Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная

Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ЛЕКЦИЯ № 2 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ (ЭО)

Учебные цели 1. Знать основные положения методологии диагностики ЭО. 2. Знать диагностические признаки ЭО. 3. Знать методы контроля работоспособности ЭО.

Учебные вопросы Введение 1. Методология диагностики ЭО. 2. Диагностические признаки ЭО. 3. Методы контроля работоспособности ЭО. Заключение

Список рекомендуемой литературы 1. Хорольский В. Я. Эксплуатация электрооборудования: Учебное пособие/В. Я. Хорольский, М. А. Таранов, В. Н. Таранов; Ст. ГАУ. - Ставрополь: АГРУС, 2010. - 240 с. 2. Калявин В. П. , Рыбаков Л. М. Надежность и диагностика элементов электроустановок: Учебное пособие. – СПб: Элмор, 2009. – 336 с. 3. Гуменюк В. М. Надежность и диагностика электротехнических систем: Учебное пособие. Владивосток: ДГТУ, 2010. – 218 с.

Введение Общим понятием диагностики ЭО является работоспособность. Обозначение класса состояний объекта диагноза (ОД), находясь в котором электроустановка (ЭУ) выполняет свойственную ей работу. Работоспособное состояние-состояние при котором значения всех диагностических признаков соответствуют установленным требованиям. В результате, оборудование ЭУ функционирует штатно и образует область работоспособности (ОР).

Неработоспособное состояние – состояние, при котором значение хотя бы одного диагностического признака, характеризующего выполнение заданной функции, не соответствует установленным требованиям. Если ОД неработоспособен и выполняет часть функций, то он функционирует не штатно.

1. Методология диагностики ЭО. В основу методологии диагностики электроэнергетического оборудования ЭУ положены следующие исходные положения. 1. Допущение о том, что объект (ЭУ) может находиться в конечном множестве состояний S, которое определяется ограниченными возможностями измерительных средств (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема конечности множества состояний объекта диагноза

В множестве S выделим два непересекающихся подмножества: S р- подмножество работоспособных состояний; S н - подмножество неработоспособных состояний. Подмножество Sр = {Si }, i = 1, … n включает все состояния, которые позволяют ОД выполнить возложенные на него функции т. е. когда ОД работоспособен.

Состояние ЭУ оценивается путем измерения и контроля параметров . Рисунок 2 – Временные зависимости множеств работоспособных и неработоспособных состояний ЭУ

Подмножество S н = {S j}, j = 1, …n включает состояния с возникновением в объекте дефектов, приводящих к потере его работоспособности. Мощность подмножества определяется количеством различимых дефектов или глубиной поиска дефектов. При допусковом контроле работоспособности i=1, j=1. Если дается заключение «не годен меньше – годен - не годен больше» i=1, j=2.

2. Решение задач по оценке состояния объекта (ЭУ) сводится к анализу множества S, если нет информации о состоянии ОД; подмножества S р или S н , если есть информация о состоянии ОД. При контроле работоспособности проверяются условия работоспособности и полученные результаты относят к одному из подмножеств S р или S н.

В случае резкого снижения запаса работоспособности поиск дефекта возможен в подмножестве работоспособных состояний S р. Необходимость поиска дефектов определяется ремонтопригодностью объекта и требованием минимизации времени его технического обслуживания и восстановления.

3. Возникновение в объекте (ЭУ) дефекта не означает, что он неработоспособен. Появление дефекта приводит к тому, что объект из одного состояния Sk переходит в другое состояние Si, а условия работоспособности не нарушены. Это происходит в том случае, когда Si и Sk, относятся к подмножеству состояний Sр (в случае резервирования). Таким образом, работоспособный объект может иметь дефект, так же, как и неработоспособный.

4. В процессе диагностирования участвуют объект диагностирования (ОД), средства технического диагностирования (СТД) и человек оператор (ЧО). Их совокупность образует систему диагностирования ЭУ (рисунок 3).

