 |
ДИАГНОСТИКА ОПН В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Достоверность оценки состояния
В прошлом номере журнала («Новости ЭлектроТехники» № 5(47) 2007) был опубликован
материал Виктора Львовича Дмитриева, посвященный проблемам корректной диагностики ОПН в процессе эксплуатации.
Статья вызвала большой интерес у наших читателей, которые отметили, что для обеспечения
диагностики состояния аппарата необходимо выбрать эффективный метод, реализуемый в реальных эксплуатационных условиях. При этом известные и применяемые в настоящее время
методы контроля состояния ОПН не являются таковыми в полной мере.
Сегодня к разговору подключаются ведущие специалисты одного из крупнейших российских
производителей ОПН – новосибирского ЗАО «Феникс-88» – Виталий Власов, Дориан Голдобин и
Андрей Заболотников, а также главный инженер филиала ОАО «ФСК ЕЭС» – НСПБ электросетьсервиса Александр Овсянников, г. Новосибирск. Они продолжают рассуждения о существующих
способах диагностики ОПН, предусмотренных нормативными документами.
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Специалисты ЗАО «Феникс-88»:
– Измерение сопротивления как перед вводом в эксплуатацию, так и при периодическом контроле – достаточно эффективный способ диагностики, который позволяет, например, выявить такой грубый дефект, как разгерметизация и увлажнение изоляционной оболочки.
А. Овсянников:
– Cправедливо отмечено, что требование [1] измерять сопротивление мегомметром с напряжением 1 кВ для принятых в России
номинальных напряжений (кстати говоря, наверное, правильнее было
бы указать верхний предел 660 В, а не 600 В) действительно нуждается
в корректировке.
Однако нужно заметить, что измерения сопротивления варисторов сети с указанными напряжениями обычными мегомметрами не
повредят варисторы, т.к. в приборах предусмотрено ограничение
тока внутренними резисторами. Как правило, верхний предел тока,
соответствующий зашкаливанию прибора, ограничен десятками
микроампер. Таким образом, варисторы указанных в статье классов
напряжения на испытательном напряжении 1000 В проявят себя как
низкоомные сопротивления, но не сгорят: испытания окажутся бесполезными, но и не причинят вреда.
ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА ПРОВОДИМОСТИ
Специалисты ЗАО «Феникс-88»:
– Контроль состояния ОПН путем измерения полного тока через
ОПН даже низких классов напряжения позволяет в ряде случаев
оценить лишь состояние изоляционной оболочки, но не состояние
варисторов. Метод оценки состояния ОПН исходя из гармонического
анализа тока был предложен в конце 80-х годов (например, [2]).
Несколько позже появилась более совершенная методика, основанная на том же принципе, но учитывающая также наличие гармоник
в напряжении промышленной частоты [3]. В этой работе обсуждены и
некоторые другие возможные методы контроля, например, контроль
суммы токов трех фаз ограничителей.
На основании изучения опыта эксплуатации ОПН 110–500 кВ и
многочисленных собственных испытаний варисторов или аппаратов
в сборе считаем, что на данный момент более важным является вопрос о нецелесообразности в принципе измерения тока (в том числе
и его активной составляющей) в заземляющем проводнике ОПН для
оценки состояния варисторов. Неэффективность данного метода
определяется следующими факторами:
Варисторы, изготовленные с использованием современных технологий, являются «нестарящимися». Такие варисторы не ухудшают
своих характеристик при приложении напряжения. Активный ток и
рассеиваемая в них активная мощность со временем не только не
возрастают, а даже снижаются. Этот факт изготовители подтверждают испытанием на ускоренное старение в течение 1000 часов при
115OС. Однако следует сделать оговорку, что стандарты не запрещают использование деградирующих («старящихся») варисторов.
Современные варисторы не имеют кумулятивного эффекта при
нормированных импульсных воздействиях. Так, после прохождения 18–20 импульсов не наблюдается ухудшение характеристик
варисторов (рост активной мощности и пр.) в области малых
токов. Изменений не замечено и после воздействия нескольких
сотен импульсов. Импульсы к образцам варисторов прикладываются сериями по 3 импульса (методика стандарта МЭК) или по 6
импульсов (методика стандарта IEEE), а перед очередной серией
варисторы охлаждаются до окружающей температуры.
При контроле тока в заземляющем проводнике ОПН измеряется
ток, протекающий через нижний варистор. Величина токов через
паразитные емкости варисторного столба на землю соизмерима
с полным током для ОПН класса 110 кВ и выше, и доля их в общем
токе возрастает с ростом класса напряжения. Это снижает чувствительность метода, и пробой одного из варисторов в верхней
части ограничителя может остаться незамеченным.
