Размещено на http://www.allbest.ru/

¹Филиал АО «СО ЕЭС» Саратовское РДУ, ²ПАО «МРСК Юга», ³ООО «Экспертный центр»,

⁴Сколковский институт науки и технологий, ⁵КТИ (филиал) ФБГОУ ВО «ВолГТУ»

¹Саратов, ^2,5Камышин, ³Екатеринбург, ⁴Москва, Российская Федерация

Результаты испытаний системы диагностики линейной изоляции по току утечки

Д.А. Глухов¹,

К.В. Волхов²,

А.А. Кудрявцев³,

Д.Е. Титов⁴,

Г.Г. Угаров⁵

E-mail: motor_da@mail.ru, volkhovkv@yandex.ru, chief_engineer@exctr.ru, dm30081989@yandex.ru

Аннотация

индикация пробой ток электропередача

Состояние вопроса: Техническая политика ПАО «Россети» предполагает переход на риск ориентированное управление активами, однако, применительно к изоляции воздушных линий электропередач, на сегодня отсутствуют действующие способы выявления риска её перекрытия с целью планирования технического обслуживания и ремонта. Это указывает на острую необходимость в создании методов неразрушающего контроля состояния изоляции, а также программно-аппаратных устройств их реализации.

Материалы и методы: Исследования проводились на основе калибровочных и натурных испытаний. Обработка результатов проводилась с применение методов математического анализа.

Результаты: Разработано и испытано устройство индикации пробоя, позволяющее по току утечки производить диагностику состояния изоляции воздушных линий электропередач, а также сканирующая станция для дистанционного опроса устройств индикации.

Выводы: Разработанная система диагностики линейной изоляции может быть применена на воздушных линиях электропередач для отыскания мест перекрытий, а также для оценки состояния изоляции в рамках риск ориентированной стратегии технического обслуживания.

Ключевые слова: Изоляция, диагностика, ток утечки, устройство индикации пробоя, риск ориентированное управление.

Abstract

Results of tests of the diagnostic system of linear insulation on leakage current

D.A. Glukhov¹, K.W. Volkhov², A.A. Kudryavtsev³, D.E. Titov⁴, G.G. Ugarov⁵

¹Branch of «SO-UPS» Regional dispatching office of the Saratov's power system, ²MRSK Yuga,

³Skolkovo Institute of Science and Technology, ⁴Kamyshin Technological Institute

¹Saratov, ^2,5Kamyshin, ³Ekaterinburg, ⁴Moscow, Russian Federation

E-mail: motor_da@mail.ru, volkhovkv@yandex.ru, chief_engineer@exctr.ru, dm30081989@yandex.ru

Background: Technical policy of PJSC Rosseti implies a transition to risk-oriented asset management, however, for the isolation of overhead power lines, there are currently no effective ways to identify the risk of overlapping it with the aim of planning maintenance and repairs. This indicates an urgent need to create methods for nondestructive testing of insulation conditions, as well as software and hardware devices for their implementation..

Materials and Methods: The studies were carried out on the basis of experiments. The processing of the results was carried out using the methods of mathematical analysis.

Results: A breakdown indication device was developed and tested that allows to diagnose the insulation of overhead power lines as a leakage current, as well as a scanning station for remote interrogation of indication devices.

Conclusions: The developed system for diagnosing linear insulation can be used on overhead power lines to locate overlap spaces, as well as for assessing insulation conditions within the framework of a risk oriented maintenance strategy

Key words: Isolation, diagnostics, leakage current, breakdown indication device, risk oriented management.

Техническая политика ПАО «Россети» в качестве решения проблемы старения парка оборудования предполагает последовательный переход от системы планово-предупредительного оказания воздействия на активы к риск ориентированному управлению активами [1]. Эксплуатация изоляции воздушных линий электропередач (ВЛ) не является исключением, но на данный момент отсутствуют реальные способы выявления риска перекрытия изоляторов с целью их ранжирования при планировании технического обслуживания и ремонта.

В этой связи, опираясь на острую потребность сетевых компаний в программно-аппаратных средствах мониторинга состояния изоляции ВЛ, авторами разработана система диагностики состояния изоляторов (СДИ), которая прошла калибровочные испытания на АО «Южноуральский арматурно-изоляторный завод» (ЮАИЗ), а также успешно прошла опытную эксплуатацию в Филиале ПАО «ФСК ЕЭС» Каспийское ПМЭС.

Описание разработанной системы

СДИ состоит из устройства индикации пробоя (УИП), который представляет собой датчик измерения тока утечки (ТУ) подвески изоляторов ВЛ, и принимающего устройства, которое представляет собой радиопринимающий модуль с выходным интерфейсом RS232 (USB 2.0) и программным обеспечением, установленным на портативный ПК. Структурная схема СДИ приведена на Рис.1

Рис. 1. Структурная схема СДИ

УИП является главным измерительным органом СДИ. Он представляет из себя измерительный трансформатор тока, в котором в качестве первичной обмотки выступает изолирующая подвеска, а вторичная обмотка подключена к измерительному органу. Сигнал от измерительного органа в устройстве подается на аналого-цифровой преобразователь, после чего поступает на радиопередающий модуль. Питание УИП осуществляется от литий-ионной аккумуляторной батареи. Принимающее устройство состоит из радиоприемника и стандартного преобразователя уровней ТТЛ сигнала UART - USB.

