автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Характеристики комплектных токоприводов генераторов в режимах диагностики и разработка аппаратуры для выявления дефектных изоляторов

Р Г Б ОД

д ^ - На правах рукописи

КЛИМЕНТЪЕВ Александр Михайлович

ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПЛЕКТНЫХ ТОКОПРОВОДОВ ГЕНЕРАТОРОВ В РЕЖИМАХ ДИАГНОСТИКИ И РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск - 1997 г.

Работа выполнена в Новочеркасском государственном техническое университете.

Научный рукоЕодител

- доктор технических наук.

профессор ПЛАТОНОВ В.В.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук,

профессор ФИГУРНОВ Е.П.,

- кандидат технических наук, доцент СИНЕГУБОВ А.П.

Ведущее предприятие

- ОАО "Ростовэнерго.

Защита диссертации состоится 29 января ] 998г. в 10 час. в 107 ауд. Глазного корпуса на заседании диссертационного совета Д.063.30.01 в Новочеркасском государственном техническом университете по адресу 346400, Новочеркасск, ГСП-1, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новочеркасского государственного технического университета.

1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

ЗОЛОТАРЕВ Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основным типом электростанций в настоящее время являются блочные станции. Рост единичных мощностей генераторов привел к созданию специальных электротехнических устройств, предназначенных для связи с блочным трансформатором - комплектных иофазно-экранированных токопроводов. Надежность работы токопроводов заложена в простоте конструкции и эксплуатации. Повреждения в токопроводах приводят к отключению блока электростанции. Оперативное выявление и быстрота ликвидации повреждения - один из путей повышения надежности электростанций.

Определение места повреждения в токопроводе является сложной и наиболее длительной технологической операцией по восстановлению его работоспособности. Разработка и внедрение методов и устройств для выявления мест повреждений дает значительный экономический эффект, из-за сокращения простоя технологического оборудования, уменьшения перерывов электроснабжения, снижения объема ремонтных работ.

Отсутствие простой диагностической аппаратуры приводит к увеличению времени поиска поврежденного изолятора в условиях эксплуатации и возрастанию объема работ. Аппаратура, применяемая для поиска замыканий в воздушных и кабельных линиях, из-за особенностей повреждений в токопроводах оказывается неработоспособной. Метод частичных разрядов эффективен, но достаточно трудоемок и применяется в настоящее время только специализированными организациями.

Общая протяженность токопроводов на крупных электростанциях может достигать нескольких километров. Сложность отыскания поврежденных изоляторов состоит в том, что токопроводы располагаются в труднодоступных местах, а для определения состояния изолятора необходимо его извлечение из токолровода. Отмечены случаи, когда для уменьшения зоны поиска поврежденного изолятора токопровод разрезался на несколько участков. При извлечении для осмотра опорных изоляторов сталкиваются с проблемой окисления резьбовых соединений, что приводит к разрушениям неповрежденных изоляторов.

Цель работы. Определение простых и эффективных методов диагностики опорных изоляторов экранированных токопроводов. Создание диагностической тпаратуры.

В связи с этим решены следующие задачи:

Выполнен анализ электрических и конструктивных характеристик ~окопроводов, применяемых в странах СНГ, для определения общих подходов к ¡опросам диагностики изоляторов.

Теоретически и экспериментально определены электрические параметры [офазно-экранированных токопроводов в режимах диагностики опорных изоляторов.

Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование переходных [роцессов в момент пробоя опорного изолятора.

Обоснованы методы определения зоны поврежденного изолятора, основанные а измерении параметров переходных процессов при пробое опорного изолятора.

Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование локального ¡агнитного поля поврежденного изолятора.

Выбран способ определения поврежденного изолятора по напряженности локального магнитного поля в момент пробоя опорного изолятора.

Разработана методика проведения работ по определению поврежденных изоляторов в комплектных пофазно-экранированных токопроводах.

Разработаны устройства для выявления поврежденного участка токопровода.

Разработаны устройства точной локализации поврежденного изолятора.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы математического и физического моделирования, натурные эксперименты, аналитические и численные методы расчета с применением ЭВМ.

Научную новизну представляют:

1. Алгоритм расчета электромагнитных характеристик пофазно-экранироваяных токопроводов в режимах диагностики.

2. Расчетные модели для анализа переходных процессов в пофазно--экранироватшых токопроводах в режимах диагностики.

3. Экспериментальное обоснование токораспределения в узле крепления поврежденного изолятора пофазно-экранированного токопровода при синусоидальных и импульсных токах.

4. Расчетная модель распределения локального магнитного поля в области поврежденного изолятора пофазно-экранированного токопровода.

5. Закономерности распределения локального магнитного поля в области поврежденного изолятора и новые устройства определения места повреждения в пофазно-экранированных токопроводах.

