Метод и измерительная система оценки состояния высоковольтных изоляторов на основе анализа частичных разрядов

• Автор: Федоров, Геннадий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 111 с.

Глава 1. Общая концепция неразрушающего контроля диэлектрических материалов, находящихся под высоким напряжением

1Л Основа применения частичных разрядов

1.2 Основные виды дефектов в высоковольтных изоляторах

1.3 Теоретические основы процессов электрического пробоя

Глава 2. Разработка измерительной системы для проведения измерений

параметров частичных разрядов в изоляторах из электротехнического

фарфора и высокополимерных материалов

2.1 Основные принципы устройств для регистрации ЧР в высоковольтном оборудовании

2.2 Система для измерения и анализа ЧР в модельных образцах и реальных высоковольтных изоляторах

2.3 Измерительные датчики

2.3.1 Индукционный датчик

2.3.2 Электромагнитный датчик
2.3.3 Акустический датчик
2.4 Структура компьютерной системы измерения характеристик ЧР изоляторов
2.5 Программное обеспечение измерений
2.6 Характеристики частичных разрядов
Глава 3. Определение дефектов в реальных высоковольтных изоляторах
путем анализа амплитудно-фазовых и амплитудно-частотных диаграмм
частичных разрядов
3.1 Особенности конструкции фарфоровых опорных изоляторов
3.2 Изучение дефектов в реальных изоляторах
3.4 Зависимость параметров частичных разрядов от формы переменного напряжения
Глава 4. Особенности дефектов в полимерных материалах и их определение
по параметрам частичных разрядов
4.1 Электрическая стойкость полимерных материалов и характер ЧР
4.2 Изучение параметров ЧР в высокополимерных изоляторах
Заключение
Список литературы

Актуальность.
Надежность современных систем производства и распределения электроэнергии во многом зависит от диагностического контроля высоковольтного электрооборудования, основы которого заложены в ГОСТах 20.39.312-85 и 27.002-89 [1, 2]. Как показала практика [3-8] наиболее «слабым звеном» в высоковольтном оборудовании являются изолирующие элементы. Поэтому, не случайно, что методам и системам контроля электрической прочности изоляции всегда уделялось большое внимание. [9,10]
При длительной эксплуатации любых изоляционных материалов, являющихся одним из основных элементов высоковольтных изоляторов, изоляции кабелей или обмоток, в них возникают первичные дефекты. Помимо этого, дефекты могут образовываться и в процессе изготовления самих элементов высоковольтной изоляции. Полный пробой изоляционного промежутка, находящегося под рабочим напряжением, возникает не сразу. Ему, как правило, предшествуют микропробои или электрические разряды, которые шунтируют лишь часть изоляции между электродами. Такие электрические разряды или микропробои получили название частичных разрядов (ЧР). Сами по себе ЧР не всегда вызывают разрушение изоляции, однако, во всех случаях ЧР свидетельствуют о существовании или возникновении первичных дефектов в изоляции. Временной интервал от начала возникновения ЧР до полного пробоя изоляции или разрушения изолятора варьируется от нескольких дней до нескольких лет и поэтому предполагалось, что метод измерения характеристик ЧР, определяемый ГОСТом 20074-83 [11], и последующими ГОСТами для контроля отдельных элементов высоковольтной изоляции.[12,13], даст возможность обнаруживать дефекты на ранней стадии их возникновения, отслеживать их
развитие, оценивать текущее состояние изоляции и возможность дальнейшей эксплуатации оборудования.
В соответствии с ГОСТом 20074-83 основной характеристикой ЧР является их интенсивность, которая количественно характеризуется: кажущимся зарядом единичного ЧР, частотой следования частичных разрядов, средним током ЧР. За двадцать лет после введения всех ГОСТов, в результате многочисленных исследований была установлена неполнота информации по ЧР, установленная ГОСТом. В частности, было показано, что важную информацию несет также форма импульса ЧР и время его появления относительно фазы переменного напряжения. [14-20] Однако, и в более расширенном варианте ГОСТа [12,13] предполагается изучение параметров каждого импульса, в то время как, сами ЧР имеют случайный (стохастический) характер и все их параметры сильно изменяются во времени и имеют большой случайный разброс. Вследствие этих особенностей ЧР, как показали лабораторные исследования и применение метода ЧР в практических целях, для получения необходимой точности и достоверности измерения желательно накопление информации за определенный интервал периодов питающего переменного напряжения, а статистические характеристики ЧР желательно дополнять амплитуднофазовыми и частотно-фазовыми распределениями, т.е. в виде зависимостей амплитуды (заряда) и частоты повторения от фазы напряжения. Кроме того, ГОСТ устанавливает метод измерения характеристик ЧР только на испытательном стенде и не касается методов измерения характеристик изоляции электрооборудования, находящегося в эксплуатации, т.е. под рабочим напряжением. Измерение сигналов ЧР в условиях эксплуатации является более сложным и трудоемким по сравнению со стендовыми измерениями. В первую очередь это касается выделения сигнала ЧР из различного рода помех, уровень которых на действующих электрических станциях и подстанциях значительно выше, чем при стендовых испытаниях. Кроме случайных помех, не имеющих каких-либо четких спектральных

величине так называемого видимого заряда ЧР. Этот сигнал содержит в себе собственно импульсы ЧР и синусоидальную составляющую сетевого напряжения.
2.3.2 Электромагнитный датчик
В качестве электромагнитных датчиков использовались штыревые антенны радиоприемных устройств с регулируемой полосой пропускания. Этот метод был одним из первых способов регистрации ЧР, так как он обеспечивает дистанционные измерения без подключения к объекту. В диапазоне частот от сотен килогерц до десятков мегагерц его использование в полевых условиях достаточно затруднено вследствие большого числа источников полей индустриального типа. Однако он весьма полезен при регистрации сигналов ЧР в лабораторных условиях, в производственных условиях наиболее приемлем диапазон частот в сотни МГц и даже в гигагерцовом диапазонах, когда возможно применение узконаправленных антенн.
В нашем случае в качестве радиочастотных устройств использовались входные каскады и усилители промежуточной частоты, откуда сигналы подавали на выходы осциллографа или на входы компьютера. Использовались устройства следующих типов: антенна для измерения поля и радио помех активного типа БМА 6.2; селективный микровольтметр БТУ 301-2, имеющий рабочий диапазон частот 0,15- 35МГц, перекрываемый 8 поддиапазонами. Диапазон измерения импульсных напряжений от 0,65 мкВ до 10 мВ
2.3.3 Акустический датчик
Акустические и ультра звуковые методы регистрации ЧР находят применение уже более 20 лет. В ультразвуковом методе используются пьезоэлектрические датчики, расположенные на поверхности энергетического оборудования: корпусах трансформаторов, поверхностях