Диагностика средств защиты от перенапряжений электроэнергетических объектов приборами инфракрасной техники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Осотов, Алексей Вадимович

• Осотов, Алексей Вадимович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Осотов, Алексей Вадимович

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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диагностика средств защиты от перенапряжений электроэнергетических объектов приборами инфракрасной техники»

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.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Осотов, Алексей Вадимович

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Осотов, Алексей Вадимович, 2000 год

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.