Практическая ценность. Разработаны методики и программы расчета: электромагнитных параметров токопроводов в режимах диагностики, токов и нанряжений в токопроводе при пробое опорного изолятора, напряженности локального магнитного поля поврежденного изолятора. Полученные результаты позволили сформулировать требования к аппаратуре диагностики токопроводов.

Разработан комплект малогабаритной аппаратуры, позволяющий, в два этапа определять поврежденный изолятор, состоящий из устройства определения зоны повреждения, генератора импульсных токов высокого напряжения, приемников напряженности импульсного магнитного поля.

Реализация результатов работы. Комплект аппаратуры для определения поврежденных изоляторов комплектных токопроводов внедрен в опытно--ггромышленную эксплуатацию на Ростовской ТЭЦ- 2.

Апробация работы. По основным результатам работы сделаны доклады на Всесоюзном совещании "Проблемы безопасного и надежного электроснабжения" (г. Севастополь, 1988 г.), на семинарах АН России " Кибернетика электрических систем" по тематикам "Электроснабжение промышленных предприятий" и "Диагностика электрооборудования" (г. Новочеркасск 1990 - 1997 гг.), на региональном Совете специалистов по диагностике силового электрооборудования при ОЭС " Уралэнерго " (г. Киров 1997 г.), на технических советах ОАО Ростовэнерго (г. Ростов п/д 1993 -1995 г.г.), на научных сессиях профессорско - преподавательского состава НГТУ 1992 - 1997 г.г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 14 печатных работ и 1 отчет по НИР, получено 1 авторское свидетельство СССР и 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 60 наименований и приложения. Работа изложена на 193 страницах, в том числе: 114с. текста, 58с. рисунков, 5с. списка использованной литературы, 16с. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ электрических и конструктивных характеристик токопроводс-в, применяемых в странах СНГ.

Показано, что основной причиной аварийных отказов токоировода является нарушение изоляции, а наиболее опасный случай - разрушение изоляторов фаз токоироводов. Применяемые в настоящее время способы поиска поврежденных изоляторов основаны на демонтаже большого количества изоляторов с целью испытания и последующей установки. Это требует большого времени и количества ремонтного псрсон&та.

Рассмотрены методы диагностики изоляции токоведущих элементов с распределенными параметрами воздушных линий электропередач, кабельных линий, токопроводов и магистральных шинопроводов. Определены подходы к созданию диагностической аппаратуры комплектных токопроводов.

Ввиду отсутствия данных об электромагнитных параметрах токопроводов в режимах диапгастики произведен обзор методов расчета индуктивности и активного сопротивления, необходимых для создания диагностической аппаратуры. Экспериментальные исследования промышленных токопроводов показали, что пренебрежение неравномерностью распределения вихревого тока по толщине экрана при расчете потерь приводит к значительным ошибкам. Расчету электромагнитных полей с учетом поверхностного эффекта и эффекта близости в пеэкранированных и экранированных токопроводах посвящены работы: Кузнецова И.Ф., Чальян K.M., Цииикяна Г.Н., Колесникова Э.В.

В результате анализа сделаны выводы, что для создания аппаратуры необходимо рассчитать электромагнитные параметры токопроводов на повышенных частотах, определить параметры переходного процесса в токопроводе, рассчитать напряженность магнитного поля над крышкой поврежденного изолятора, а также произвести натурные эксперименты.

Во второй главе диссертации произведен расчет элекзромагнитных параметров комплектных нофазно-экранированных токопроводов, выполнены расчеты переходных процессов в режимах диагностики поврежденных изоляторов.

Расчет удельных электромагнитных параметров на различных частотах производился методом интегральных уравнений, который нашел широкое применение при расчете электромагнитных характеристик массивных проводников сложной конфигурации. При этом сложная конфигурация сечения проводников разбивается на элементы из условия равномерного распределения тока по всему сечению элеме1гта. Применительно к токопроводу необходимо разбить

токопроводящую шину и экран на элементарные проводники с равномерной плотностью тока по сечению на рассчитываемой частоте.

Рассматривается плоскопараллельное поле, когда вектор плотности тока б и векторный магнитный потенциал А имеют только составляющие, направленные вдоль токопровода.

А А = ~/и0 ■ 5 ,

где а - удельная проводимость материала проводника; С,(0 - постоянная, определяемая условием соединения проводников токопровода в режимах диагностики; /=1,2.

Вычисление полного сопротивления токопровода для контура, образованного нитью тока, проходящего через точки М и N. производится с учетом соотношения:

Ф = [А{М^)-А{Ы,1)]-1 .