Измерение тока проводимости ОПН при помощи датчиков тока и
соответствующего прибора, как это принято в настоящее время, может
привести в ряде случаев и к неверной оценке состояния аппарата.
Дело в том, что помодульное измерение тока в стационарных
условиях и измерение под рабочим напряжением в условиях, отличных от стационарной лаборатории, когда взаимное влияние фаз
аппаратов, ошиновки на аппараты, а также факт поднятия аппаратов
на определенную высоту, как правило, не менее 2,5 м, дают различные результаты. Так, при допустимом токе утечки 0,4 мА для модуля
ОПН-220 фактические данные измерений до монтажа помодульно и
после монтажа, при расположении ОПН-220 на высокой опоре, соотносятся как 0,35 мА/ 0,5–0,6 мА. К сожалению, в заводских инструкциях по эксплуатации этот вопрос опускается, и имеются случаи вывода
из-под рабочего напряжения совершенно здоровых фаз ОПН-220 с
соответствующими рекламациями к заводу-изготовителю.
Если и применять этот метод контроля состояния ОПН, то логика
действий при монтаже ОПН-110 и выше должна быть строго определенной:
- измерение тока проводимости ОПН помодульно и сравнение с заводскими испытаниями (допустимыми значениями);
- измерение тока проводимости при помощи датчика после монтажа и постановки под рабочее напряжение. Данное значение тока является опорной (контрольной) точкой для конкретной фазы аппарата и служит для наблюдения за динамикой при последующих (как правило, один раз в год) измерениях;
- в случае заметной положительной динамики следует применять дополнительные средства (тепловизионный контроль). При обнаружении подозрительных модулей необходимо снять рабочее напряжение и вернуться к помодульному измерению тока в стационарных условиях, когда сравнения с данными заводских испытаний являются корректными.
Таким образом, метод контроля тока в заземляющем проводнике
ОПН позволит лишь выявить дефекты изоляционной оболочки, а
также факт ее загрязнения (для негидрофобной изоляции). Кстати,
загрязнение и увлажнение изоляционной покрышки ОПН ведет к
росту паразитной емкости и увеличению неравномерности активной
нагрузки по высоте колонки варисторов.
А. Овсянников:
– В. Дмитриев справедливо критикует нормирование полного тока
и высказывает известные сомнения относительно нормирования токов
более высоких гармоник. В итоге формулируется правильный вывод
о необходимости выделять активную составляющую тока, хотя это
достаточно непросто реализовать на практике.
Можно даже усилить критику автора относительно измерения
полного тока, правда, с несколько иным уклоном.
Во-первых, ток поверхностной проводимости, по моему мнению, в
тех метеорологических условиях, в которых такие измерения должны
проводиться, особенно для ОПН с покрышкой из кремнийорганической резины, ничтожно мал. Напомним, что при осадках, тумане и
относительной влажности воздуха более 80% любые испытания и измерения запрещены. В таких условиях внешняя изоляция практически
не влияет на результаты измерений.
Во-вторых, измерения полного тока с нижнего фланца даже в сухом
состоянии имеют большую и неопределенную погрешность из-за влияния паразитной емкости нижнего фланца ОПН на его верхний фланец
с экраном и подключенные шины высокого напряжения. Даже те 0,4 мА,
которые указаны автором как пример паспортного значения нового
ОПН, определялись в большей степени этой паразитной емкостью.
Простым расчетом можно показать, что этот ток равен току, протекающему через конденсатор с емкостью 18 пФ при наибольшем
фазном напряжении, т.е. около 70 кВ. Предлагаю измерить ток через
реальную паразитную емкость электродной системы в отсутствие ОПН,
т.е. оставив только фланцы с ошиновкой. Ток будет близким к указанному значению. Более того, величина тока будет заметно меняться в
зависимости от размеров и взаимного расположения заземленных и
потенциальных частей. Например, если будет испытываться ОПН, стоящий на большой (по сравнению с его высотой) заземленной плоскости,
ток будет меньше, а если ОПН будет смонтирован на подножнике, как
он реально устанавливается в эксплуатации, то ток будет больше.
Предложение автора по использованию накладного дополнительного электрода в виде металлического кольца для измерений полного
тока оправдано тем, что кольцо играет роль экрана, перехватывающего основную долю тока через паразитную емкость. Конечно, при
испытаниях увлажненной и загрязненной поверхности рубашки ОПН
этот электрод может играть и роль «охранного кольца» для исключения
токов утечки по поверхности изоляции. Но тогда прикладываемое к
нему напряжение должно нормироваться не только по величине, но
и по сдвигу фазы относительно испытательного напряжения, а это
сделать непросто.