Рисунок 3 – Структурная схема системы диагностирования ЭУ

Таким образом, рассмотренные положения являются основой, позволяющей создавать системы диагностирования различных объектов. При этом объект (ЭУ) должен иметь диагностическое обеспечение - комплекс диагностических признаков, алгоритмы и средства, необходимые для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла электроустановки.

2. Диагностические признаки ЭО. В процессе длительной эксплуатации ЭУ восстанавливаемые не восстанавливаемые элементы ЭО подвергаются старению (деструкции), что приводит к изменению ряда физических свойств или признаков. Рассмотрим взаимосвязь основных диагностических признаков и дефектов, возникающих в элементах ЭО.

Увлажнение или старение изоляции ЭО вызывает снижение электрической и механической прочности, возрастание тока утечки, рост тангенса угла диэлектрических потерь, диэлектрической проницаемости и емкости, что приводит к перегреву в зоне локального дефекта и дальнейшему старению изоляции с последующим ее разрушением.

Появление местных дефектов в изоляции силовых трансформаторов, РУ и изоляции ЛЭП (выше 1000 В) вызывает: появление электромагнитных и акустических сигналов; переходных процессов (появление разрядных явлений в дефектном изоляторе ЭО); изменение распределения напряжения на изоляционных элементах (перегрев первого и последнего изолятора).

При перегреве частей, контактов элементов ЭУ наблюдается инфракрасное излучение, а при перегревах изоляционных материалов маслонаполненных ЭО (силовых трансформаторов, масляных выключателей) появляются механические примеси в масле, растворенные в масле газы СО 2, С 2 Н 4, С 2 Н 6, Н, N, изменяются их физикохимические свойства.

При обрыве провода ЛЭП 10 -35 к. В и при их замыкании на землю изменяется спектральный состав токов и напряжений, появляются гармоники нулевой и обратной последовательности. Одновременно в широком диапазоне частот возникают сильные помехи в ЛЭП. Рассмотрим диагностические признаки ЭУ и элементов СЭС при различных видах дефектов, появляющихся в ЭУ.

3. Методы контроля работоспособности ЭО. Метод контроля диэлектрических потерь. Диэлектрические потери (ДП) в ЭО, обусловлены двумя процессами: проводимости и поляризации, развивающейся с задержкой во времени. Любая поляризация, развивающаяся с задержкой во времени, связана с ДП, даже если отсутствуют токи приводимости. Рассмотрим диаграммы токов и напряжений в диэлектрике (рисунок 5).

Рисунок 5 - Векторные диаграммы токов в диэлектрике при переменном напряжении: полная (а); упрощенная (б)

На рисунке 5, а показана векторная диаграмма токов приложении к диэлектрику напряжения переменного тока. Общий ток в диэлектрике I 0 б образуется из двух составляющих - Iр реактивной, опережающей вектор приложенного напряжения на 90° и активной составляющей тока Iа = Iptgδ , где Iр = Iр. абс + Iсм; Ip абс - реактивный ток абсорбции, Iсм - ток смещения, сопутствующий электронной поляризации, т. е. мгновенный.

Iа = Iабс + Iпр , Iабс - активный ток абсорбции, Iпр- ток электрической проводимости. Вектор Iоб опережает вектор U на угол сдвига фаз φ. Угол, дополняющий его до 90°, - угол диэлектрических потерь δ. Отношение Ia/Iр = tgδ. Проконтролировать изменение диагностического признака tgδ можно через мощность потерь в диэлектрике (рисунок 5, б): РД =Iр. U tgδ =ώс. U 2 tgδ, где Iр - емкостной ток через диэлектрик; U- напряжение, приложенное к диэлектрику.

