Диагностика изоляции на основе спектроскопии диэлектрических характеристик
Статья посвящена новому методу диагностики изоляции электрооборудования, в основу которого положено измерение диэлектрических свойств изоляции на дискретных частотах от 0,0001 до 1000 Гц.
Испытания изоляции
Сложившаяся система технического обслуживания и ремонтов высоковольтного электрооборудования базируется, как правило, на проведении периодических плановых работ, то есть в ее основе – обслуживание по истечении заданного периода времени. Такая система не всегда является оптимальной ибо приводит, во первых, к снижению надежности из-за неоправданных отключений оборудования, а во вторых, к дополнительным затратам на замену комплектующих, ресурс которых еще не исчерпан. Основное направление оптимизации – переход на систему ремонтов по фактическому состоянию, когда сроки проведения и объем ремонта определяются состоянием оборудования. Но в этом случае требуется эффективная система технической диагностики оборудования, и в особенности - его изоляции.
Снижение электрической прочности изоляции определяется большим числом различных воздействий и является случайным процессом. Поэтому основной задачей технической диагностики является выявление объекта, вероятность отказа изоляции которого в период времени до следующего диагностического обследования выше некоторого критического значения. И только в редких случаях диагностика позволяет выявить наличие явного дефекта, который неизбежно приведет к повреждению оборудования в межиспытательный период. Из вышесказанного вытекает потребность в проведении дополнительных испытаний изоляционных конструкций с помощью методов, не включенных в «Объем и нормы испытаний электрооборудования». Наличие дополнительной информации о состоянии изоляции дает возможность более точно представить процессы, происходящие в изоляционной конструкции, и позволяет, с одной стороны, исключить эксплуатацию оборудования, находящегося в критическом состоянии, а с другой – избежать неоправданных затрат на ремонт вполне работоспособного оборудования.
К числу таких дополнительных испытаний следует отнести измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg) и емкости на дискретных частотах от 0,0001 до 1000 Гц. Такими возможностями обладает система диагностики изоляции производимая шведской компанией Programma Electric, входящей в состав корпорации General Electric. Совместив воедино уникальные технологии, ранее применявшиеся лишь в стационарных лабораториях заводов - изготовителей высоковольтного оборудования, с компактностью и простотой управления Programma Electric смогла предложить для использования в полевых условиях мобильный прибор IDA-200.
Используя в качестве испытательного достаточно безопасное низкое напряжение (до 200 В амплитуда), IDA-200 обеспечивает очень высокую достоверность результатов за счет синусоидальности генерируемого напряжения и высокой точности измерительных контуров, а также высокую помехоустойчивость за счет проведения измерений в широком диапазоне частот и использования принципа активной фильтрации. Кроме того, для диагностики кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена и с бумажно-масляной изоляцией возможно использование прибора IDA-200 совместно с высоковольтным блоком, обеспечивающим подачу на испытуемый объект напряжения амплитудой до 30 кВ. Использование высокого напряжения позволяет идентифицировать локальные дефекты в изоляции кабелей, появляющиеся, зачастую, ещё на стадии монтажа и прогрессирующие в ходе эксплуатации кабеля вплоть до наступления пробоя. К их числу относятся пузырьки воздуха в изоляционной конструкции соединительных муфт; местное увлажнение изоляции из-за нарушения целостности оболочки; так называемое «водяное дерево», вызванное частичными разрядами в области концентрации влаги в полиэтиленовой изоляции и т.д.
Результаты измерений характеристик изоляции могут быть представлены в виде графиков, удобных для анализа и сопоставления с уже существующими результатами измерений на аналогичных объектах. Сравнивая же полученные результаты с результатами предыдущих измерений можно четко проследить тенденцию ухудшения или улучшения изоляционных свойств материалов, обеспечивающих электрическую прочность оборудования. При этом IDA-200 имеет возможность реализовать как традиционные схемы измерения, так и схемы без заземления измеряемого объекта. Это позволяет, например, измерять изоляцию между обмоткой высшего и обмоткой низшего напряжения силового трансформатора, исключив влияние на получаемые результаты изоляции обмоток относительно заземленных частей и бака трансформатора.
Особо преимущества измерения диэлектрических характеристик в широком диапазоне частот проявляются при испытании силовых и измерительных трансформаторов с бумажно-масляной изоляцией: полученные кривые зависимостей tg и емкости от частоты испытательного напряжения могут быть обработаны с помощью специальной программы. Программа подбирает параметры модели межобмоточной изоляции таким образом, чтобы её расчетная характеристика наиболее точно совпадала с параметрами, полученными в результате измерения. При этом определяются такие важные показатели состояния изоляции трансформатора как влагосодержание бумаги и диэлектрическая проницаемость масла. Как известно эти показатели позволяют объективно оценить процессы, происходящие в изоляции электрооборудования, и максимально корректно спрогнозировать дальнейшую работоспособность изоляционной конструкции.
Не менее широкие возможности открываются при использовании IDA-200 для оценки состояния высоковольтных вводов с бумажно-масляной и с твердой изоляцией. Так, использование IDA-200 при диагностике вводов типа ГБТМ–220/2000, установленных на автотрансформаторе одной из подстанции электрических сетей ОАО Ростовэнерго, позволило идентифицировать дефектный ввод. Основная изоляция ввода фазы А характеризуется повышенными диэлектрическими потерями в области частот от 2 Гц до 200 Гц – кривая tg имеет ярко выраженный горб в области этих частот. Наиболее вероятной причиной такого вида кривой tg является изменение структуры бумаги в нижней части изоляционного остова вследствие повреждения её частичными разрядами.
На основании изложенного можно сделать вывод о целесообразности использования диагностического комплекса IDA-200 для оценки состояния изоляции высоковольтного оборудования. IDA-200 проста и безопасна в эксплуатации, результаты измерения представляются в удобном для обработки виде и представляют широкие возможности обслуживающему персоналу для анализа фактического состояния электрооборудования.