Учитывая соотношение Е(М,1) = ДЛя отрезка длиной / = 1 и, в

синусоидальном режиме:

и = ]со[А(М)~ + -[<£( АО•

Так как ток / задан, можно вычислить комплексное сопротивление:

где Яо и Ь0 - удельные параметры токопровода с учетом поверхностного эффекта и эффекта близости.

Для реализации метода интегральных уравнений применительно к комплектным токопроводам разработаны алгоритм и программа расчета. Разбиение шины и экрана на элементарные проводники производится автоматически по геометрическим размерам токопровода. Учитывая симметрию токопровода, проводники разбивались по секторам и слоям, причем плотность тока в слое принималась равномерной. Выполнен расчет удельных параметров токопроводов на основе метода интегральных уравнений (рис.1). Для сравнения расчет выполнялся по упрощенным аналитическим выражениям.

Используя рассчитанные удельные параметры токопроводов и решения уравнения распространения электромагнитной волны в длинной линии, выполнены расчеты: напряжения переходного процесса в токопроводе при разряде собственной емкости токопровода на поврежденный изолятор (метод колебательного разряда); тока и напряжения переходного процесса при разряде накопительного конденсатора на поврежденную фазу токопровода (локационный волновой метод, индукционный импульсный метод).

Для расчета напряжения в начале токопровода при разряде собственной емкости на поврежденный изолятор использовалось известное решение уравнения

Результаты расчетов удельных параметров токопроводов.

| 2 осе 04 • о

- Ятп ТЭИ !С-2(У1& 1 ЭК-500 2й'»К, ТЭИ !Ь- 2А'20 ТЭККЕ-24'3 15 КЭТ-200 15.7^/0 «2. ТЭНООС ! 5 75/0.92. КЭТ-ЗС0

15 ?5/0,«25' ТЭН-ЗОТ 21У0 925, ТЭН-800 24'2,5 ТЭН-35/1.Ц

— Ктах ГЭН-35/1.0

5 0ОЕ+О1 2.00Е+02 8.00Е+02 3.20Е+03 1.28Е+01 5.12Е+04 Гц

—Ягпп ТЭН-вОО-24,0/23 О; ТЭН-500 20 /18; КЭТ-300 15.75/10 8. ТЭНП-20Л8.5. КЭТ-500 20/1 В. ТЭКНР-2ПМ2,5. ТЭНЕ-35.'10.0. : ТЭНЕ-20'12,5; ТЗК-20 20/10,6, ТЭН-300 : 20/10,8, ТЭНЕ 20/10,0. ТЭНЕ-20/5,0 ТЭИ- ' 20015,75/9,1, КЭТ-200 15,75/9.1, ГЭКНЕ- ; 20/10,0 ТЭНЕ-20/ Р.тах ТЭК-20 15,75(9,1

2.СОЕ+С2 8,ООс+С2 3.20Е+03 ЪГц

-1 по ТЖНЕ-2(У2,0; ГЗН-З V1,0; |" "ГММОО 24/2,5; ТЭКНБ- 24*2,0; 1 ТЭКЛБ-24/3.15; КЭТ-200 15.75/0.92,: ТЭТ1-200 15,75'С,92. КЭТ-300 15 75, ОЛ'З, ТОН-МО 2й'0 925. -Ыч ТЭН-500 2СИ.8

5,оое+о1 2,00е*02

8.00Е+02 3.20Е+03 Г, Гц

1.28Е+04 5.126+04

-4-1гп»птаКвЮ 20,/18, ТЭН€0&-24,С*23Д КЗТ-500 23/18, ТЖНЕ-гачгг; ТЭТ!-2а'18.5; КЭГ-Э00 15,7310.8. ГИкТСС 2СУЮ.8; "ГЖ-20 20/10.8; ТЭН200 1&7Э9.1; ТЭКНЕ-20/10.0. КЭТ-200 15,75/9,1, ТЭНЕ-ЗЗ/ГОД ТЭНЬ2СУ12,5; ТЭЬС-2010,0; ТЭНЕ-2СУ8,0; ТЭЕ-2СУ5, -•—ЬгтшТЭ-Е-ЗЭЮ.О

1.Й5Е+04 5,12Е*04

Рис.!.

5.00Е+01 2.00Е-К2

>,00Е+О? 3.20Е+03 1.23Е+04 5.12Е+04

I. Гц

Результаты расчетов переходных процессов в токопроводах.

Напряжение в начале токоггровода при разряде собственной емкости.

Ток в начале токопровода при разряде накопительного конденсатора.

5.0ц! 0'" 1.0*10"* 1,5*10" 2 0*10'* 25x10' и сек

2.5*10" 2 0*101 < 1,5x10* 1,0*10"

аналитическое решение , 2, 3- разряд конденсаторе «а токопровод 2» бе» учета соединительных яролозоа. 3-е учетом соединительных проводов

1.5*104 5 0x10*

1, сек

а)

б)

-2*10

Рис.2.

