Оценка технического состояния электроэнергетического оборудования по спектральным характеристикам излучаемого им электромагнитного поля

Во втором примере приведены результаты четырехлетнего обследования шести автотрансформаторов 500 кВ, один из которых впоследствии оказался аварийным за счет пробоя внутренней изоляции. Эффективный коэффициент интегральной мощности дефектного автотрансформатора за период контроля возрос от 2 дБ до 10,3 дБ, а амплитуда на 20 и более дБ. Обследование, проведенное для восстановленного после аварии автотрансформатора, зафиксировало К_эф(дБ) на уровне 0,3 дБ. В работе сделан вывод о том, что превышение эффективным коэффициентом интегральной мощности значения 10 дБ свидетельствует о наличии серьезных отклонений и развитии дефекта.

В третьем примере подробно описывается процедура оценки технического состояния по результатам подсчета числа превышений пиками граничного уровня. На основании анализа спектров, подобных тем, что изображены на рис.2, сформулированы критерии для определения градаций дефектностей по отдельным вводам и критерии для определения аналогичных градаций полных дефектностей исследуемых автотрансформаторов. Слабая дефектность соответствует наличию в информативной частотной полосе не более двух пиков с интенсивностями, равными или выше граничного уровня, умеренная дефектность - от трех до четырех пиков, сильная дефектность - пять и более пиков. Сформулированы также критерии для оценки степени дефектности оборудования в целом на основании данных о степени дефектности, полученных для отдельных вводов. Сопоставление результатов оценки технического состояния АТ по подсчету числа пиков с данными хроматографического анализа газов (ХАРГ) позволило получить конкретные данные о соотношении степени дефектности обследуемого оборудования с его реальным состоянием. Например, автотрансформатор, выявленный по результатам анализа спектров как сильнодефектный, имел концентрации некоторых газов (этана, этилена) близкие к граничным значениям. Эти концентрации в 20-40 раз превышали соответствующие концентрации газов для автотрансформатора, определенного как слабодефектный. В целом результаты оценки технического состояния АТ на основе подсчета интегральной мощности излучения хорошо согласуются с данными хроматографического анализа.

Таким образом, приведенные в диссертационной работе результаты обследований ВВЭО позволяют сделать вывод о возможности раннего обнаружения роста электротермических процессов в изоляции оборудования путем анализа спектров его собственного электромагнитного излучения. Накопление экспериментального материала, его обобщение, сравнение с результатами других испытаний поможет постепенно расширить и углубить возможности электромагнитного способа.

Глава 6. Контроль действующего электроэнергетического оборудования. Информационно-техническое обеспечение.

В данной главе представлены результаты двухлетнего контроля ВВЭО на одной из введенных в строй подстанций 500 кВ Приморского края. Обследования проводились с целью раннего предупреждения о появлении и развитии дефектов, а также проверки адекватности результатов электромагнитного контроля данным регламентных испытаний.

Первичный контроль электромагнитной обстановки на территории подстанции был проведен до ввода ее в эксплуатацию, что позволило выявить внешние источники электромагнитных излучений. Измерение интегральных мощностей излучения проводился в эквивалентных для однотипного оборудования условиях, что позволило выбрать из общего числа контролируемого оборудования одно в качестве эталонного. Вычисление коэффициента интегральной мощности относительно эталонного оборудования позволяет дать оценку состояния оборудования и заключение о степени развития дефектов. Например, на рис.11 приведены графики изменения коэффициентов интегральной мощности К₁= P_А / P_В и К₂= P_С / P_В, выраженных в относительных единицах, для трех однотипных АТ (фазы А, В, С). Данные получены за время эксплуатации ВВЭО с декабря 2005 года по июнь 2007 года. Значения К, лежащие в пределах от 1,1 до 1,4. указывают на относительно стабильную ситуацию для изоляции АТ и отсутствие значительных дефектов.

Непрерывный, периодический или интервальный контроль ВВЭО рассматриваемым способом позволяет получить информацию о тенденциях в развитии дефектов подобно тому, как это делается с помощью ХАРГ в масле. Автотрансформаторы, введенные в эксплуатацию в 2005 году, находились под учащенным контролем газов в масле. Сопоставление результатов оценки технического состояния АТ по этим двум методам показывает, что рост уровней разрядных явлений и локальных температур, выявляемый с помощью ХАРГ, сопровождается повышением интегральной мощности излучения.

