В. П. Вдовико, ООО «ЭМА», г. Новосибирск,
E-mail: vvp@ema.ru , тел./факс (383)-220-91-34

Проблема аварийности высоковольтного оборудования и экономическая потребность в фактическом продлении эксплуатационного ресурса большого парка электроэнергетического оборудования приводят к необходимости ускоренного внедрения эффективных методов диагностики кабелей и оборудования. Создание и внедрение эффективного диагностирования может не только повысить эксплуатационную надежность оборудования, но и уменьшить материальные затраты на обслуживание и испытания.

За последние 20 лет происходило постепенное изменение стратегии диагностирования оборудования: обоснование неэффективности регламентных испытаний и переход от концепции регламентных испытаний к концепции испытания оборудования по его техническому состоянию. Одновременно решалась задача создания системы диагностирования в режиме автоматического (автоматизированного) мониторинга параметров оборудования под рабочим напряжением («on-line»). Для обеспечения диагностики кабелей и оборудования под рабочим напряжением разрабатывались соответствующие методы и реализующие их технические средства. К таким методам, прежде всего, следует отнести методы регистрации частичных разрядов (ЧР), позволяющие обнаруживать локальные быстроразвивающиеся дефекты.

В связи с тем, что электроизоляционная система высоковольтного оборудования в основном определяет его эксплуатационную надежность, тщательному диагностированию этой системы уделяют особое внимание. В диагностировании электрической изоляции особая роль отводится методу регистрации частичных разрядов, как наиболее эффективному в выявлении локальных дефектов. По существу, метод регистрации частичных разрядов является единственным, позволяющим в темпе процесса разрушения изоляции обнаруживать развивающиеся локальные дефекты.

Использование характеристик частичных разрядов в качестве диагностических параметров оборудования прежде всего требует применения наиболее информативных характеристик.

В течение 30 лет в качестве характеристики частичных разрядов, используемой как критерий качества изоляции на заводах при испытании изготавливаемого оборудования, например, трансформаторы, является кажущийся заряд ЧР q [1]. Разработанный ГОСТ 20 074 – 83 создал основу для унификации схем измерения ЧР, рекомендовал комплекс характеристик ЧР, позволяющих более полно представить процесс ЧР [2]. Детальные требования к схемам регистрации, измерительным средствам и методике испытаний оборудования  с  измерением  ЧР  представлены  в  Международном  Стандарте  IEC 60 270  [3]. Что  касается  нормативов  при  использовании  характеристик,  то  установление  норм  оставлено  на  компетенцию  производителей  оборудования  и  их  заказчиков,  которые  должны  устанавливать  их  в  технических  условиях  или  технических  требованиях  на  конкретные  виды  оборудования. Это  нашло  отражение  в  соответствующих  стандартах  [4 - 7].

Применение  нормированной  характеристики  частичных разрядов  в  виде  кажущегося  заряда  в  начале  ее  введения  привело  к  различному  толкованию  полученных  результатов. Это  объяснялось  возможностью  одинаковой  оценки  единичного  импульса  ЧР  и  их  множества.  В  нормативно-технических  документах  это  обстоятельство  никак  не  учитывалось.  В  последние  годы  в  изменениях  ряда  ГОСТ  и  в  IEC 60 270, редакция  3,  было  введено  уточнение  этого  термина  в  виде  «неоднократно  встречающихся  значений»,  оставляя  на  усмотрение  испытателей  количественную  оценку  этой  характеристики.

Впервые  количественная  оценка  неоднократно  встречающихся  значений  кажущегося  заряда  была  предложена  в  Сибирском  НИИ  энергетики  в  90-х  годах  и  реализована  аппаратными  средствами  при  мониторинге  ЧР  в  трансформаторах  500 кВ  [6].  Количественно неоднократность оценивается   коэффициентом  регулярности  ЧР  R, представляемым  как  отношение  числа  периодов,  в  которых  возникают  ЧР  определенных  кажущихся  зарядов  q, к  общему  числу  периодов  измерения.  

На  рис. 1  представлена  зависимость  q(R),  полученная  при  испытании  дефектного  керамического  конденсатора  К15.  


Рис. 1.   Зависимость  максимального  значения  заряда  q   от  коэффициента  регулярности  R,
полученная  по  результатам испытания  конденсатора  К15  при  испытательном напряжении  40  кВ. 

На  рис. 2  показаны  некоторые  результаты  измерения  ЧР,  имеющих  различные  распределения  R  по  кажущемуся  заряду q,   R(q). Как  видно  из  приведенных  на    рис. 1  и  2  данных    максимальные    значения    кажущихся

А -  двигатель, 4 МВт, 11 кВ;  Б -  двигатель, 0,6 МВт, 11 кВ. 1, 2, 3 – результаты  измерения  ЧР  в  изоляции  статорных  обмоток  фаз  А, В, С.
Рис. 1.   Зависимость  R(q)  кажущихся  зарядов  ЧР  в  изоляции статорных  обмоток.
 

зарядов   единичного  ЧР  и  повторяющихся  ЧР  в  каждом  периоде  могут  отличаться  в  5  раз. 

На  рис. 2  представлены  аналогичные  характеристики,  полученные  при  испытаниях  силовых  трансформаторов. 
 