распространения электромагнитной волны в дленной линии, полученное с учетом явления поверхностного эффекта:

Г \

м(г) = ио - 2ЬТ0 ехр(-

160

2М-1

&)

Ы/&I

+ 2и0 ехр(- 3/Д)) ег&

Шп

у V /

9)

+ 2170 ехр(- //?0) ег&

1>3!/3 \

п15п

? ¡1- I/

гжИ9

где Г- время, отсчитываемое с момента пробоя; О'0- напряжение заряда токопровода перед пробоем; Д,, 80- коэффициенты, характеризующие затухание и искажение волны, зависящие от физических параметров токопровода; п =1,3, 5,...;

Г Л

А

-

8

1--

Мо

Ч) V

2 • тс- Х0у

4 =

V 8-л--Х0

и - фазовая скорость волны; I- расстояние до места пробоя;

2 у / \ сг£с(д>) = 1 - /ехр(- / -

Результаты расчета приведены на рис.2,а.

Ток и напряжение в начале токопровода при разряде накопительного конденсатора рассчитаны решением уравнения распространения электромагнитной волны в длинной линии с использованием граничных условий для короткозамкнутой линии и пренебрегая потеряли в токопроводе (полагая 0 и где С0 -

проводимость изоляции).

х = 0, Щ0,р) = ис(р)-,

* = /, Щ1,р) = О,

где / - расстояние от начала токопровода до места повреждения.

и(х, О = с/0 • [/1(0 - /2 (0 + /з (0 - Л (0+- ■ •].

и,

г(х, 0 = ■^ ■■ [Л (0 + /2(0 + /3 (0 + /4 (/)+. - ■]

где

ч

/, (0 = ехр[- a(t - X / 5)] для t>xjS ,

/2 (/) = екр[- а - - (2 - / - х)/5)] для t>(2-l-x)/&,

/3(0 = ехр[- a{t - (2 ■ / - х)/,9)] • [l - 2 • а • (t - (2 ■ / + х)/,9)] для t > (2 • / + х)/9 ,

/4 (О = ехр[- a(t - (4 • / - .v)/,9)] ■ [l - 2 • а • (t - (4 • / - *)/,!?)]

для / > (4 • / - х)/&

и т. д., где а — 1/С0 • Zq , Zo - волновое сопротивление токопровода.

Напряжение и ток в каждой точке токопровода определяются наложением падающих и отраженных волн, появляющихся в различные моменты времени в данной точке. Результаты расчета - зависимость 1 рис.2,б.

"Медленный" процесс, обусловленный колебаниями в контуре .созданном накопителем и эквивалентными параметрами комплектного токопровода, можно рассчитать как переходной процесс в линейном RLC - контуре. Если пренебречь емкостью токопровода и сопротивлением дуги и использовать рассчитанные параметры токопровода, ток разряда будет равен:

= sinK-i),

«о ' Lk

где û)q = 1j^¡Lk • Ck , Ôfc = Rfc /2 • Lk , Rh Lk, Ct - параметры контура. Зависимости 2 и 3 рис.2,6.

По результатам расчета переходного напряжения в начале токопровода при разряде собственной емкости на поврежденный изолятор предложена схема измерения расстояния до места повреждения в токопроводе с отпайкой, когда датчики расположены в трех точках по концам токопровода.

Третья глава посвящена исследованию магнитного поля поврежденного изолятора пофазно-экранированного токопровода. Конструктивно пофазно--экранированные токопроводы представляют собой коаксиальпую систему тонкостенных цилиндров (шина и экран). Для отыскания поврежденного изолятора через токопровод пропускают ток разряда конденсатора и по электромагнитному полю и акустическому проявлению этого тока выявляют место повреждения.

При протекании разрядного тока через поврежденный изолятор источником формирования локального магнитного поля являются, (рис.3):

- разрядный канал в теле поврежденного изолятора, расположенный под отверстием в экране ( внутри люка экрана );

- стопорная шайба - пластина ,по которой ток переходит с поврежденного изолятора на кольцо - люк экрана;

- кольцо - люк экрана, являющееся сборником тока с тела экрана и передающим элементом к стопорной шайбе - пластине.

Расчет магнитного поля тока разрядного каната поврежденного изолятора производился с использованием закона Ампера по формуле Био-Савара

где г - расстояние до точки наблюдения М, - орт расстояния г. Получены

выражения для расчета составляющих напряженности магнитного поля тока разрядного канала на поверхности токопровода:

где у,, у2 - координаты разрядного канала; а - расстояние от центра изолятора до точки М; Ь, с - расстояние от центра изолятора до точки М по осям х, у соответственно.

