Система контроля состояния высоковольтной изоляции оборудования под рабочим напряжением по характеристикам частичных разрядов СКИ-2

(краткое техническое описание)

  1. Назначение: Система предназначена для контроля состояния высоковольтной изоляции силового оборудования под рабочим напряжением в реальных эксплуатационных условиях силовых подстанций. Система позволяет обнаруживать дефекты изоляции на самой ранней стадии их развития, определять тип дефекта, его положение и степень опасности.
  2. Область применения - контроль изоляции высоковольтного оборудования с элегазовой, масляной и твердотельной изоляцией, в т.ч. КРУЭ, силовых и измерительных трансформаторов, трансформаторов тока, высоковольтных вводов, кабелей и т.д.
  3. Принцип работы - измерение электрических, акустических и электромагнитных сигналов от частичных разрядов (ЧР) возникающих при появлении дефекта в изоляции контролируемого оборудования.
  4. Состав и структура: СКИ-2 - это компьютерная система сбора и обработки информации поступающей от электрических, акустических и электромагнитных датчиков ЧР размещенных на контролируемом объекте. Длина соединительных кабелей (датчик - компьютер) - до 100 м. В минимальном комплекте поставки количество подключаемых датчиков электрического и электромагнитного каналов - до 12 (параллельная регистрация), акустических датчиков - до 7 (мультиплексор). Система работает в реальном времени и обеспечивает оперативный вывод получаемой информации на экран компьютера, накопление информации и запись ее на жесткие диски. Она может подключаться к компьютерной сети. Внешний вид базового комплекта приведен на рис.1.
  5. Режим функционирования - периодический контроль или непрерывный мониторинг (для ответственных или предаварийных объектов) оборудования.
  6. Основные характеристики системы СКИ-2 и ее отличия от существующих
    1. Базовые отличия
      1. Наличие трех каналов регистрации сигналов ЧР (электрического, электромагнитного и акустического) обеспечивает надежное обнаружение дефектов изоляции.
      2. Используемые современные статистические методы накопления и обработки информации, поступающей от датчиков всех типов, позволяют не только надежно регистрировать слабые сигналы от ЧР на фоне помех и редкие сигналы от дефектов, имеющих нестабильный характер горения, но и определять место расположения и тип дефекта изоляции.
    2. Датчики электрических сигналов ЧР
      1. Датчики электрических сигналов ЧР представляют собой высокочастотные трансформаторы тока и надеваются на провода заземления контролируемых объектов (заземление ПИНов вводов, баков, экранов и т.д.).
      2. Датчики электрических сигналов ЧР работают в расширенном частотном диапазоне 1 - 50 МГц и имеют сменный помехозащитный фильтр. Это обеспечивает существенно лучшее, по сравнению со стандартными измерителями ЧР (полоса частот до 1 МГц), подавление промышленных помех и измерение ЧР с малыми зарядами в реальных полевых условиях на действующих РУ.
      3. Высокая чувствительность датчиков электрических сигналов ЧР позволяет работать с емкостью связи от нескольких пикофарад. Это дает возможность использовать в качестве конденсаторов связи паразитные емкости элементов оборудования и обойтись без стандартных конденсаторов связи. Так, например, для контроля изоляции КРУЭ используется датчик, надетый на провод заземления экрана измерительного трансформатора напряжения. При этом минимальный регистрируемый заряд ЧР - менее 1 пКл.
      4. Датчики электрических сигналов ЧР имеют дополнительный вход, позволяющий подключать датчики электромагнитных сигналов ЧР любого диапазона частот вплоть до СВЧ (несколько ГГц) (Рис. 4).
    3. Акустические датчики
      1. Используемые в системе пьезоэлектрические датчики П-113 имеют полосу частот 20-200 кГц с основными резонансными частотами 110 и 200 кГц.
      2. Система позволяет использовать акустические датчики практически любых типов (РЧР, датчики, применяемые СКТБ ВКТ Мосэнерго, и т.д.) и диапазонов частот (10 - 300 кГц).
    4. Электромагнитные датчики
      1. Электромагнитные датчики ЧР представляют собой отдельные блоки, подключаемые к дополнительному входу датчика электрических сигналов ЧР. Входной частотный диапазон определяется типом блока (сейчас есть блок 400 - 800 МГц, планируется 900 - 2200 МГц), выходная полоса частот - до 50 МГц.
      2. При работе с узконаправленными антеннами, датчики позволяют проводить дистанционный контроль высоковольтных вводов, изоляторов и т.д.
    5. В состав системы входят калибровочные генераторы электрического и акустического сигналов, позволяющие надежно контролировать работу датчиков и проводить их градуировку.
    6. Методы сбора и обработки информации
      1. Система обеспечивает амплитудный и фазовый анализ сигналов ЧР с высоким разрешением.
      2. В отличие от стандартных измерителей сигналов ЧР (МТЕ-3 и т.д.) работающих с одиночными выборками, СКИ-2 обеспечивает статистическое накопление данных в течение заданного интервала времени синхронно с сетевым напряжением. Это позволяет:
        • Измерять амплитудно-фазовое распределение небольших сигналов ЧР (порядка 100 пКл) на фоне мощных сигналов короны достигающей в реальных условиях нескольких нанокулон (Рис.2.).
        • Регистрировать очень слабые акустические сигналы, амплитуда которых в несколько раз меньше собственных шумов предусилителя.
        • Измерять редкие сигналы ЧР, возникающие один раз за несколько сотен периодов сетевого напряжения (Рис. 3.).
        • Вычитать сигналы внешних помех и наводок.
      3. Программное обеспечение позволяет использовать разнообразные способы представления получаемой информации, в том числе амплитудно-фазовые диаграммы и трехмерные графики, наиболее полно отражающие амплитудно-фазовое распределение сигналов ЧР.
    7. Благодаря одновременной регистрации акустических и электрических сигналов система позволяет не только определить наличие дефекта изоляции, но и произвести его локализацию.
    8. Система способна работать в режиме непрерывного, полностью автоматического мониторинга с периодической записью получаемой информации на диск или передачей ее в линию связи.
  7. Эксплуатация СКИ-2. К настоящему времени в эксплуатации находится три системы этого класса. Первая система установлена на КРУЭ 34 подстанции и работает в режиме непрерывного автоматического мониторинга около двух лет, вторая находится на испытательном стенде завода Электроаппарат (элегазовое оборудование - ТГФ-110) и третья около года используется в НПО "Электрум" как переносная диагностическая система для контроля силового оборудования (на ПС "Ленэнерго", "Владимирэнерго", МЭС "Северо-Запада", испытательных стендах НИИПТ и т.д.). Внешний вид системы и некоторые результаты, полученные при эксплуатации СКИ-2, приведены на рисунках 1-4.
ICS2.jpg (41188 bytes)

