Диагностика изоляторов. Важное место в обеспечении надежной эксплуатации устройств электроснабжения занимает современная и качественная диагностика изоляции сетей. На сегодняшний день не существует достаточно надежных методик дистанционного обнаружения дефектных изоляторов и технических средств, позволяющих эти методики реализовать. Фарфоровые тарельчатые изоляторы перед установкой испытываются напряжением 50 кВ промышленной частоты в течение 1 мин, далее мегаомметром на напряжение 2,5 кВ измеряется их сопротивление, которое должно быть не менее 300 МОм. Диагностирование изоляторов, находящихся в эксплуатации, производится приборами дистанционного контроля или измерительными штангами.
Рассмотрим, какие физические эффекты возникают в результате приложения к изолятору высокого напряжения. Из теории известно, что если к двум электродам, разделенным изолятором, приложить электрическое поле достаточной напряженности, то на поверхности или в теле изолятора образуется электропроводный слой, в котором возникает и развивается электрический разряд - стример. Возникновение и развитие разряда сопровождается генерацией колебаний в широком диапазоне частот (в инфракрасном, т.е. тепловом, звуковом, ультразвуковом диапазонах частот, в видимом спектре и в широком диапазоне радиочастот). Отсюда очевидно, что приемная часть устройства диагностики должна обнаруживать то или иное из перечисленных следствий образования и развития стримера. Полимерные изоляторы выходят из строя иными способами, чем фарфоровые или стеклянные изоляторы, и трудно определить состояние таких изоляторов в отсутствии каких-либо наблюдаемых физических дефектов типа трещин или почернения.
На ВЛ 110 кВ применяются только подвесные изоляторы; на ВЛ 35 кВ и ниже могут применяться как подвесные, так и штыревые изоляторы. При пробое изолятора в гирлянде, его диэлектрическая "юбка" разрушается и падает на землю в случае выполнения юбки из стекла, а при пробое фарфорового изолятора юбка остается целой. Поэтому неисправные стеклянные изоляторы видны невооруженным глазом, тогда как диагностика вышедших из строя фарфоровых изоляторов возможна только с помощью специальных приборов, например, прибора ультрафиолетовая диагностика "Филин".
Воздушные линии (ВЛ) электропередачи напряжением 35 кВ и выше являются основными в системах передачи электроэнергии. И поэтому дефекты и неисправности, происходящие на них, требуют немедленной локализации и устранения. Анализ аварий воздушных линий показывает, что ежегодно происходят многочисленные отказы ВЛ в результате изменения свойств материала проводов и их контактных соединений (КС): разрушение проводов из-за коррозии и вибрационных воздействий, истирание, износ, усталостные явления, окисление и др. Кроме того, с каждым годом растет число повреждений фарфоровых, стеклянных и полимерных изоляторов. Существует множество методов и систем для диагностики вышеперечисленных элементов, однако они, как правило, являются трудоемкими, обладают повышенной опасностью и, кроме того, требуют отключения оборудования от напряжения. Высокой производительностью характеризуется метод обследование ВЛ вертолетным патрулированием. За день работы (5 - 6 ч) осматриваются до 200 км линий. При вертолетном патрулировании проводятся следующие виды работ:
- тепловизионная диагностика ВЛ, изоляторов, контактных соединений и арматуры с целью выявления элементов, подвергающихся температурному нагреву вследствие возникающих дефектов
- ультрафиолетовая диагностика ВЛ, изоляторов, контактных соединений с целью обнаружения коронных разрядов на них
- визуальный контроль опор, изоляторов, контактных соединений (рисунок 5.9, используется видеокамера с высоким разрешением).
Применение тепловизоров позволяет намного упростить процесс контроля состояния разрядников, установленных на воздушных линиях 35, 110 кВ. На основе термограммы можно определять не только фазу разрядника с повышенным током проводимости, но и конкретный дефектный элемент, повлиявший на рост этого тока. Своевременная замена и ремонт дефектных элементов позволяет продолжить дальнейшую эксплуатацию разрядников.
Использование авиационных инспекций по мере развития технологий обследования увеличивается и в зарубежных странах. Например, фирма TVA работает над применением при авиационных инспекциях инфракрасных камер с высокой разрешающей способностью на стабилизированной подвеске и камеры DayCor для обнаружения короны на элементах ВЛ в дневное время, радара для
выявления гниющих деревянных опор и т.д. Образование короны на элементах ВЛ свидетельствует о замыканиях, трещинах или загрязнении керамических изоляторов или обрывах прядей проводов. При короне возникает слабое ультрафиолетовое излучение, которое нельзя увидеть в дневное время. Камера DayCor благодаря фильтру, пропускающему только ультрафиолетовое излучение в диапазоне длин волн 240 - 280 нм, позволяет обнаружить корону в дневное время.
