния силового электротехнического оборудования под рабочим тряжением // Оценка технического состояния электрооборудования ;ргосистем и определение перспектив надежной работы ЕЭС России: тезисы «ладов открытой научно-практической конференции РАО «ЮС России», >.74, Москва, 1999.

9. Константинов А.Г., Осотов В.Н., Осотов A.B. Некоторые особенности агностики средств защиты от перенапряжений приборами инфракрасной :ники // Иеразрушающий контроль и диагностика: тезисы докладов 15-й гсийской научно-технической конференции, том 2, стр. 67, Москва, 1999.

10. Константинов А.Г., Осотов В.Н., Осотов A.B. Некоторые особенности агностики средств защиты от перенапряжений приборами инфракрасной тики // Состояние и перспективы развития электротехнологий: тезисы кладов международной научно-технической конференции (IX Бенардосовские ;ния), Иваново, 1999.

11. Осотов В.Н., Шишкина О.Г., Осотов A.B. Опыт эксплуатации и агностики нелинейных ограничителей перенапряжений // Проблемы выбора и ;плуатации ОПН в электрических сетях 110-750кВ: тезисы докладов ероссийского научно-технического семинара-совещания, Москва, 2000.

Введение.

В1. Общие принципы теории излучения и распространения теплового излучения.

В2. Проблемы современной тепловой диагностики электрооборудования.

В2.1. Проблемы нормирования тепловых характеристик для различного вида электрооборудования.

В2.1.1. Оборудование с неопределенными тепловыми характеристикам. 9 В2.1.2. Оборудование с тепловыми характеристиками обобщающего интегрального) характера.

В2.1.3. Закрытые контактные соединения.

В2.1.4. Открытые контактные соединения.

В2.1.5. Методы решения проблем нормирования тепловых характеристик.

В2.2. Проблемы, связанные с режимами работы электрооборудования на момент контроля.

В2.3. Проблемы, связанные с точностью измерения температуры элементов оборудования.

В2.4. Проблемы интерпретации результата контроля для эксплуатационного персонала.

ГЛАВА

Конструктивное исполнение и общее состояние диагностики средств защиты от перенапряжений.

1.1. Классификация вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений.

1.2. Конструкция вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений.

1.3. Искровые промежутки вентильных разрядников.

1.3.1. Назначение искровых промежутков.

1.3.2. Принцип действия и конструкция искровых промежутков.

1.4. Нелинейные сопротивления вентильных разрядников.

1.4.1. Типы и назначение нелинейных сопротивлений.

1.4.2. Материал и конструкция нелинейных сопротивлений.

1.5. Конструкция основных типов современных вентильных разрядников

1.5.1. Вентильные разрядники с искровыми промежут кам и с неподвижной дугой (серия РВС).

1.5.2. Магнито-вентильные разрядники грозового типа (серии РВМ и РВМГ).

1.5.3. Магнито-вентильные комбинированные разрядники (серия РВМК-П).

1.6. Общее состояние диагностики вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений.

1.6.1. Традиционные методы контроля вентильных разрядников и ОПН в эксплуатации.

1.6.2. Контроль вентильных разрядников под рабочим напряжением по методу Донбассэнерго.

1.6.3. Контроль вентильных разрядников 35-330кВ под рабочим напряжением по методу Леюнерго.

1.6.4. Зарубежный опыт контроля состояния вентильных разрядников и ОПН.

1.6.5. Применение тепловизионного контроля (TBK) для контроля вентильных разрядников и ОПН.

ГЛАВА

Применение тепловизионого контроля для диагностики состояния вентильных разрядников.

2.1. Влияние паразитных емкостей.

2.2. Учет паразитных емкостей.

2.2.1. Определение вольтамперной характеристики (ВАХ) нелинейных сопротивлений вентильных разрядников.

2.2.2. Вентильные разрядники 1 ШкВ.

2.2.3. Вентильные разрядники 220кВ, установленные в одну колонку.

2.2.4. Вентильные разрядники 220кВ, установленные в две колонки.

2.3. Вывод формул соотношения напряжений и перегревов элементов вентильных разрядников в условиях наличия паразитных емкостей.

ГЛАВА

Анализ тепловыделений в элементах вентильных разрядников.