Рис. 1. СКИ-2 с тремя электрическими датчиками и кросс-блоком (минимальный комплект поставки)

 

Ris2ICS.gif (34323 bytes)

Рис. 2. Несмотря на сильную корону, достигающую 3.5 нКл (фаза 900) и сильные помехи (сигналы в зоне 1 - 2.5 нКл), хорошо видно наличие интенсивных сигналов ЧР с зарядом 200 пКл (фаза 250о).

 

Ris3ICS.gif (42491 bytes)
Рис. 3. При наличии интенсивной положительной и отрицательной корон (до 5 имп./интервал) хорошо видны сигналы ЧР (фаза 180о, пороги 1-3.5 нКл) с интенсивностью менее 0,01 имп./интервал (шкала логарифмическая).

 

Ris4ICS.gif (37568 bytes)
Рис. 4. Сигналы ЧР трансформатора тока ТФРМ330 (при напряжении 250 кВ) полученные одновременно по двум электрическим каналам с низкой (A) и высокой (B) чувствительностями и с электромагнитного канала настроенного на частоту 800 МГц (С). Хорошо видно сильное подавление сигналов положительной и отрицательной корон (фазы 900 и -900) в электромагнитном канале по сравнению с электрическими каналами. Измерения электромагнитного сигнала проводились с помощью узконаправленной антенны с расстояния около 5 м. На рисунке D приведено напряжение на объекте контроля.

 

НПО ГАММА: 194021, Россия, Санкт-Петербург, п/я 123, Беляевский О.А.,

тел/факс: (812) 536-98-59, email: "rudy@s-and-b.ru"