Например, фаза В имеет самый низкий уровень дефектности и поэтому выбрана в качестве эталонной.

Рис. 11. Графики изменения коэффициента К

Результаты ХАРГ подтверждают этот вывод и показывают, что у фазы В отсутствуют частичные разряды с высокой плотностью энергии и термические дефекты. Если для фазы С по результатам ХАРГ в декабре 2005 г. ставился диагноз о возможности наличия разрядов малой мощности с затрагиванием твердой части изоляции, то к июлю 2006г. показатели состояния изоляции улучшились после проведения профилактических мероприятий. Соответственно этим данным уменьшились и значения коэффициента К₂ в апреле и июле 2006 г. Для фазы А результаты ХАРГ указывали на развитие разрядных явлений от ЧР с низкой плотностью энергии до разрядов малой мощности с непрерывным искрением в масле с затрагиванием твердой части изоляции. В соответствии с этими данными, в течение почти всего рассматриваемого периода К₁> К₂. Таким образом, даже незначительные изменения в разрядной активности и температурных режимах в изоляции АТ находят свое отражение в повышении или понижении интегральной мощности излучения. Накопленный материал позволил сделать выводы об адекватности результатов контроля по спектральным характеристикам и данных регламентных испытаний, выработать рекомендации по контролю действующего оборудования и формированию информационно-измерительных комплексов и базы данных о спектрах электромагнитного излучения.

По результатам обследований на различных подстанциях Дальнего Востока собран большой материал по спектрам собственного электромагнитного излучения силового высоковольтного оборудования, который оформлен в виде архива данных. Накопленный опыт позволил сформировать технические требования, предъявляемые к информационно-измерительным комплексам (ИИК), обеспечивающим регистрацию, запись и обработку информации о спектрах по следующим основным позициям:

- рабочий диапазон частот, чувствительность, динамический диапазон, абсолютная погрешность, ширина диаграммы направленности антенны, разрешающая способность по частоте, обеспечивающие регистрацию ЭМИ;

- разрешение, время преобразования, частота дискретизации, динамический диапазон АЦП, объем памяти накопителей информации;

- вид программного обеспечения, конфигурация аппаратных ресурсов, объем памяти для организации базы данных.

В диссертации приведены варианты различных конфигураций мобильных и стационарных ИИК, создаваемых на базе стандартной, серийно выпускаемой аппаратуры. Различия между предлагаемыми вариантами заключаются в количественном составе, скорости регистрации и обработки, точности, стоимости. Стоимость самой простой конфигурации мобильного ИИК составляет 60 тысяч руб.

В работе перечислен состав архивного материала, полученного в период с 1999 по 2007 годы в результате регистрации спектров ЭМИ ВВЭО на следующих электроэнергетических объектах: подстанциях Приморская, Дальневосточная, Чугуевка-2, Угольная, Морская Приморского края, станциях ЛУТЭК, Зейская.

Дальнейшая обработка архивной информации о спектрах с целью оценки технического состояния ВВЭО может быть выполнена тогда, когда эти данные хорошо структурированы, непротиворечивы, неизбыточны и целостны, т.е сформированы в виде базы данных. В процесс разработки и создания базы данных рекомендуется включать следующие этапы: формирование списка входной и выходной информации, спецификация требований, выбор структуры и модели базы данных, определение программных пакетов и аппаратной части для функционирования базы данных, создание интерфейса и порядка взаимодействия с системой базы данных, разработка принципов ее развития. В диссертации разработаны и приведены принципы формирования базы данных спектров ЭМИ ВВЭО, которые обеспечивают ее многофункциональное использование: для хранения информации о спектрах собственного ЭМИ ВВЭО., для предварительной оценки технического состояния ВВЭО в различные периоды его работы, для функционирования в составе информационно-аналитической системы (ИАС), причем. база данных спектров ЭМИ должна органично вписаться в известные системы комплексной диагностики.

ВЫВОДЫ

В работе предложен, обоснован и реализован оригинальный подход к решению актуальной задачи создания методов контроля и оценки текущего состояния электротехнического оборудования с использованием новых достижений в области информационно-измерительной техники. Наиболее существенные результаты работы.