3.1. Конструкция элементов вентильных разрядников.

3.2. Тепловыделение в элементах вентильных разрядников при некоторых дефектах.

3.2.1. Исправные вентильные разрядники.

3.2.2. Обрыв шунтирующего сопротивления одного блока искровых промежутков.

3.2.3. Шунтирование одного элемента дефектом (увлажнение).

3.2.4. Анализ результатов.

3.3. Влияние погрешности измерения температуры на результаты контроля

3.3.1. Анализ влияния погрешности определения окружающей температуры на расчетное распределение напряжения по элементам исправного разрядника.

3.3.2. Анализ влияния погрешности определения температуры элемента, на расчетное распределение напряжения по элементам разрядника.

3.3.3. Анализ полученных результатов.

ГЛАВА

Особенности тепловизионного контроля нелинейных ограничителей перенапряжений.

ГЛАВА

Выбор диагностических признаков и критериев при тепло вшион ном контроле вентильных разрядников и ОПН.

5.1. Общие принципы подхода к выбору диагностических признаков. В

5.2. Выбор диагностических признаков и критериев браковки для вентильных разрядников.

5.3. Методика обработки экспериментальных данных.

Актуальность темы

Надежность работы электроэнергетической системы, зависит от работоспособности средств защиты от перенапряжений (вентильных разрядников (ВР) и нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН)). Данные аппараты выполняют важную функцию, защищая от грозовых и коммутационных перенапряжений остальное оборудование распредустройств. Отказ в работе средств защиты от перенапряжений ведет к материальным потерям несоизмеримо большими чем стоимость самого защитного аппарата, так как при этом повреждается защищаемое им оборудование и что более важно нарушается электроснабжение потребителей.

В настоящее время возрастает вероятность аварийных повреждений в виду того, что большинство вентильных разрядников установлено в сетях более 25 лет тому назад, поэтому эти аппараты исчерпали свой ресурс по защитным свойствам. В то же время, качество предлагаемых отечественных ограничителей перенапряжения оставляет желать лучшего, а высококачественные ограничители зарубежных производителей имеют сравнительно высокую стоимость. Все это является сдерживающими факторами при замене вентильных разрядников на нелинейные ограничители перенапряжений. В последнее время, наблюдается тенденция к переходу от традиционных методов контроля и диагностики оборудования к методам неразрушающего контроля, когда оборудование в процессе обследований не подвергается экстремальным воздействиям, контролируется преимущественно под рабочим напряжением, т.е. без вывода оборудования из работы. Это позволяет сократить время простоя оборудования и потери связанные с его отключением, а так же повышает достоверность контроля, так как оборудование, в ходе диагностики, находится под воздействием всех эксплуатационных факторов.

Перечисленные причины определяют проблему качественной оценки состояния средств защиты от перенапряжений, а появление современных приборов инфракрасной техники (тепловизоров), позволяющих дистанционно, с высокой точностью определять температуру элементов электрооборудования, открывает новые возможности для диагностики этих аппаратов. Однако, в силу целого ряда причин, многие проблемы методического обеспечения тепловизионного контроля силового электрооборудования все еще не решены.

Данная диссертационная работа направлена на решение выше перечисленных проблем, возникающих при тепловизионном контроле электрооборудования, на примере одного из наиболее сложных, с точки зрения тепловизионного контроля, виде оборудования: средств защиты от перенапряжений.

Цель работы

Определение простых и эффективных методов диагностики состояния средств защиты от перенапряжений и получение закономерностей, характеризующих электрофизические процессы в данном оборудовании с помощью математических методов.

В связи с этим решены следующие задачи:

• Проведен анализ общих проблем тепловизионной диагностики электрооборудования.

• Выполнен анализ электрических и конструктивных характеристик средств защиты от перенапряжений для формирования общих подходов к вопросам их диагностики.

• Выполнены расчеты, позволяющие получить функциональные закономерности, характеризующие процессы в ВР (ОПН), на основе анализа статистических данных тепловизионного контроля средств защиты от перенапряжений.

• Проведен анализ тепловыделений в ВР (ОПН) при различных видах дефектов данного оборудования.

• Проведен анализ влияния погрешности измерения температуры на расчетное распределение напряжения по элементам ВР (ОПН).

