Анализ аварийных разрядов на шинах подстанций и их решения

1. Методы обнаружения разрядов шин

1.1 Испытание на сопротивление изоляции

Испытание на сопротивление изоляции является простым и широко используемым методом в испытаниях электрической изоляции. Оно очень чувствительно к дефектам проникающего типа, общему поглощению влаги и поверхностному загрязнению — условиям, которые обычно приводят к значительному снижению значения сопротивления. Однако оно менее эффективно для обнаружения локального старения или частичных разрядных неисправностей.

В зависимости от класса изоляции оборудования и требований к испытанию, обычные приборы для измерения сопротивления изоляции используют выходное напряжение 500 В, 1000 В, 2500 В или 5000 В.

1.2 Испытание на выдержку переменным напряжением промышленной частоты

Испытание на выдержку переменным напряжением заключается в применении высокого переменного напряжения, превышающего номинальное напряжение оборудования, к изоляции на определенное время (обычно 1 минуту, если не указано иное). Этот тест эффективно выявляет локальные дефекты изоляции и оценивает способность изоляции выдерживать перенапряжения в реальных условиях эксплуатации. Это наиболее реалистичный и решительный тест на изоляцию для предотвращения отказов изоляции.

Однако это разрушающий тест, который может ускорить существующие дефекты изоляции и вызвать кумулятивное ухудшение. Поэтому уровни испытательного напряжения должны тщательно выбираться в соответствии с ГОСТ 50150–2006 Правила приемки электрооборудования в электромонтажных проектах. Нормы испытаний для фарфоровой и твердой органической изоляции показаны в таблице 1.

Таблица 1: Нормы испытаний на выдержку переменным напряжением для фарфоровой и твердой органической изоляции

Существуют различные методы испытаний на выдержку переменным напряжением, включая испытания промышленной частотой, последовательный резонанс, параллельный резонанс и последовательно-параллельный резонанс. Для испытаний на разряды шин достаточно стандартного испытания на выдержку переменным напряжением промышленной частоты. Конфигурация испытательной установки должна определяться в зависимости от испытательного напряжения, мощности и доступного оборудования, обычно используется полный комплект высоковольтного испытательного оборудования переменного тока.

1.3 Инфракрасное испытание

Все объекты с температурой выше абсолютного нуля непрерывно излучают инфракрасное излучение. Количество инфракрасной энергии и ее распределение по длине волны тесно связаны с температурой поверхности объекта. Измеряя это излучение, инфракрасная термография может точно определить температуру поверхности, что составляет научную основу измерения температуры инфракрасным методом.

С точки зрения инфракрасного мониторинга и диагностики, неисправности высоковольтного оборудования можно разделить на две категории: внешние и внутренние. Внешние неисправности происходят на открытых участках и могут быть напрямую обнаружены с помощью инфракрасных приборов. Внутренние неисправности, однако, скрыты внутри твердой изоляции, масла или корпусов и трудно обнаруживаются напрямую из-за блокировки изоляционными материалами.

Инфракрасная диагностика разрядов шин включает измерение температуры, расчет относительной разницы температур (с учетом окружающей температуры) и сравнение с нормально работающими шинами. Это позволяет интуитивно определить места перегрева и разрядов.

2. Применение новых технологий

2.1 Технология ультрафиолетового (УФ) изображения

Когда локальное электрическое напряжение на заряженном оборудовании превышает критический порог, происходит ионизация воздуха, что приводит к коронному разряду. Высоковольтное оборудование часто испытывает разряды из-за плохого проектирования, производства, установки или обслуживания. В зависимости от силы электрического поля это может привести к коронному разряду, пробою или дуге. Во время разряда электроны в воздухе получают и отдают энергию, излучая ультрафиолетовое (УФ) свет, когда энергия освобождается.

Технология УФ-изображения обнаруживает это УФ-излучение, обрабатывает сигнал и наложивает его на видимое изображение, отображаемое на экране. Это позволяет точно определить местоположение и интенсивность коронного разряда, предоставляя надежные данные для оценки состояния оборудования.

2.2 Ультразвуковое испытание (УЗИ)

Ультразвуковое испытание (УЗИ) является переносимым, неразрушающим методом промышленного контроля. Оно позволяет быстро, точно и безвредно обнаруживать, локализовать, оценивать и диагностировать внутренние дефекты, такие как трещины, пустоты, пористость и примеси, как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Ультразвуковые волны — это упругие волны, которые распространяются через газы, жидкости и твердые тела. Они классифицируются по частоте: инфразвук (<20 Гц), слышимый звук (20–20 000 Гц), ультразвук (>20 000 Гц) и гиперзвук. Ультразвук ведет себя подобно свету в отношении отражения и преломления.

При распространении ультразвуковых волн через материал, изменения акустических свойств и внутренней структуры влияют на распространение волн. Анализируя эти изменения, ультразвуковое испытание оценивает свойства материала и целостность конструкции. Общие методы включают пропускание, эхо-импульсный и парный методы.

Цифровые ультразвуковые дефектоскопы излучают ультразвуковые волны в испытуемый объект и анализируют отражения, эффект Доплера или передачу, чтобы получить внутреннюю информацию, которая затем обрабатывается в изображения. Эта технология высокоэффективна для оценки состояния изоляции работающих высоковольтных шин.

3. Специальные решения для разрядов высоковольтных шин

Если аномальный разряд высоковольтных шин не будет своевременно устранен, это может привести к перегреву изоляции, окончательному отказу изоляции и даже крупным отключениям. Поэтому неисправности разрядов необходимо быстро устранять и предотвращать их возникновение.

3.1 Строгое проведение пуско-наладочных и приемочных испытаний

Многие неисправности разрядов шин возникают из-за плохого качества работы или недостаточной ответственности при строительстве. Персонал, проводящий испытания, должен строго следовать кодексам и стандартам при приемочных испытаниях нового оборудования, выявлять потенциальные риски разрядов на ранней стадии и устранять их до ввода в эксплуатацию.

3.2 Замена старых изоляторов шин

Большинство операционных разрядов шин вызваны старением опорных изоляторов. Необходимо вести детальный учет, и заменять изоляторы в зависимости от срока службы, чтобы обеспечить достаточную прочность изоляции.

3.3 Комплексный анализ с использованием испытаний на изоляцию и диагностических тестов

Испытания на изоляцию могут эффективно обнаруживать серьезные разрядные неисправности. Однако для ранних или скрытых разрядов требуются продвинутые диагностические методы, такие как инфракрасное изображение, УФ-изображение и ультразвуковое испытание, для раннего обнаружения и вмешательства. Поэтому необходим комплексный анализ, сочетающий как испытания на изоляцию, так и диагностические тесты, для эффективного предотвращения и смягчения неисправностей разрядов шин.