Расчет магнитного поля тока, протекающего через стопорную шайбу, выполняется для двух основных случаев: упрощенный расчет напряженности магнитного поля в плоскости расположения стопорной шайбы и расчет напряженности магнитного поля в плоскости поверхности люка экрана и крышки изолятора. При расчете магнитного поля в плоскости люка экрана используется векторный магнитный потенциал в точке К4от текущей точки N на линии тока:

В результате получены выражения для расчета составляющих напряженности маппгшого поля тока, протекающего по стопорной шайбе в плоскости люка экрана радиусом К и крышки изолятора (при Ь = хм, Л = у и, с = ¿л/);

+

+

гм 'хм

1-й

2М ' хм

Ом + Ум) ■ лМ/ +г2м + Ум

Из стопорной шайбы ток протекает но фланцу люка экрана, далее по экрану. Фланец люка экрана представляет собой массивное алюминиевое кольцо, вваренное в экран. Ток из фланца растекается по экрану в радиальном направлении, поэтому он не постоянен по кольцу. Примем, что радиальное поле токов равномерно. Тогда на дугах окружности токи во фланце ;Ф (/ь ;2, /3, /4) изменяются по линейному закону. В этом случае можно записать:

г1 =----а

я

1-й

ь 1

(,а-я)

,0 <а<у2,

, •% < а < я-,

я

(а~/г) ,к < а < 1.5- я,

¿4 = ^ '*ьг (а - 2 • я) Д.5-/Т< а < 2- я.

Получено выражение для расчета напряженности магнитного поля токов флашм люка экрана в цилиндрической системе координат с учетом Нг(Ч) = Ну(ду

и/

и - ^ ' иь\ ,

Н у - +

4л-

\р(ац)-аИс1ссм +

+

4 я1

3 ж/ /2

1 Р{аЬ!){аИ-^/2)аам+ \р{ам){аы -2я)с1ам п з п/

где:

Гу-Гм-Гх -СОБ(ам-ссж)

м

2М + гм + Г1 ~ 2 •г

М '¡V

■со&(ам - «у)]

К

Дальнейшее уточнение расчета сводится к представлению токов в люке и тластине в виде не одной оси тока ( как было рассмотрено выше ), а нескольких тиний тока. В этом случае при расчетах следует учесть изменение тока (вместо / будет '/л, где и - число осей тока). Были проделаны расчеты при /7=5. Результаты расчетов 1риведены в табл. 4.5 диссертации, где производится сравнение с результатами, юлученными экспериментально.

Рассчитанные эпюры (рис.4) распределения наибольших составляющих гапряженности магнитного поля показывают, что в области фиксации поля

Расчетное токораспределение в области поврежденного изолятора: фланце люка экрана (/0 ), стопорной шайбе (/,„ ), разрядном канале изолятора (¡и ).

У

Рис.3.

Эпюры распределения наиболышгх составляющих напряженности магни тною поля, создаваемых в плоскости фланца люка экрана элеметггами тока поврежденного

Рис. 4.

( плоскость крышки фланца люка изолятора ) в прямоугольной системе координат существуют все три составляющие магнитного поля. Распределение этих составляющих от указанных элементов тока различно и их наибольшие значения не совпадают. Ток в разрядном канате создает составляющие Н.щ, Н2и, максимумы которых находятся на расстоянии четверти диаметра фланца от его центра по осям X и 2 соответственно. Ток в стопорной шайбе создает составляющие ИУш, Нгш\ максимум первой составляющей находится вблизи центра квадранта, максимум второй - на расстоянии четверти диаметра фланца О от его центра по оси X. Токи в теле фланца, расположенные параллельно плоскости фиксации, создают в основном составляющую Нуф (составляющие НХф, Н2ф пренебрежимо малы, а при Н_\ф= =НгФ=0 ), которая имеет сплошной рельеф распределения с некоторым максимумом в области Ъ^схО.Ю.

При фиксации локального магнитного поля в области поврежденного изолятора магшггоприемник ориентируют на одну из составляющих напряженности поля НХ£ Ну£ Выбор составляющей определяется ее величиной и возможностью

получения достоверной информации при измерениях.

При определении поврежденного изолятора токопровода путем фиксации локального магнитного поля в плоскости крышки фланца люка изолятора наиболее информативной является ориентация магнитоприемника на вертикальную составляющую напряженности поля, которая не зависит от ориентации стопорной шайбы и пути тока в разрядном канале.

Четвертая глава посвящена исследованию электромагнитных характеристик токопроводов в режимах диагностики поврежденных изоляторов. Экспериментальные исследования были направлены на решение следующих задач: I - исследование локального магнитного поля поврежденного изолятора токопровода; 2 - определите электромагнитных характеристик токопроводов ¿о) при разряде на токопровод емкостного накопителя энергии.