• Предложена методика диагностики средств защиты от перенапряжений приборами инфракрасной техники на основе многофакторного анализа данных, полученных в ходе тепловизионного контроля.

Методы исследований

Методы математической статистики, методы математического и физического моделирования, численные методы расчета систем нелинейных уравнений, адаптированные к использованию ЭВМ.

Научная новизна

Описаны и систематизированы общие принципы тепловизионной диагностики, ее проблемы и пути их решения.

Разработана методика принятия заключения о состоянии средств защиты от перенапряжений на основе многофакторного анализа данных тепловизионного контроля.

Улучшена существующая, основанная только на расчете распределения напряжения по элементам ВР (ОПН), методика оценки средств защиты от перенапряжений приборами инфракрасной техники.

Предложены дополнительные критерии оценки состояния средств защиты от перенапряжений по результатам их тепловизионной диагностики.

Практическая ценность

Сформулированы общие требования к инфракрасной технике, используемой для тепловизионной диагностики средств защиты от перенапряжений. 6

Даны практические рекомендации по повышению степени достоверности оценки состояния ВР (ОПН) по данным тепловизионного контроля.

Разработана методика оценки состояния средств защиты от перенапряжений по данным тепловизионного контроля.

Отдельные положения данной работы могут быть использованы как инструмент при разработке методик тепловизионного контроля других видов электрооборудования.

Апробация работы

По основным результатам работы сделаны доклады на второй всероссийской студенческой научно-технической конференции «Информационные технологии и электроника» (г. Екатеринбург, 1998 г.), на региональном Совете специалистов по диагностике электрооборудования при Уралэнерго «Современное состояние и проблемы диагностики средств защиты от перенапряжений и заземляющих устройств» (г. Пермь, 1998 г.).

Предложенная методика внедрена и используется на предприятиях АО «Сверддовэнерго».

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы, 4-х приложений. Общий объем работы - 137 страниц, из них - 87 страниц основного текста, содержащего 15 рисунков, 22 таблицы. Список литературы состоит из 50 наименований.

Выводы:

1. Тепловизионный контроль является эффективным методом оценки состояния BP и ОПН.

2. В качестве критериев исправности BP (ОПН) могут быть использованы значения среднестатистических относительных перегревов элементов BP (ОПН).

3. Выявление дефектных элементов многоэлементных BP (ОПН) необходимо выполнять на основе расчета напряжения на элементах с учетом влияния паразитных связей.

4. Для адекватной оценки состояния BP (ОПН) необходимо выполнять анализ распределения температуры по элементам BP (ОПН). При этом диагностический признак «аномальный нагрев» безусловно свидетельствует о наличии дефекта в контролируемом объекте.

5. При тепловизионном контроле средств защиты от перенапряжений должны использоваться тепловизоры с высокой разрешающей способностью (0,1-0,3°С). Меньшая разрешающая способность может привести к ошибке в измерении температуры, что существенно влияет на результаты расчета напряжения по элементам BP (ОПН) и, следовательно, приводит к ошибкам в оценке состояния BP (ОПН).

6. Разработана методика и критерии тепловизионного контроля BP (ОПН), позволяющие обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития, что дает возможность предупреждать аварийные отказы BP и ОПН, а также планировать их восстановительные ремонты.

Заключение.

Предложенная методика оценки состояния многоэлементных ВР (ОПН) установленных как в одну, так и в две колонки, по результатам тепловизионного контроля, позволяет учесть влияние паразитных емкостей отдельных элементов на землю и оценить реальные напряжения на элементах ВР. Кроме того, по характеру тепловыделения можно судить о состоянии опорной конструкции верхней части ВР, установленных в две колонки.