Внешний вид опытного образца УИП и интерфейса программного обеспечения (ПО), используемого в СДИ приведен на Рис.2. Технические характеристики приведены в Таблице 1.

Рис. 2. Внешний вид: а - опытного образца УИП; б - интерфейса ПО

Технические характеричтики УИП

Принцип действия СДИ

Наведенное напряжение в измерительной обмотке подается на вход операционного усилителя, при этом предварительно попадает на ограничивающие элементы для предотвращения превышения уровня входного сигнала, допустимого для операционного усилителя. Усиленный сигнал попадает на элементы сглаживания и усреднения. Усредненный сигнал оцифровывается и на частоте 433.05МГц пересылается на приемник. Временной задержкой управляет внешний автогенератор с выдержкой в 20с (+/-1с, в зависимости от температуры воздуха), который получает питание от аккумулятора и коммутирует всю измерительную схему. Принимающее устройство подключается к портативному компьютеру или планшету с заранее установленным программным обеспечением (ПО) (Рис. 2-б).

ПО по таймеру каждые 15с проверяет наличие пришедших данных и сохраненных в базу данных программы. После успешного приема в главном окне программы появляются вкладки с номерами датчиков, от которых поступила информация. При нажатии на вкладку активного датчика отображается информация о датчике, значения ТУ, график изменения ТУ (Рис.2-б).

Условия использования СДИ

Существующая на сегодня версия СДИ позволяет производить диагностику состояния изоляции и отыскание мест перекрытия на расстоянии до 50 метров от опоры.

При плановых осмотрах ВЛ необходимо приблизиться с включенным принимающим устройством к опоре, на которой установлено УИП. На экране появится информация о величине ТУ. По ТУ можно оценить вероятность перекрытия изолирующей подвески.

В случае отключения линии по причине короткого замыкания вне зависимости от успешности автоматики повторного включения посредством используемых на подстанции устройств определения мест повреждения (ОМП) выявляется участок ВЛ, на котором произошло перекрытие изоляции. Бригада линейной службы в течение времени не более двух суток с момента аварии выезжает в район, локализованный устройствами ОМП. Двигаясь вдоль линии с включенным принимающим устройством, устройство обнаружит сработавшее УИП и, соответственно, перекрытую изолирующую подвеску.

Калибровочные испытания

Для калибровки УИП на ЮАИЗ были проведены измерения импульсов ТУ на гирлянде из 20-ти неэксплуатируемых ранее, сухих изоляторах ПС-70Е и на эксплуатируемых ранее, покрытых соляным раствором с удельной поверхностной проводимостью 2 мкСм (1 степень загрязнения). Под импульсами тока утечки понимается величина наибольшего за последние 15 секунд импульса частичного разряда, измеренного УИП. На Рис. 3 приведены фотографии испытаний. Место установки УИП - место соединения гирлянды с предварительно заземленным поддерживающим зажимом, имитирующим траверсу ВЛ. Удельная поверхностная проводимость рассчитана по измеренному мультиметром ТУ с учетом коэффициента формы.

Рис. 3. Фотографии калибровочных испытаний УИП в лаборатории АО «ЮАИЗ»

Измерения УИП импульсов ТУ на новых сухих и увлажненных загрязненных искусственно изоляторах приведены на графиках в мА (рис. 4). В сухом режиме на неэксплуатируемых ранее изоляторах импульсы ТУ колебались от 0.7 до 1.4 мА стабильно без всплесков.

До включения и после отключения установки ТУ, измеряемый УИП не был равен нулю и колебался от 0 до 0,7 мА. Провод, по которому подавалось напряжение имел длину около 30 м и проходил через всю лабораторию под потолком. В лаборатории в соседнем помещении проходили испытания изоляторов на грозовой импульс. Это могло создавать фоновый ТУ в подвеске, который и измерялся УИП.

Рис. 4. Измерение импульсов токов утечки посредством УИП

В 1-3 измерения было подано 150 кВ на 20 загрязненных изоляторов (Рис. 5, синяя линия). Установка высокого напряжения лаборатории ЮАИЗ на начальном этапе не позволяла подать большее напряжение (изоляторы была сильно увлажнены соляным раствором, из-за этого срабатывала токовая защита по причине высокой проводимости поверхности изоляторов). В это время гирлянда периодически воспламенялась (рис.4). Такой режим в реальных условиях маловероятен из-за постоянной сушки поверхности ТУ.

При этом УИП показывало невысокие импульсы ТУ 0.23-1.86 мА. Меньшие амплитуды импульсов на сильно увлажненных изоляторах объясняются тем, что сплошной слой мелкодисперсной влаги стремится выровнять потенциалы.

После подсыхания и подачи напряжения 190 кВ (измерения 4-6) импульсы ТУ возросли до 4,65 мА. После изоляторы подсохли. Визуально был различим белый слой высохших загрязнений на юбках стеклодетали. Как результат: импульсы ТУ снизились до 0-0,6 мА и стали близки со значениями на сухих новых изоляторах.