Для оперативной диагностики состояния опорно-стержневых изоляторов и керамики высоковольтных вводов используется малогабаритный переносный вибродиагностический прибор «Аякс-М». Для получения диагностической информации на башмак опорного изолятора оказывается ударное воздействие, после чего в нем возбуждаются резонансные колебания. Параметры этих колебаний связаны с техническим состоянием изолятора. Появление дефектов любого типа приводит к снижению частоты резонансных колебаний и увеличению скорости их затухания. Для устранения влияния резонансных колебаний конструкций, связанных с изолятором, регистрация вибраций производится после двух ударов – по верхнему и нижнему башмакам изолятора. На основании сравнения спектров резонансных колебаний при ударе по верхней и нижней частям изолятора производится оценка технического состояния и поиск дефектов.
При помощи прибора «Аякс-М» можно проводить диагностику состояния опорной изоляции и поиск дефектов следующих типов: наличие трещин в керамике изолятора или местах заделки керамики в опорные башмаки; наличие пористости в керамике изолятора; определение коэффициента технического состояния изолятора. По итогам диагностики определяются категории состояния изолятора – «требует замены», «требует дополнительного контроля» или «может эксплуатироваться». Зарегистрированные параметры состояния изолятора могут быть записаны в долговременную память прибора и, в дальнейшем, в память компьютера для хранения и обработки. При помощи дополнительной программы, можно проводить оценку изменения параметров изолятора от измерения до измерения. При помощи прибора может производиться диагностика состояния изоляторов практически любого типа и марки.
Для оценки состояния вентильных разрядников используются следующие испытания:
измерение сопротивления;
измерение тока проводимости при выпрямленном напряжении;
измерение пробивного напряжения;
тепловизионный контроль.
Для оценки состояния ограничителей перенапряжений используются следующие испытания:
измерение сопротивления;
измерение тока проводимости;
тепловизионный контроль.
Диагностика проводов. Для определения возможных проблемных мест на линиях электропередачи, возникающих из-за вибрации, используется прибор для контроля и анализа вибрации проводов линий электропередачи. Прибор позволяет оценивать на месте в реальных погодных условиях характеристики вибрации линий электропередачи с различной конструкцией, натяжением проводов и техническим обеспечением, определять номинальный срок службы проводов, подвергающихся вибрации. Прибор представляет собой вибрационный инструмент, использующийся на месте для контроля и анализа вибрации проводов воздушных линий электропередачи под действием ветра. Он измеряет частоты и амплитуды всех циклов вибрации, сохраняет данные в матрице с высокой четкостью и обрабатывает результаты для обеспечения оценки средней продолжительности срока службы исследуемых проводов. Методы измерения и оценки основываются на международном стандарте IEEE и процедуре CIGRE. Устройство может быть установлено непосредственно на провод около любого типа зажимов. Прибор состоит из калиброванного кронштейна лучевого сенсора, пристегивающегося к зажиму провода, который поддерживает короткий корпус цилиндрической формы. Чувствительный элемент в контакте с проводом передает движение на сенсор. Внутри корпуса располагаются микропроцессор, электронная цепь, источник питания, дисплей и температурный сенсор. Использование амплитуды изгиба (Yb) в качестве параметра измерения для оценки жесткости вибрации провода является хорошо признанной практикой. Измерение дифференциального смещения на 89 мм от последней точки контакта между проводом и металлическим подвесным зажимом является исходным положением стандартизации IEEE измерений вибрации проводов. Сенсор - консольная балка, чувствует изгиб провода вблизи подвесных или аппаратных зажимов. Для каждого цикла вибрации датчики деформации генерируют выходной сигнал, пропорциональный амплитуде изгиба провода. Данные о частоте и амплитуде вибрации сохраняются в матрице амплитуда/частота в соответствии с количеством событий. В конце каждого периода контроля встроенный микропроцессор рассчитывает индекс номинального срока службы провода. Это значение сохраняется в памяти, после чего микропроцессор возвращается в режим ожидания следующего запуска. Доступ к микропроцессору может быть напрямую получен с любого терминала ввода-вывода или компьютера через линию связи RS-232.
Дефектоскопия проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи. Надежность ВЛ зависит от прочности стальных канатов, используемых в качестве токоведущих, несущих элементов в комбинированных проводах, грозозащитных тросов, оттяжек. Контроль технического состояния ВЛ и ее элементов основывается на сравнении выявленных дефектов с требованиями норм и допусками, приведенными в проектных материалах обследуемой ВЛ, в государственных стандартах, ПУЭ, СНиП, ТУ и других нормативных документах. Состояние проводов и тросов обычно оценивается при визуальном осмотре. Однако такой метод не позволяет выявлять обрывы внутри проводов. Для достоверной оценки состояния проводов и тросов ВЛ необходимо применять неразрушающий инструментальный метод с помощью дефектоскопа, который позволяет определить как потерю их сечения, так и внутренние обрывы проволок.