Цель экспериментальных исследовании локального магнитного поля - оценка влияния отдельных элементов конструкции опорного изолятора на распределение токов и формирование магнитного поля в области певреждегатого изолятора токопровода. Необходимо также экспериментальным путем проверить результаты расчетов локального магнитного поля поврежденного изолятора, полученных на основе предложенных математических моделей. Оценить ожидаемый максимальный уровень напряженности магнитного поля в области поврежденного изолятора при эазряде емкостного накошиеля энергии. Сформулировать требования к техническим тараметрам аппаратуры для определения дефектных изоляторов на трассе комплектного токопровода.

Цель экспериментальных исследований электромагнитных характеристик чжопроводов - оценка характера переходного процесса при разряде на поврежденную [)азу токопровода емкостного накопителя и проверка результатов расчета удельных гараметров; активного сопротивления - Ед и индуктивности - ¿0. Необходимо [сследовать также частотный спектр разрядного тока и изменение величины шрядного тока в зависимости от емкости конденсаторов накопителя и [ротяженности токопровода до поврежденного изолятора.

При экспериментах производились измерения токов и напряжений в большом диапазоне амплитудных значений 1А - 2000А и 0,3В - 30 кВ, а также в широком спектре частот - до 100 кГц. Применялись измерительные приборы промышленного типа и датчики, устройства специального изготовления. В экспериментах использовался переменный ток в форме непрерывного синусоидального сигнала и периодических затухающих импульсов синусоидальной формы.

В соответствии с поставленными задачами были разработаны и изготовлены физические модели, которые позволили установить основные закономерности формирования и изменения локального магнитного поля в области поврежденного изолятора комплектных токопроводов генераторного напряжения.

Выполнен анализ различных факторов, связанных с формированием магнипюго поля поврежденного изолятора, и определены наиболее существенные из них. Установлено, что схема подключения источника тока и ток в проводящей перемычке между экраном и шиной токопровода не могут оказывать значительного влияния на структуру внешнего магнитного поля дефектного изолятора. При этом одним из определяющих факторов может быть распределение тока в зоне контакта экрана с токопроводящей перемычкой - элементами крепления изолятора.

Исследовалось подтекание тока к перемычке путем ориентации магнитной оси датчика на максимальное и минимальное значение напряженности магнипюго поля. Полученная ориентация направлений подтекания токов относительно цетра перемычки существенно различна, что свидетельствует о неоднородном характере распределения плотности тока в области контакта экрана и перемычки.

Приведены экспериментальные данные и расчетные значения вертикальной составляющей напряженности магнитного ноля над поврежденным изолятором токопровода ТЭНЕ 20/8000. Расчетные значения получены с использованием математической модели узла крепления поврежденного изолятора, учитывающей наличие тока контура замыкания в люке экрана и стопорной шайбе изолятора. Результаты расчета напряженности магнитного поля над крышкой изолятора на расстоянии 10 и 20 мм от оси изолятора отличаются от экспериментальных значений, на 20% и 10% соответственно, что позволяет рекомендовать данную модель для применения в инженерных расчетах при разработке диагностической аппаратуры.

Общая протяженность токопроводов генераторного напряжения при натурных испытаниях составила на ТЭЦ около 325 м. Натурные эксперименты производились на токопроводс фазы А блока № 1. Длина главной цепи токопровода фазы А от генератора до повышающего трансформатора блока - 31,7 м. В главной цепи фазы А установлено 66 изоляторов типа ОФР-20-750 ПУЗ.

Расчетные параметры Ь0. К0 определены для среднего значения частоты принятого частотного диапазона разрядного тока генератора импульсных токов (ГИ Г). Частотный диапазон соответствует предельным режимам: 1 - разряду ГИТ на соединительные проводники; 2 - разряду ГИТ на главную цепь токопровода с отпайкой. Как следует из анализа полученных результатов, экспериментальные и расчетные данные удельных параметров главной цепи токопровода ТЭКН 20/8200 имеют достаточно близкие значения.

Пятая глава посвящена разработке аппаратуры для поиска поврежденных изоляторов комплектных токопроводов. Приведены расчеты, схемы и результаты

испытаний разработанного комплекта аппаратуры, состоящего из испытательно-■измерительного аппарата ИК-10АП2, генератора импульсного тока на базе аппарата Ж-10АП2 и приемников импульсного магнитного поля ПТ-01, ПТ-02, ПТ-03. Структурные схемы разработанной аппаратуры показаны на рис.5, 6.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выполнена классификация применяемых в блоках электрических станций юфазно-экранированных токопроводов но электрическим параметрам (основные юминалъные ток и напряжение), конструктивным параметрам (различные формы :ечения шин, толщина шин и экранов, диаметр шин и экранов), способу охлаждения, :пособу соединения экранов (непрерывный экран и секционированный экран).