Опыт применения данной методики в Свердловэнерго показал, что тепловизионный контроль позволяет выявить появление дефекта намного раньше, чем традиционные методы. В настоящий момент в Свердловэнерго под рабочим напряжением состояние ОПН и ВР контролируется прежде всего по их тепловому состоянию с применением тепловизора, а контроль по полному току проводимости используется как вспомогательный метод. Более того, поскольку необходимость контроля ВР (ОПН) с отключением его от сети практически возникает только тогда, когда для этого имеются объективные предпосылки по данным тепловизионного контроля, то существенно снижаются эксплуатационные расходы (традиционные методы требуют применение довольно громоздкой аппаратуры, передвижных лабораторий, сопряжены с большим риском для персонала) и повышает надежность электроснабжения, так как предотвращаются аварийные повреждения ОПН и ВР в эксплуатации. Кроме того, выявление дефектов на ранней стадии позволяет выполнить ремонт ОПН (ВР) поскольку сам нелинейный элемент еще сохраняет свою работоспособность. При отбраковке же ОПН (ВР) по току проводимости их ремонт, как правило, не возможен, так как в нелинейных элементах возникают необратимые процессы (повреждение отдельных варисторов, разрыв полиэтиленового чехла и.т.п.).

Полученные результаты можно легко распространить и на новые виды средств зашиты от перенапряжений, так как описанные процессы будут справедливы и для них. Отличие возможно лишь в критериях браковки, но необходимые для их выработки данные можно получить из опыта эксплуатации.

Несмотря на сравнительно большую цену тепловизионных систем, относительные затраты на тепловизионный контроль ВР и ОПН невелики, так как контроль ведется одновременно с тепловизионным контролем контактных соединений и другого оборудования распредустройств.

Следует сказать, что предложенная методика может являться инструментом при разработке методик контроля любых последовательно соединенных элементов, находящихся под воздействием высокого напряжения. К таким устройствам можно отнести высоковольтные вводы трансформаторов и баковых масляных выключателей, опорные и подвесные изоляторы, батареи статических конденсаторов, выпрямительная и терристорная техника. Различие будет заключаться в количественных характеристиках и критериях браковки. Общие же подходы к выбору диагностических признаков, описанные в главе 5, остаются такими же.

Кроме того, в работе сформулированы основные требования к тепловизионным системам, которые могут использоваться при диагностировании электрооборудования в целом и средств защиты от перенапряжений в частности. Данные системы должны иметь разрешающую способность порядка 0,1-0,3°С при погрешности измерений ±1°С, иметь функции автоматической компенсации таких параметров как расстояние до объекта, окружающей температуры, коэффициента излучения тела. Крайне важно, чтобы система позволяла фиксировать результаты контроля в виде термограмм на магнитные носители (дискета, PC карта), а программное обеспечение позволяло получить графическое распределение температуры по поверхности объекта (термопрофиль). При подготовке данной работы автор использовал тепловизоры фирмы AGEMA модель Thermovision 880 и фирмы Mikron модель 5104ТН.

1. Афанасьев В.В. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. JL: Энергоатомиздат, 1987.

2. Бельцежак А., Шрамек 3. Безискровые ограничители перенапряжений типа ZWAR для сетей средних напряжений. Указания по применению и подбору параметров. Варшава, 1996г.

3. Бессонов JI.A. Нелинейные электрические цепи. М.: Высшая школа, 1964.

4. Бронфман А.И., Демьяненко К.Б. Исследование сроков службы высоковольтных резисторов при длительном воздействии напряжения частоты 50Гц. // Электротехническая промышленность. Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы. 1979, №3.

5. Власов А.Б. Тепловизионный метод контроля физических параметров высоковольтных вводов. Электротехника, 1994, №4.

6. Вольт-секундные характеристики вентильных разрядников / Калинин Е.В., Карпова О.В., Соломонов Н.М., Табарданова М.П. // Электрические станции. 1969. №7.

7. Выбор, испытание и применение металлооксидных ограничителей перенапряжений в сетях среднего напряжения. Издательство представительства АББ на Украине, Киев, 1995г.

8. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1972.

9. П.Заболотников А.П. Оценка энергопоглащающей способности металлоксидных ограничителей перенапряжений. Научный вестник НГТУ, 1998, №2(5).

10. И34-70-021-85. Инструкция по эксплуатации средств защиты от перенапряжений. М.: Союзтехэнерго, 1986.

11. Иманов Г.М., Халилов Ф.Х., Таджибаев А.И. Характеристики, выбор и размещение ограничителей перенапряжений (110-220)кВ. Учебное пособие. СЛетербург, 1997.

12. Исследование распределения напряжения и нагрева варисторов вдоль ОПН в условиях загрязнения и естественных осадков / Султанов С., Исламова В.И. // Электротехника. 1994. №10.