Тепловой метод диагностики ВЛ. Обнаружить утечку тепла и предотвратить аварию, связанную с перегревом на воздушных линиях, можно на самых ранних этапах его появления. Для этой цели используются тепловизоры или пирометры.
Оценка теплового состояния токоведущих частей и изоляции ВЛ в зависимости от условий их работы и конструкции осуществляется:
- по нормированным температурам нагрева (превышениям температуры);
- избыточной температуре;
- динамике изменения температуры во времени;
- с изменением нагрузки;
- путем сравнения измеренных значений температуры в пределах фазы, между фазами, с заведомо исправными участками.
Предельные значения температуры нагрева и ее превышения приводятся в регламентирующих директивах РД 153-34.0-20363-99 "Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ", а также в "Инструкции по инфракрасной диагностике воздушных линий электропередач".
Для контактов и контактных соединений расчёты ведут при токах нагрузки (0,6 - 1,0) Iном после соответствующего пересчета. Пересчет превышения измеренного значения температуры к нормированному осуществляется исходя из соотношения:
, (2.5)
где ΔТном- превышение температуры приIном;
ΔТраб - превышение температуры при Iраб;
Для контактов при токах нагрузки (0,3 - 0,6) Iном оценка их состояния проводится по избыточной температуре. В качестве норматива используется значение температуры, пересчитанное на 0,5 Iном. Для пересчета используется соотношение:
, (2.6)
где: ΔТ0,5 - избыточная температура при токе нагрузки 0,5 Iном.
Тепловизионный контроль оборудования и токоведущих частей при токах нагрузки ниже 0,3 Iном не эффективен для выявления дефектов на ранней стадии их развития. Дефекты, выявленные при указанных нагрузках, следует относить к дефектам при аварийной степени неисправности. И незначительную часть дефектов следует относить к дефектам с развивающейся степенью неисправности. Следует отметить, что не существует оценки степени неисправности дефектов на косвенно перегреваемых поверхностях оборудования. Косвенные перегревы могут быть вызваны скрытыми дефектами, например трещинами, внутри изоляторов разъединителя, температура которых измеряется снаружи, при этом часто дефектные части внутри объекта бывают очень горячими и сильно обгоревшими. Оборудование с косвенными перегревами следует относить ко второй или третьей степени перегрева. Оценку состояния соединений, сварных и выполненных обжатием, следует производить по избыточной температуре.
Проверка всех видов проводов воздушных линий электропередачи тепловизионным методом проводится:
- вновь вводимых в эксплуатацию ВЛ - в первый год ввода их в эксплуатацию при токовой нагрузке не менее 80 %;
- ВЛ, работающих с предельными токовыми нагрузками, или питающих ответственных потребителей, или работающих в условиях повышенных загрязнений атмосферы, больших ветровых и гололедных нагрузках - ежегодно;
- ВЛ, находящихся в эксплуатации 25 лет и более, при отбраковке 5 % контактных соединений - не реже 1 раза в 3 года;
- остальных ВЛ - не реже 1 раза в 6 лет.
Ультразвуковая диагностика опор ВЛ. Оценка состояния железобетонных опор ультразвуковым прибором поверхностного прозвучивания. Постоянное наблюдение за состоянием опор ВЛ позволяет не только предотвратить аварии, но и существенно повысить рентабельность эксплуатации электрических сетей, выполняя ремонт лишь тех опор, которые действительно нуждаются в ремонте или замене. Значительная доля опор ВЛ в нашей стране и за рубежом выполнено из железобетона. Распространенным видом железобетонной опоры является стойка в виде толстостенной трубы, изготовленная методом центрифугирования. Под воздействием климатических факторов, вибрации и рабочей нагрузки бетон стойки меняет структуру, растрескивается, получает различные повреждения и в результате стойка постепенно теряет свою несущую способность. Поэтому для определения необходимости замены стойки требуются регулярные обследования всех стоек электрических сетей. Такие обследования предотвращают также излишнюю отбраковку опор.
Возможность объективной оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор основана на том, что с изменением структуры бетона и появлением в нём дефектов происходит ухудшение прочности бетона, которое проявляется в уменьшении скорости распространения ультразвуковых колебаний. Причём, в силу конструктивных особенностей стоек и характера нагрузок на них, изменения свойств бетона в направлениях вдоль и поперёк стойки оказываются неодинаковыми: скорость ультразвука в поперечном направлении со временем снижается быстрее, что, по-видимому, можно объяснить повышением концентрации микротрещин с преимущественно продольной ориентацией. По изменению величин скоростей распространения ультразвука вдоль и поперёк стойки в процессе её эксплуатации, а также по их отношению можно судить о степени потери несущей способности стойки и принимать решение о её замене.