2. Сделан анализ повреждаемости токопроводов генераторного напряжения и методов диагностики опорных изоляторов токопроводов, применяемых на практике, выделены основные направления теоретических и экспериментальных исследовании, 1еобходимых для определения параметров создаваемых устройств диагностики: ^следование электромагнитных характеристик токопроводов в диапазоне частот 1-ЮОкГц; исследования локального магнитного поля поврежденного изолятора.

3. Разработаны алгоритмы и программы расчета электромагнитных параметров активного сопротивления и индуктивности - на основе упрощенных аналитических

¡ыражений и методом интегральных уравнений. Показано, что в диапазоне частот от ! кГц до ЮОкГц удельная индуктивность и емкость токопровода практически не вменяются, а удельное активное сопротивление изменяется в несколько раз. Определены вторичные параметры пофазно-экранированных токопроводов - волновое юпротивление, коэффициент распространения, фазовая скорость.

4. На основе рассчитанных распределенных параметров токопроводов ¡сследованы переходные процессы в токопроводе, возникающие при пробое торного изолятора. Расчет производился для двух различных процессов: 1) разряд :обственной емкости токопровода на поврежденный изолятор, что соответствует :пособу определения расстояния до поврежденного изолятора методом ;олебательного разряда: 2) разряд емкости накопительного конденсатора на юврежденную фазу токопровода, что соответствует волновому локационному методу щределения расстояния до поврежденного изолятора и импульсному индукционному ютоду поиска поврежденного изолятора на трассе токопровода. На основе ¡ыполненных расчетов предложен метод определения расстояния до пробоя в окопроводах с отпайкой, основанный на измерении разницы времени прихода волны [апряжения от поврежденного изолятора к трем концам токопровода.

5. Разработаны физические модели и проведены экспериментальные (сследования локального магнитного поля, отражающие путь протекания тока по юврежденному изолятору и элементам конструкции. Установлено, что схема годклгочения источника тока и ток в проводящей перемычке между экраном и шиной окопровода (в поврежденном изоляторе ) не оказывают существешгаго влияния на труктуру внешнего магнитного поля в области дефектного изолятора. Выявлены лементы конструкции, токопровода и узла крепления опорного изолятора,

Структурная схема приемника ПТ-03. МП - магнитоприемник, СВХ - схема выборки и хранения, СК - селектор каналов, АЦП - аналоге цифровой преобразователь, УИ -- устройство индикации, РСЗ - разрешение считывания и записи.

"Сброс"

МП

Ы?

Ш

ь4Е_Рк4

РСЗ

ш

СВХ

СК

АЦП

УИ

1—( Г^ ГГ)

®ь Л_ Л, >»

03

с;

о

с 1 1 1

Л 1_1_1

& о Си 2

§ __ <

и £

« о. ГП

к м» м»

Й

Рис.5.

Структурная схема измерителя расстояния аппарата ИК-10АП2. ВВБ --высоковольтный выпрямительный блок, УО - усилитель ограничитель, ДЧ - делитель частоты, ФБ - формирователь блокировок, ГТ - генератор тактовых импульсов, КЭ -

- ключевой элемент, СИ - счетчик импульсов, ФС - формирователь сброса, УИ -

- устройство индикации.

ГТ

УО

ДЧ

ВВБ

КЭ

ФБ

СИ

Измерение ^

ФС

УИ

и Си СО Г|'

Рие.6.

протекапие тока по которым оказывает существенное влияние на структуру локального магнитного поля поврежденного изолятора.

6. Выполненный анализ токораспределения в области повреждешюго изолятора позволил создать расчетсгую модель распределения напряженности локального магнитного поля дефектного изолятора в виде суммы полей, создаваемых токами, протекающими по поврежденному изолятору, стопорной шайбе и фланцу люка экрана. Оценен вклада отдельных составляющих в суммарную напряженность магнитного поля над крышкой опорного изолятора. Полученные закономерности распределения магнитного поля учтены при построении магнитоприемников, используемых для диагностики состояния изолятора.

7. Эксперименты на секции серийного генераторного токопровода подтвердили расчетные значения напряженности локального магнитного поля над поврежденным изолятором. Полученный экспериментальным путем рельеф Ну составляющей напряженности магнитного поля совпадает с расчетным, что подтверждает достоверность полученных расчетных выражений. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 20%.

8. Натурные испытания на реальном токопроводе подтвердили результаты расчета переходных процессов в токопроводе при разряде в поврежденном изоляторе. Осциллограммы получены для основных диагностических режимов: разряд накопительного конденсатора на токопровод - определение расстояния до повреждешюго изолятора волновым локационным методом; разряд накопительного конденсатора через дроссель на токопровод - поиск поврежденного изолятора импульсным индукционным методом; разряд собственной емкости токопровода на поврежденный изолятор - определение расстояния до поврежденного изолятора методом колебательного разряда.