Рис. 2  Зависимость  R(q)  кажущихся  зарядов    развивающихся  (А)  и  слабо развивающихся  (Б)  ЧР  в  изоляции  автотрансформаторов  220/110 кВ.

Для  объективной  оценки  неоднократно  возникающих  ЧР  можно  устанавливать  определенные  значения  R.  Так,  например,  при  испытании  трансформаторного  оборудования  220 – 500 кВ  было  принято  значение  R,  равное  0,5 (50%).

Если  при  оценке  качества  изоляции  оборудования,  изготавливаемого  на  заводе,  использование  одной  характеристики  ЧР  кажущегося  заряда  q  может  быть  обосновано  только  лишь  тем,  что  необходимо  установить   сам факт  отсутствия  ЧР малых  значений  q,  то  при  определении  степени  опасности  ЧР  во  время  диагностирования  оборудования  в  условиях  его  эксплуатации  этого  явно  недостаточно.  Согласно  рекомендациям  ГОСТ 20 074 – 83  и  Стандарта  IEC 60 270  ЧР  описываются  комплексом  характеристик,  в  том  числе  и  средним  током  ЧР  I.  Характеристика  средний  ток I является  интегральной  характеристикой  и  выражается  в  виде  суммы  кажущихся  зарядов  ЧР,  деленной  на  время  измерения  tизм,

                                        I = (qО + q1 +…+ qk) / tизм .

В  этой  характеристике  присутствует  уже  множество  разрядов,  которое  связано  с  числом  сигналов  ЧР.

Следовательно,  использование  максимального  значения  кажущегося  заряда  неоднократно  возникающих  ЧР  QR  с  характеристикой  среднего  тока  I  позволяет  более  объективно  оценивать  интенсивность  разрушающего  действия  ЧР.

Использование  числа  ЧР  N  в  виде  зависимости  N(q)  позволяет  наглядно  сравнивать  по  этой  характеристике  степень  опасности  ЧР  в  различных  объектах  контроля   или  отслеживать  динамику  процесса  ЧР.

На  рис. 3  представлена  характеристика   N(q),  иллюстрирующая  одновременно  и  максимальные  значения  кажущегося  заряда  ЧР.
 

Рис. 3  Характерная  зависимость  N(QR)  трансформаторного  оборудования  с  развивающимся  дефектом,  R = 0,5.

Здесь  и  ниже  значения  QR  представлены  в  сгруппированном  виде;    каждая  точка  кривых  на  графиках представляет  собой  обобщенный  результат  из  200  значений;  каждое  измерение  производится  в  течение 10 мкс.

На  рис. 4  представлены  зависимости  N(q),  полученные  при испытании изоляции  статорных  обмоток  двигателя  мощностью  4 МВт  11  кВ.

Определенный  интерес  представляют  фазовые  характеристики  частичных разрядов,  представляющие  собой  распределение  максимальных  значений  кажущихся  зарядов,  измеренных  в  момент их  образования,  по  фазе  в  периоде  воздействующего  напряжения  QR(φ ), рис. 5. 

На  основании  представленных  характеристик  возможен  поиск  моделей  видов  дефектов.  Этот  метод  находит  применение  при  диагностировании  различного  вида  оборудования  [8, 9  и  др.]. 

Рис.4   Зависимости  N(QR)  изоляции  статорных  обмоток  различных  фаз
двигателя  мощностью  4 МВт  11  кВ;  R = 0,5.
 

Рис. 5. Фазовые  характеристики  ЧР  в  изоляции  автотрансформа-тора  220 кВ  (предположите-льно с  дефектами  во  вводах  ВН).

Определенный  интерес  представляет  динамика  развития  интенсивности  частичных разрядов,  например,  QR  (R=0,5)  от  времени,  при  длительном  воздействии  на  изоляцию  рабочего  напряжения.  На  рис. 6  представлены  зависимости        QR(t),  полученные  при   диагностировании  изоляции  генератора.

Рис. 6. Изменение  максимального  значения  кажущегося  заряда  QR неоднократно  возникаю-щих  ЧР  (R = 0,5) в  изоляции статорных обмоток генератора  50 МВт  напряжением  11 кВ  при  его  эксплуатации  (фазы  А, В, С).

Поиск  дефектов  является  одной  из  важнейших  задач  технического  диагностирования.  В  большинстве  случаев  эта  задача  решается  с  помощью   моделей  дефектов.  Формализованное  описание  дефектов  в  виде  их  моделей      возможно  с  помощью  множества  параметров,  в  том  числе  и  характеристик  частичных разрядов.  Естественно,  применяемые  для  этого  характеристики  ЧР  должны  быть,  во-первых,  получены  экспериментальным  путем  и,  во-вторых,  обработаны  с  помощью  специального  программного  обеспечения  для  получения  расчетных  значений.  Накопление  экспериментальных  данных  является  достаточно  трудоемкой  задачей.  Как  правило,  такие  данные  далеко  не  всегда  являются  полными  и  поэтому  полученные  с  их  помощью  модели  и  оценка  вида  дефекта  являются  вероятностными.


По всем интересующим вас вопросам, просим обращаться к ведущему эксперту ООО «ЭМА»,- Василию Павловичу Вдовико.