1. Разработаны базовые принципы контроля электротехнического оборудования на основе анализа спектров его собственного электромагнитного излучения. Эти принципы сформированы на основе полученных автором экспериментальных данных и теоретических оценках спектрального состава электромагнитного излучения вблизи высоковольтного электроэнергетического оборудования. Установлено, что спектры ЭМИ индивидуальны для каждого типа оборудования в определенных частотных диапазонах.

2. Впервые дано описание излучающих свойств высоковольтного оборудования. С помощью теории вибраторных антенн определены информативные частотные диапазоны, в пределах которых можно эффективно осуществлять контроль оборудования, находящегося под рабочим напряжением. На основе предложенных критериев разработана методика оценки технического состояния высоковольтного оборудования под рабочим напряжением. Показано, что с помощью данной методики возможно осуществление паспортизации и контроля текущего состояния оборудования, ранжирование однотипного оборудования, а также выявление дефектов на ранней стадии их появления и развития. По результатам исследований получен патент РФ.

3. Изучены спектры электромагнитных возмущений при появлении и развитии в изоляции высоковольтного оборудования дефектов термоэлектрического характера. Показано, что значительная часть этих дефектов сопровождается электромагнитными возмущениями в широком диапазоне частот, которые, попадая в резонансные частотные полосы внутренних колебательных систем высоковольтного оборудования, излучаются в окружающее пространство в основном в пределах информативных частотных полос.

4. Разработана методика регистрации спектров электромагнитного излучения с использованием серийно выпускаемого информационно-измерительного оборудования, а также даны рекомендации по формированию мобильных и стационарных информационно-измерительных комплексов. Экспериментальные образцы контрольно-измерительных комплексов успешно апробированы на электрических станциях и подстанциях Дальнего Востока и Сибири.

5. Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований процессов распространения электромагнитных полей на территориях ряда электроэнергетических объектов Дальнего Востока. С помощью разработанных излучающих моделей высоковольтного оборудования рассчитаны и построены диаграммы распределения электромагнитного поля на открытых распределительных устройствах, позволяющие выработать рекомендации по выбору частотных диапазонов и размещению измерительных комплексов для большинства электроэнергетических объектов высоких классов напряжения.

6. На основе решения задачи расчета распространения электромагнитного поля через многослойные среды в закрытых распределительных устройствах показана целесообразность использования теории аналоговых цепных схем. Установлено, что электромагнитный контроль возможно осуществлять и при наличии многослойных перегородок.

7. Предложены критерии оценки технического состояния, позволяющие осуществлять контроль действующего электротехнического оборудования на основании анализа таких характеристик спектров электромагнитного излучения, как изменение уровня излучения, значение величины интегральной мощности излучения, количество превышений отдельными пиками спектра граничного уровня.

8. С помощью разработанных методик осуществлен эффективный многолетний электромагнитный контроль высоковольтного оборудования на подстанциях Приморского края, результаты которого позволяют рекомендовать электромагнитный способ для практического использовании.

9. Впервые создан архив спектров собственного электромагнитного излучения высоковольтного оборудования на электроэнергетических объектах Дальнего Востока. Разработаны принципы формирования информационной базы данных для реализации электромагнитного способа контроля.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Юринов, В.М. Применение аналоговых цепных схем для расчета многослойных экранов / В.М. Юринов, Н.В. Силин // Энергетика и транспорт. - 1977. -№2. - C. 84 - 90. (перечень ВАКа).

2. Силин, Н.В. Схема замещения для анализа сигналов от частичных разрядов / Н.В. Силин, М.А. Кац, А.А. Хазанов // Изв. Вузов России, Радиоэлектроника. - 2005. - №2. - C. 60 - 64. (перечень ВАКа).

3. Силин, Н.В. Моделирование процессов развития сигналов от частичных разрядов / Н.В. Силин, М.А. Кац, А.А. Хазанов // Изв. Вузов России, Радиоэлектроника. - 2005. - №4. - C. 28 - 31. (перечень ВАКа).

4. Силин, Н.В. Электромагнитный способ оценки технического состояния высоковольтного оборудования / Н.В. Силин // Промышленная энергетика. - 2006. - №1. - C. 8 - 11. (перечень ВАКа).

5. Киншт, Н.В. О способе контроля высоковольтного оборудования на основе анализа спектров его собственного электромагнитного излучения / Н.В. Киншт, В.Л. Лосев, Н.В. Силин, А.Б. Попович // Промышленная энергетика. - 2007. - №4. - С. 24 - 29. (перечень ВАКа).