Выражение удобно тем, что, входящие в него величины (емкость С, и тангенс угла диэлектрических потерь), достаточно измеряют с помощью моста Шеринга. Величина tgδ является важным показателем работоспособности диэлектрика. Повышенное значение tgδ свидетельствует об увлажнении, загрязнении и неоднородности изоляции. Таким образом, измерением tgδ выявляются не все дефекты, приводящие к отказу ЭУ, т. е. достоверность диагноза состояния изоляции электрооборудования недостаточная.

Емкостной метод контроля работоспособности Другим важным показателем диэлектрика является изменение емкостных характеристик, по которым определяется состояние изоляции. Измерение емкости изоляции позволяет обнаружить и местные дефекты. Степень выявления дефектов зависит от соотношения между поврежденной и неповрежденной частями изоляции ЭУ. Рассмотрим схему замещения и векторную диаграмму изоляции с дефектом (рисунок 6).

На рис. 6, а приведена схема замещения ЭО с местным дефектом изоляции, развивающегося в объеме, между обкладками, т. е. емкости Сд объема дефектной изоляции, шунтированной сопротивлением R, и емкости Со остальной изоляции. Сопротивление R характеризует ДП в дефектной изоляции.

Изменение тока ∆I через изоляцию (рисунок 6, б) из-за дефекта, определяется изменением комплексной проводимости изоляции ∆I=I-Iо=U(Y-Yо) = U ∆ Yд , где I - ток через изоляцию с дефектом; Iо - ток через неповрежденную изоляцию; U - напряжение, приложенное к изоляции; Y, Yо - проводимости схемы замещения изоляции элемента с дефектом и не поврежденной части соответственно; ∆Y - изменение проводимости схемы, связанное с дефектом.

Метод контроля характеристик частичных разрядов Частичным разрядом (ЧР) называется разряд в изоляции под действием приложенного напряжения, перекрывающий только часть изоляционного промежутка между электродами. Участок, шунтируемый частичным разрядом, может примыкать к одному из электродов. Частичный разряд возникает либо на участке с пониженной электрической прочностью в воздушном или газовом включении, либо в зоне повышенной напряженности электрического поля.

Наибольшую опасность представляют ЧР в газовых включениях, которые возникают при меньших напряжениях, чем в жидких диэлектриках или твердых компонентов внутренней изоляции. Схема замещения изоляции, в которой происходят частичные разряды, представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Схема замещения частичных разрядов в электрооборудовании

Здесь возникновение ЧР на участке КД аналогично пробою искрового промежутка между его концами. На рисунке 9 приняты обозначения: C 1, - емкость участка, шунтируемого ЧР; С 2 - емкость неповрежденного участка, включенного последовательно С 1; Со - емкость оставшейся части изоляции; R - сопротивление канала разряда, в котором рассеивается энергия.

К количественным характеристикам ЧР относится его интенсивность. Единичный частичный разряд оценивается зарядом импульса ЧР и его энергией W, а характеристикой серии последовательных импульсов ЧР служит средняя частота f следования импульсов и средний ток IЧР. Для оценивания интенсивности ЧР можно использовать мощность Р разрядов, квадратичный параметр Д и суммарный заряд Q за интервал времени Т. Характеристикой, измеряемой при определении интенсивности ЧР, является кажущийся заряд импульса.

Акустический метод основан на регистрации нарушений в работе изоляции и других элементов ЭУ высокого напряжения, с возникновением акустической эмиссии или изменением интенсивности акустических сигналов относительно излучаемых нормально работающей ЭУ. Прием, обработка, сравнение акустических излучений с предыдущими измерениями входят в сущность акустического метода контроля состояния изоляции. Для выявления дефектов в изоляции ЭУ применяют активный акустический метод ультразвуковую дефектоскопию.

Достоинства акустических методов: диагностирование ведется при работе ЭУ под высоким напряжением; отсутствие гальванической связи между источником излучения и приемником обеспечивает высокую защищенность от электромагнитных помех и повышает безопасность работы оператора. Современные измерительно-вычислительные комплексы позволяют устанавливать связь параметров акустических сигналов с характеристиками ЧР.

Выводы.