С учетом высказанных замечаний, конечно же, лучше контролировать ток с изолированного от фланца вывода, как это сделано в ОПН
Корниловского завода, и с тщательным экранированием измерительной цепи от паразитных токов (иногда их называют «токами влияния»).
Но надо понимать, что при этом мы теряем информацию о состоянии
изоляционной системы, что не всегда оправдано, т.к. известны случаи
повреждения ОПН из-за высокой проводимости стеклопластиковой
трубы. Либо же для контроля изоляции надо делать дополнительный
измерительный вывод.
ТЕПЛОВИЗИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ
Специалисты ЗАО «Феникс-88»:
– Контроль температуры ограничителя является интегральным
показателем состояния ОПН и наиболее эффективен при контроле
состояния в процессе эксплуатации. В идеале желательно контролировать и температуру варисторов, и температуру изоляционной
оболочки.
Автором даны рекомендации и предложена интерпретация результатов тепловизионного контроля. При оценке состояния ОПН можно
также рекомендовать использовать сравнение термограмм ограничителей рядом стоящих фаз ОПН. Интересный способ реализации
такого контроля температуры как оболочки, так и непосредственно
варисторов ОПН предложен фирмой Siemens. Это беспроводной
контроль температуры с помощью технологии поверхностной акустической волны с передачей результатов по радиоканалу.
А. Овсянников:
– По моему мнению, автор неправильно интерпретирует тепловизионные изображения ОПН, приведенные в статье. Простое пофазное
сравнение ОПН и соседних изоляционных конструкций практически
исключает мысль о влиянии токов поверхностной проводимости на
перегрев верхней части ОПН (R3 на рис. 4 в материале В. Дмитриева).
Не могут столь различно загрязняться и увлажняться внешние поверхности аппаратов одного присоединения.
Исходя из нашего опыта, по приведенным данным напрашивается
вывод именно о перегреве внутренней части ОПН. Другое дело, чем
он вызван. Бывает неправильный монтаж (или отсутствие) экранов,
который приводит к неравномерному распределению напряжения
по высоте ОПН. К сожалению, в отсутствие видимого изображения
аппаратов об этом приходится только догадываться. Но наиболее вероятной причиной является разгерметизация и увлажнение внутренней
полости: или трубы, или наполнителя (к примеру, кварцевого песка).
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Специалисты ЗАО «Феникс-88»:
1. Существующие методы контроля тока в заземляющем проводнике ОПН не позволяют установить факт ухудшения параметров
или даже повреждения одного из последовательно соединенных
варисторов в колонке ОПН классов свыше 110 кВ. Данный метод
позволяет выявлять дефекты изоляционной оболочки ограничителя
перенапряжений.
2. Наиболее эффективным и доступным на сегодняшний день способом оценки состояния ОПН может служить тепловизионный
контроль.
3. Идеология периодического контроля тока проводимости ОПН,
актуальная для первых, «старящихся» варисторов, либо должна
быть изменена, либо вообще отвергнута в случае применения в
аппаратах современных варисторов.
А. Овсянников:
– Из опыта Новосибирской СПБ электросетьсервиса браковка
любого более или менее сложного оборудования по одному параметру
чревата ошибками в диагнозе. Как правило, уверенность в правильности диагноза возникает только после подтверждения подозрений
в итоге дополнительных диагностических процедур, желательно
физически независимых по принципу действия.
В этом смысле сочетание измерений активной составляющей тока
проводимости и тепловизионного контроля ОПН дало бы значительно
большую уверенность в итоговых результатах.
Можно также сослаться на бразильский опыт применения нейронной сети для формирования вывода о состоянии ОПН [4]. В сеть
введены 4 параметра: ток, тренд изменений тока по результатам мониторинга, тепловизионные данные и измерения уровня радиопомех.
Каждый параметр имеет свои «весовые коэффициенты» в диапазоне
от 89,2% (ток) до 92,3% (радиопомехи). В итоге такого анализа точность отбраковки повысилась до 95%.
ЛИТЕРАТУРА
1. РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования.
2. S. Shirakawa. Maintenance of surge arrester by a portable arrester leakage
current detector // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1988. – V. 3. –
№ 3. – P. 998-1003.
3. New method for measurement of the resistive leakage currents of metaloxide
surge arresters in service / J.Lundquist, L.Stenstrom, A.Schel, B.
Hansen // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1990. – V. 5. – № 4. –
P. 1811-1822.
4. Helvo J.A. Martins and others. Intelligent Detection and Diagnosis of
Surge Arresters Faults Using Neural Network Techniques /Proc. of 15th
International Symposium on High Voltage Engineering, Beijing, China,
August 25-29, 2005. – P. B-54.
| 
|