6. Силин, Н.В. Контроль состояния электроэнергетического оборудования по спек- тральным характеристикам его электромагнитного излучения / Н.В. Силин // Энергетика. - 2008. - №3. - С. 86 - 91. (перечень ВАКа).

7. Силин, Н.В. Электромагнитный контроль электроэнергетического оборудования / Н.В. Силин, Н.В. Коровкин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2008. - №4. - С. 186 - 192 (перечень ВАКа).

8. Антонов, А.А. Диагностическая модель энергетических объектов транспорта на основе излучаемого электромагнитного поля / А.А. Антонов, Н.В. Силин, В.В. Клоков // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2008. - №1. - С. 296 - 299. (перечень ВАКа).

9. Kinsht, N.V. Application of electromagnetic radiation of high-voltage for diagnostics of its technical state / N.V. Kinsht, M.A. Katz, N.V. Silin, O.V. Preobragenskaya, Y.B. Petropavlovsky // The papers of Int. Symp. on EMC, Wroclaw, June, 2000. - Р. 36-39.

10. Киншт, Н.В. Диагностика электроэнергетического оборудования / Н.В. Киншт, М.А. Кац, Н.В. Силин // Труды первого инвест. Конгресса, г. Владивосток, 2000. - С. 159 -163.

11. Kinsht, N.V. Diagnostics of high-voltage equipment. Logical aspects / N.V. Kinsht, N.V. Silin, O.V. Preobrazhenskaya, N.N. Petrun'ko, A.B. Popovich // Pacific Science Review. - 2001. - Vol. 3. - Р. 5-8.

12. Силин, Н.В. Использование широкополосных приемников серии AR для регистрации электромагнитных сигналов от частичных разрядов / Н.В. Силин, В.П. Говорухин, Ю.Б. Петропавловский, В.А. Клыковский // Актуальные проблемы диагностирования высоковольтного электроэнергетического оборудования: В сб. статей ИАПУ ДВО РАН. - 2001. - вып. 33. - С. 49 - 53.

13. Силин, Н.В. Динамика развития сигналов от частичных разрядов в конденсаторной бумаге / Н.В. Силин, Ю.Б. Петропавловский // Актуальные проблемы диагностирования высоковольтного электроэнергетического оборудования: В сб. статей ИАПУ ДВО РАН. - 2001. - вып. 33. - С. 54 - 57.

14. Силин, Н.В. Исследование сигналов от частичных разрядов в высоковольтной изоляции / Н.В. Силин, Ю.Б. Петропавловский // Актуальные проблемы диагностирования высоковольтного электроэнергетического оборудования: В сб. статей ИАПУ ДВО РАН. - 2001. - вып. 33. - С. 58 - 60.

15. Силин, Н.В. Системы диагностики маслонаполненного электроэнергетического оборудования / Н.В. Силин, Ю.Б. Петропавловский // Актуальные проблемы диагностирования высоковольтного электроэнергетического оборудования: В сб. статей ИАПУ ДВО РАН. - 2001. - вып. 33. - С. 60 - 65.

16. Силин, Н.В. Обзор физических представлений о частичных разрядах в высоковольтной изоляции / Н.В. Силин, М.А. Кац // Актуальные проблемы диагностирования высоковольтного электроэнергетического оборудования: В сб. статей ИАПУ ДВО РАН. - 2001. - вып. 33. - С. 24 - 35.

17. Киншт, Н.В. О спектральном составе сигналов вблизи высоковольтного оборудования / Н.В. Киншт, Н.В. Силин, Д.Д. Загоскин // Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность: Сб. докл. 7- ой межд. конф. по ЭМС / ВИТУ. - С.Петербург, 2002. - С. 136 -140.

18. Киншт, Н.В. Электромагнитная диагностика высоковольтного оборудования / Н.В. Киншт, Н.В. Силин, Д.Д. Загоскин // Теоретические и практические проблемы развития электроэнергетики России: Труды межд. Научно-практической конференции/ СПбГПУ. - С.Петербург, 2002. - С. 230-231.

19. Силин, Н.В. Выбор антенны для регистрации электромагнитного излучения от высоковольтного оборудования / Н.В. Силин, М.Ю. Белушкин, В.В. Клоков // Энергетика: управление, качество и эффективность исследования энергоресурсов: Сб. докл. III всероссийской научно-техн. конф. с межд. участием / АГТУ. - Благовещенск, 2003. - C.452-455.