Опытная эксплуатация системы

8-9 ноября 2017 года на ВЛ 330 кВ Моздок - Артем были смонтированы 8 УИП в районе г. Махачкала. УИП установлены на опорах 1232, 1234, 1236-1238 на разных фазах. В месте прохождения ВЛ под этими опорами располагается солончак. Поверхность песка покрыта слоем соли, что, предварительно, и является причиной частых перекрытий изоляции в этом месте [2]. Фотографии процесса монтажа УИП приведен на Рис.5.

Рис. 5. Процесс установки УИП на ВЛ 330 кВ Моздок - Артем

Информация об установленных УИП сведена в Таблицу 2.

Места установки УИП на ВЛ 330 кВ Моздок - Артем

Примечания:

* - Изоляторы фазы С опоры 1234 (датчики 2 и 8) были очищены ветошью с применением щелочного раствора; ** - датчики 2 и 3 были установлены на одну из половин согнутой арматуры подвесного зажима, поэтому датчики 2 и 3 воспринимают только половину из тока через подвеску.

После включения линии 8 и 9 ноября были собраны данные с установленных устройств. Результаты прямых измерений занесены в листы осмотра.

Проведенный анализ позволил выявить следующие закономерности:

1. В погодных условиях влажности около 80%, силе ветра до 2,5 м/с у поверхности земли, температуре около 13 градусов Цельсия в отсутствии осадков, но с рассеянным солнечным светом импульсы на очищенной и загрязненных соляными полевыми загрязнениями гирляндах находятся в пределах 2.79-4.65 мА. На загрязненных гирляндах периодически наблюдаются импульсы до 85 мА. На этапе опытной эксплуатации наличие таких всплесков уже может служить диагностическим параметром наличия загрязняющего слоя на поверхности изоляторов.

2. При установке УИП внизу подвески (со стороны провода) было выявлено наличие помех, вызванных коронированием, в связи с этим, наиболее оптимальным положением УИП данной конструкции является положение сверху подвески (со стороны траверсы).

Результаты испытаний

Сравнение результатов на сухих и влажных и загрязненных изоляторах позволяет сделать следующие выводы:

- По совокупности собранных данных можно сделать вывод, что наблюдается корреляция между степенью загрязнения изоляторов и импульсами ТУ, которые измеряются УИП.

- На сухих новых или очищенных щелочными средствами изоляторах в сухую погоду разница в измеренных импульсах на реальной линии не превышают 4.42-3.71=0,71 мА, на изоляторах в лабораторных условиях - 1,4-0,7=0,7 мА.

- На ВЛ 330 кВ Моздок - Артем в месте установки УИП (1234 опора) применены 23 и 26 изоляторов ПС-70Е (фазы В и С) - проектное решение соответствует 2 району по степени загрязнения [3].

- На загрязненных естественными солеными загрязнениями в 2 районе по степени загрязнения и загрязненных искусственно соляными загрязнениями (по 1 району) разница в измеренных импульсах не превышает 84.42-3.71=80,71 мА (из собранных под линией данных) и 4,65-0=4,65 мА на изоляторах на реальной линии и в лабораторных условиях соответственно.

- Если предположить, что существует линейная зависимость между импульсами ТУ и удельной поверхностной проводимостью загрязнений, то в 2 районе по степени загрязнения (10 мкСм) должны наблюдаться импульсы ТУ: 10*4,65/2=23,25 мА. На гирлянде из 23 изоляторов - около 19,76 мА. При этом на ВЛ 330 кВ Моздок-Артем наблюдаются 84,42 мА даже в отсутствии росы (влажность 80 %) на гирлянде из 23 изоляторах. Это примерно соответствует удельной поверхностной проводимости в 42,72 мкСм - это соответствует 4 району по степени загрязнения. 4 район по степени загрязнения требует установки 40 тарельчатых изоляторов. К тому же: изоляторы ПС-70Е рекомендованы к установке только в 1 и 2 районе СЗ [3].

Выводы

1.Устройство работоспособное, позволяет по величине токовой утечки производить оценку состояния изоляции;

2.Результаты лабораторных экспериментов показали, что для ВЛ 330 кВ Моздок - Артем допустимыми по требованиям районирования по степени загрязнения (2 район СЗ) являются показатели импульсов токов утечки в 19,76 мА (при 23 изоляторах). Более высокие значения импульсов токов утечки, вероятно, указывают на близость приложенного рабочего напряжения к разрядному при данной степени загрязнения. Поэтому для данного места установки УИП, типа и количества изоляторов, класса напряжения линии пороговыми являются показатели импульсов тока утечки в 19,76 мА (в пасмурную погоду);

3.Применительно к рассматриваемой линии: результаты замеров указывают на неверное проектное решение по применению гирлянды из 23-26 изоляторов ПС-70 Е в месте прохождения линии по солончаку;

4.Для расширения масштабов исследований, необходимо в рамках опытной эксплуатации УИП провести исследования в районах с разной степенью загрязнения изолирующих подвесок ВЛ.

Список литературы