9. Предложена методика экспериментального определения индуктивности и активного сопротивления комплектных генераторных токопроводов на основе обработки осциллограмм разрядного тока накопителя. По полученным осциллограммам рассчитаны удельные параметры токопровода /?о, 1$. Экспериментальные и расчетные данные удельных электромагнитных параметров -10 Ло токопровода ТЭКН 20/8000 имеют достаточно близкие значения, что подтверждает достоверность разработанных алгоритмов расчета параметров комплектных генераторных токопроводов на основе методов интегральных уравнений I аналитических выражений. По результатам теоретических и экспериментальных гссдедований разработан комплект аппаратуры, позволяющий в два этапа определять товрежденный изолятор комплектного токопровода генераторного напряжения. Первый этап - определение зоны повреждения - методом колебательного разряда. Зторой этап - определение поврежденного изолятора на трассе токопровода шпульсно - индукционным методом.

10. Дчя поиска поврежденных изоляторов разработан испытательно-измерительный аппарат, позволяющий дополнительно испытывать токопровод ювыгпенным напряжением постоянного тока с контролем тока утечки, определять >асстояние до поврежденного изолятора в момент пробоя, заряжать накопительный .онденсатор. Предложена конструкция выпрямительного устройства, совмещенного с высоковольтным емкостным делителем напряжения, и реализована схема измерителя

расстояния до поврежденного изолятора по периоду колебаний волнового процесса в токопроводе. Опытный образец аппарата передан в эксплуатацию.

11 .Определены требования и разработана схема генератора импульсных токов, используемого при индукционно - импульсном методе поиска дефектных изоляторов на трассе токопровода. Разработаны приемники для определения поврежденного изолятора комплектного токопровода генераторного напряжения при импульсных разрядах. Генератор импульсных токов и индукционные приемники прошли натурные испытания на действующем токопроводе при поиске поврежденного изолятора, которые подтвердили их работоспособность. Два приемника переданы эксплуатацию.

Работа выполнена при научной консультации Быкадорова В.Ф.- кандидата технических наук, доцента.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Быкадоров В.Ф., Шевченко A.B., Климентьев A.M. Оперативное выявление поврежденного участка в сети магистральных шинопроводов. Проблемы безопасного и надежного электроснабжения: Тез. докл. конф., Севастополь, 1988. -С.9-10.

2. Платонов В.В., Быкадоров В.Ф., Пирожник A.A., Климентьев A.M. Выделение информационных сигналов о месте повреждения кабельной линии на основе соосно-дифференциатьных магнитоприемников. Изв. вузов. Электромеханика.

- 1990. -№ 11.-С.31-36.

3. Быкадоров В.Ф., Шевченко A.B., Климентьев A.M. Диагностика повреждений комплектных токопроводов высокого напряжения в условиях эксплуатации. Надежность систем энергетики: Межвуз. сб./ Новочерк. политехи, ин-т.

- Новочеркасск, 1990. - С. 138 - 139.

4. Климентьев A.M., Платонов В.В., Быкадоров В.Ф., Пирожник A.A. Магнитоприемник для обнаружения места замыкания на оболочку электрического кабеля. A.C. 1644053 СССР МКИ 5G01R 33/00. - Заявл. 4.04.89; Опубл. 23.04. 91, Бюл. №15.

5. Климентьев A.M. Магнитоприемник для определения поврежденного изолятора комплектного токопровода. Изв. вузов. Электромеханика. - 1992. - № 6. -С.91.

6. Климентьев A.M., Тютин А. В., Березкин Е.Д. Электромагнитные параметры комплектных генераторных токопроводов на повышенных частотах. (Тез. докл.) Изв. вузов. Электромеханика,-1992.-№6.-С.88.' _

7. Платонов В.В., Быкадоров В.Ф., Климентьев A.M. Экспериментальные исследования локального магнитного поля поврежденного изолятора комплектного токопровода. (Тез. докл.) Изв. вузов. Электромеханика.-1992.-№6.-С.88.

8. Климентьев A.M., Выбор параметров магнитоприемников для определения поврежденных изоляторов комплектных токопроводов. (Тез. докл.) Изв. вузов. Электромеханика.-1992.-Лг°6.-С.94.

9. Платонов В.В., Быкадоров В.Ф., Пирожник A.A., Климентьев A.M. Переносной испытальный аппарат ИК-10АП. Информ. лист. / Ростовск. ЦНТИ,-Ростов н/Д.,1993.-№ 334-93.-4 С.

10. Быкадоров В.Ф., Хлебников С.Д., Климентьев A.M. Расчет внешнего магнитного поля, обусловленного неоднородностью токораспределения у