В качестве основного измерительного средства при контроле опор ВЛ используется ультразвуковой тестер УК 1401, предназначенный для измерений времени и скорости распространения продольных ультразвуковых волн в твёрдых материалах при поверхностном прозвучивании на постоянной базе 150 мм. Ультразвуковой тестер представляет собой малогабаритный электронный блок с цифровым индикатором результатов измерений и двумя ультразвуковыми преобразователями с сухим акустическим контактом. Контроль опор проводят при поверхностном прозвучивании материала стойки в двух взаимно перпендикулярных направлениях (поперёк и вдоль оси стойки) в одном или нескольких её местах, в зависимости от типа и степени её повреждения. Способ поверхностного прозвучивания позволяет вести контроль в любых местах стоек. При контроле выполняют по три измерения времени рас 
пространения ультразвука между преобразователями тестера в каждом направлении и определяют средние значения этих измерений. По полученному среднему значению времени распространения ультразвука в поперечном направлении ("показателю П1") и по его отношению к времени распространения ультразвука в продольном направлении ("показателю П2") оценивают фактическую несущую способность опоры. На основе накопленного опыта оценки состояния стоек опор различных типов установлены предельные значения показателей П1 и П2, при достижении которых опоры необходимо заменять. Ультразвуковые приборы применяются также для определения состояния деревянных опор.
Электромагнитный дефектоскоп для контроля проводов и тросов «Интрос». Проблем неразрушающего контроля проводов и тросов ВЛ решается применением разработанного и выпускаемого ООО «Интрон Плюс» (г. Москва) двухканального электромагнитного дефектоскопа «Интрос». Дефектоскоп «Интрос» предназначен для контроля канатов круглого сечения диаметром 6 – 64 мм и плоских канатов шириной до 233 мм и толщиной до 38 мм. Прибор применяется в двух режимах: при контроле в реальном времени и с запоминанием и обработкой данных контроля.
Переносной прибор для поиска места однофазных замыканий на землю в сетях напряжением 6 - 35 кВ "Квант". Прибор предназначен для определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6 - 35 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью, но может использоваться также для поиска обрывов, повреждения изоляции опор и дистанционного контроля тока нагрузки и напряжения в сетях 0,4 кВ. Кроме того, прибор позволяет обнаружить хищение электроэнергии в быту бесконтактным способом.
Прибор "Квант" обеспечивает:
- контроль тока нагрузки на воздушных линиях электропередач (ВЛ) 0,4 - 35 кВ;
- контроль наличия напряжения на ВЛ 6 - 35 кВ;
- определение места однофазного замыкания на землю в сетях 6 - 35 кВ;
- определение места обрыва провода в сетях 6 - 35 кВ;
- определение опоры, находящейся под напряжением 6 - 35 кВ;
- световую проверку исправности обесточенных предохранителей или целостности электрической цепи.
Контроль наличия напряжения 6 - 35 кВ осуществляется с помощью встроенной электрической антенны. Электрической антенной служит металлическая пластина, расположенная в передней части прибора.
Контроль тока нагрузки ВЛ осуществляется с помощью магнитного датчика. Магнитным датчиком служит катушка индуктивности с разомкнутым стержневым ферритовым сердечником, которая расположена в правой части прибора. Определение места замыкания на землю в сетях 6 - 35 кВ основано на измерении вблизи ВЛ уровня высших гармонических составляющих магнитного поля тока нулевой последовательности с помощью магнитного датчика, настроенного, в этом режиме, на частоту 550 Гц.
Ультрафиолетовый дефектоскоп "Филин - 6". Электронно-оптический дефектоскоп "Филин - 6" преобразует ультрафиолетовое излучение разрядных процессов в видимое и совмещает его на экране с изображением объекта контроля в видимом спектре. Выявляет такие дефекты, как:
-·нарушение заделки опорных изоляторов и наличие поверхностных микротрещин фарфора;
-·наличие и оценка степени загрязнения любых изоляторов;
-·нарушение целостности жил проводов ВЛ;
-·пробитые (нулевые) фарфоровые изоляторы в гирлянде;
-·дефекты монтажа подвесок, внутрифазовых распорок ВЛ, разделки кабелей, контактных соединений и многие другие.
Камера позволяет проводить обследования и при движении со скоростью до 250 км/ч, работать при освещенности до 100 лк, то есть в пасмурный день либо сразу после захода солнца.