20. Силин, Н.В. Представление данных, полученных при изменении спектров сигналов от высоковольтного оборудования / Н.В. Силин, А.Б. Попович, Н.Н. Петрунько // Энергетика: управление, качество и эффективность исследование энергоресурсов: Сб. докл. III всероссийской научно-технической конференции с межд. участием / АГТУ. - Благовещенск, 2003. - C. 455-460.

21. Силин, Н.В. Высоковольтный силовой трансформатор как источник собственных электромагнитных излучений / Н.В. Силин, М.Ю. Белушкин, В.В. Клоков, В.А. Катанаев // Сборник трудов V международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2003. - C. 55- 57.

22. Силин, Н.В. Применение аналоговых цепных схем для анализа распространения электромагнитного излучения от частичных разрядов / Н.В. Силин, В.В. Клоков // Транспортное дело России. - 2004. - № 3. - С. 98 -100.

23. Силин, Н.В. Оценка диагностической электромагнитной обстановки на энергетических объектах / Н.В. Силин, В.В. Клоков // Транспортное дело России. - 2004. - № 2. - С. 38 -40.

24. Силин, Н.В. Исследование распределения электромагнитного поля вблизи высоковольтного трансформатора // Труды Дальн. гос. гехн. ун-та, Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2004. - вып. 136. - С. 196-200.

25. Belushkin, M.Y. Estimation of electromagnetic environment near the high-voltage power autotransformers / M.Y. Belushkin, V.V. Klokov, N.V. Silin, V.A. Katanaev, A.B. Popovich // Progress in Electromagnetics: The papers of Int. Research Symp., Pisa, Italy, March 28-31. - 2004. - P. 839-842.

26. Silin, N.V. Experience of the general estimation of a power transformers technical condition on the basis of own electromagnetic radiation spectrum analysis / N.V. Silin, M.Y. Belushkin, V.A. Katanaev, A.B. Popovich // Euro Electromagnetics: The papers of Int. Symp., Magdeburg, Germany, June 8-12. - 2004. - P. 109-111

27. Силин, Н.В. Схемные модели изоляции для изучения спектров электромагнитного излучения от частичных разрядов // Труды Дальн. гос. техн. ун-та, Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2005.- вып. 137. - С. 225 - 230.

28. Киншт, Н.В. Анализ электромагнитного излучения силового автотрансформатора/ Н.В. Киншт, В.Л. Лосев, Н.В. Силин, М.Ю. Белушкин, А.Б. Попович // Сборник трудов VI международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2005. - C.124-129.

29. Силин, Н.В. Оценка стабильности работы высоковольтного оборудования на основе анализа его собственного электромагнитного излучения // Энергетика: управление, качество и эффективность исследования энергоресурсов: Сб. докл. III всероссийской научно-техн. конф. с межд. участием / АГТУ. - Благовещенск, 2005 . - C. 402 - 406.

30. Силин, Н.В. Электромагнитный контроль состояния обмоток силового трансформатора / Н.В. Силин, В.В. Клоков, М.Ю. Белушкин, А.Б. Попович, Е.А. Конкин // Транспортное дело России. - 2006. - №1. - C. 153 - 154.

31. Силин, Н.В. Информационная база данных для электромагнитной диагностики высоковольтного оборудования / Н.В. Силин, Е.А. Конкин, А.Б. Попович // Транспортное дело России. - 2006. - №1. - C. 154 -156.

32. Силин, Н.В. Анализ электромагнитного излучения силового автотрансформатора/ Н.В. Силин, В.В. Клоков В.В. Р.А. Гречанюк // Сборник трудов VII международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2007. - C. 114-117.

33. Пат. на изобрет. Российская федерация. Способ контроля технического состояния электроэнергетического оборудования / Киншт Н.В., Лосев В.Л., Силин Н.В., Попович А.Б., Петрунько Н.Н.; заявитель и патентообладатель ИАПУ ДВО РАН. - № 2006111647/28(01664) от 10.04.2006.

34. Силин, Н.В. К вопросу о выборе частотного диапазона для электромагнитного контроля ВВЭО / Н.В. Силин, В.В. Клоков В.В., А.А. Антонов // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Сб. докл. Всероссийской научно-практической конференции с межд. участием, Иркутск, 2008. - C. 55-60.

Размещено на Allbest.ru