13. Исследование распределения напряжения по разрядникам РВМК-750 / Кудратимаев A.C., Султанов С.С., Лысков Ю.И. // Электрические станции. 1981. №10.

14. Китаев Г.И., Бердников С.Б., Константинов А.Г., Осотов В.Н. "О защитных характеристиках вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений", Электрические станции, 1978, №5.

15. Козелкнн В.В., Усольцев И.Ф. Основы инфракрасной техники. М.: Машиностроение, 1985.

16. Константинов А.Г., Осотов В.Н., Осотов A.B. Тепловизионный контроль высоковольтных вентильных разрядников / Электрические станции, №12, 1998.

17. Константинов А.Г., Осотов A.B., Осотов В.Н., Хайбулин Ю.Г. Методы оценки состояния силового электротехнического оборудования под рабочим напряжением // Электротехника 2010 год: сборник докладов V симпозиума, стр.276-281, том 1, Москва, 1999.

18. Контроль вентильных разрядников 35-330кВ под рабочим напряжением / Цирель Я.А., Поляков B.C., Игнатьев К.А. // Электрические станции. 1975. №8.

19. Крикеунов Л.З., Падалко Г.А. Тепловизоры. К.: Техника, 1987.

20. Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Выпуск 1 «Научные и практические проблемы применения тепловизоров для оценки состояния энергетического оборудования», Санкт-Петербург, 1996.

21. Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Выпуск 4 методы и средства оценки состояния энергетического оборудования, зданий и сооружений на основе приема излучений в инфракрасном диапазоне. С.Петербург, 1997.

22. Муравлева Н.В. Результаты измерения токов в вентильных разрядниках. Труды ВНИИЭ, вып. 11,1961.290 тепловизионном контроле электротехнического оборудования / Д.С. Масленников, А.Г. Константинов, В.Н. Осотов и др. // Электрические станции. 1985. №11.

23. Об опыте использования средств тепловизионной техники в энергетике. Инф.письмо №13-87/СПО Союзтехэнерго, 1987.31.0бложин В.А. Контроль подвесной изоляции тепловизором, Электрические станции, 1999, №11.

24. Ограничители перенапряжений нелинейные серии EXLIM на классы напряжения 110-750кВ. Техническое описание, инструкции по монтажу, применению и эксплуатации. Екатеринбург, 1998.

25. Перспективы тепловизионных методов контроля в энергетике / Б.Д. Козицкий, H.A. Гнатюк, Л.Д. Буць и др. // Электрические станции. 1981. №3.

26. Поляков B.C. Применение тепловизионных приемников для выявления дефектов высоковольтного оборудования. JL: ЛИПКЭ, 1990.

27. Поляков B.C. "Способы дистанционного контроля распределения напряжения на последовательно соединенных элементах высоковольтной установки", A.C. №911345 (СССР), Б.И. №9 , 07.03.82.

28. Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1992.

29. СТП 338500.13.16-92. Периодичность, объем и нормы испытаний средств защиты от перенапряжений и заземляющих устройств. Е.: Свердловэнерго, 1992.97

30. Таджибаев А.И. Преобразование признаков при оценке состояния энергетического оборудования. Учебное пособие / издание ПЭИпк, С.Петербург, 1996г.

31. Таджибаев А.И. Теория и практика распознавания анормальных состояний.- С.Петербург, ПЭИпк, 1995г.

32. Тепловизионный метод контроля физических параметров высоковольтных вводов / А.Б. Власов // Электротехника. 1994. №4.

33. Технические средства диагностирования. Справочник / под ред. В.В. Клюева- М.: Машиностроение, 1989г.

34. Фоминых Ю.А., Константинов А.Г., Осотов В.Н. и др. Способ контроля токоведущей системы коммутационного аппарата. А.С. №1781719, Б.И. №46, 1992.

35. Шишман Д.В., Бронфман А.И., Пружинина В.И., Савельев В.П. "Вентильные разрядники высокого напряжения", Энергия, Ленинград, 1971.

36. Эксплуатация, качество и надежность вентильных разрядников и серийно изготовляемых ОПН 110кВ и выше. / Сборник материалов совещания 25-27 марта 1997. С.Петербург, 1997.