Анализ данных тепловизионного контроля электрооборудования в Колэнерго

В Колэнерго активно используется диагностика электрооборудования с помощью тепловизионной системы Termovision-487, имеющей высокие технические характеристики и позволяющей выявлять аномальные температурные состояния на энергообъектах в любое время года и при различ- ных нагрузках линий [1, 2]. Увеличение чувствительности современных тепловизоров позволяет определять перегрев до 0,1°С, осуществлять контроль электрооборудования при значениях токов, значительно отличающихся от номинальных, например, при токах, ниже 2 – 5% номинала. При этом условия испытаний различаются по температуре окружающей среды, скорости ветра, габаритах объектов и др. Для примера в таблице приведены отдельные экспериментальные данные для энергосистем Колэнерго.

Учитывая специфику работы энергосистем, в том числе при аварийных режимах, для принятия той или иной экспертной оценки операторам необходимо производить пересчет данных тепловизионного контроля, полученных при конкретных условиях испытаний. В частности, при анализе данных тепловизионного контроля, получаемых при относительно низких нагрузках, для экспертной оценки и выдачи рекомендации специалистам необходимо производить пересчет температурного перегрева на повышенное значение нагрузки, например, 50%, 100% или любое другое.

В [3] принято основное соотношение для перерасчета данных тепловизионого контроля на повышенную нагрузку

ãäå Tx – прогнозируемое превышение температуры поверхности объекта при номинальном токе Ií;To – наблюдаемое (измеряемое) превышение температуры поверхности объекта при реальном токе Iô.

Опыт эксплуатации тепловизионной техники при низких нагрузках (2 – 10% по току) и прогнозирования работы оборудования [1, 2], а также специально проведенные эксперименты [4] показывают, что на основе этих рекомендаций получа- ются заведомо неправильные (сильно завышенные) значения температурных перегревов. Подобные прогнозы могут быть оценены по результатам таблицы. Завышенные прогнозируемые данные приводят к неправильной экспертной оценке, выдаче некорректных рекомендаций, как правило, требующих аварийного или срочного ремонта, немотивированной остановке оборудования, расходованию дефицитных материалов и финансовых средств.

В [3] не содержатся рекомендации по учету влияния скорости ветра на температуру поверхности того или иного изделия, хотя влияние ветра очевидно. Данные, годами накапливаемые в энер-

гетических системах, не могут быть проанализированы и сравнены с другими источниками (в том числе данными, полученными в других энергосистемах) из-за многочисленных особенностей испытаний, проведенных в различное время года: напряжений, мощностей, токов, температуры, скорости ветра и других параметров окружающей среды.

Недостатки упрощенных методик и рекомендаций не позволяют оценить поведение материалов и конструкций в разных режимах эксплуатации, в частности, не позволяют прогнозировать повышение температуры и развитие дефектов контактных соединений со временем. Например, как сравнить измерения, проведенные сегодня в ветренную погоду при малых нагрузках, с данными, которые получены вчера, при повышенной нагрузке, пониженной температуре окружающей среды и отсутствии ветра?

Соотношение (1) не учитывает многие факторы, в частности, влияние ветровой нагрузки. Формулы, учитывающие влияние скорости ветра на результаты измерения, приводятся в различных источниках, например [5],

В Колэнерго производится обработка данных с помощью разработанной программы приведения данных тепловизионного контроля к единому критерию [6 и доклад Власова А. Б. на Девятой Международной конференции “Физика диэлектриков”, проходившей 17 – 22 сентября 2000 г. в Санкт-Пе- тербурге].

Программа учитывает тепловыделения, конвекционные потоки и излучение с поверхности, скорость ветра при испытаниях, позволяет не только оценить температурный перегрев отдельных дефектов и ненарушенной фазы, например, контактных соединений при различных токах и температуре, но и привести экспериментальные данные к нормированным (приведенным) значениям, например, при 20°С и 100%-ной (или 50%-ной) нагрузке, независимо от условий испытаний.

Параметры, рассчитываемые в программе, приведены далее.

Поверхности ненарушенного элемента

Расчетная температура поверхности фазы, °С

Расчетное превышение температуры фазы по отношению к воздуху, °С

Следует отметить, что при прогнозировании специалистами энергосистем соотношение (2) практически не используется ввиду его неопределенности; в самом деле, как сравнить данные, полученные при ветре с V2 = 1 ì c è V1 = 0?

Êдругим факторам, которые не учитываются,

ñразной степенью влияния можно отнести охлаждение объекта за счет излучения, влияние температуры на все физические параметры воздуха, температуры на электрическое сопротивление объекта, размеров изделия на процессы конвекции и др. Игнорирование перечисленных выше факторов негативно влияет на точность прогнозирования результатов тепловизионного контроля и, следовательно, на решения экспертов.

Относительная погрешность результата классического метода и результата расчета программы, %

Поверхности нарушенного элемента

Расчетная температура поверхности дефекта, °С

Расчетное превышение температуры дефекта по отношению к воздуху, °С

Классический расчет превышения температуры дефекта по отношению к воздуху (с учетом ветровой нагрузки или без нее), °С

Относительная погрешность результата классического метода и результата расчета программы, %

Относительные температуры дефект – фаза

Расчетное приращение температуры дефекта по отношению к фазе, °С

Классический расчет превышения температуры фазы по отношению к воздуху (с учетом ветровой нагрузки или без нее), °С

Для экспериментальной проверки работы программы были выполнены испытания по контролю температуры нихромового провода диаметром 1,5 мм, через который пропускался ток в диапазоне 0,1 – 20 А (Òî = 20°С, скорость ветра равна нулю). Примем силу тока 20 А за номинальное значение (100%); при этом получим, что изменение нагрузки составляет от 0,5 до 100% (по току). Подобный диапазон нагрузки реализуется и при тепловизионных испытаниях промышленного оборудования.

В эксперименте учитывалось приращение температуры провода Týêñï по отношении к окружающему воздуху. Увеличение силы тока приводит к резкому возрастанию приращения температуры нити (по отношению к температуре среды) от

Týêñï = 0,4°Ñ äî 407°Ñ (ðèñ. 1, кривая 1 ).

При токе 0,68 А ( 3%) экспериментальное значение превышения температуры Týêñï равно 1,3°С. Произведенный перерасчет приращения температуры по соотношению (1) от 3% нагрузки показывает, что при номинальном значении тока 20 А (100%) расчетное значение Tõ 1400°С превышает экспериментальное значение Týêñï более чем в 3,4 раза. При 50%-ной нагрузке (10 А) экспериментальное значение Týêñï 146°С, в то время как расчетное значение по формуле (1) равноTõ 400°С. Этими фактами подтверждаются сильно завышенные значения перегревов, рассчитываемые по соотношению (1), и как следствие, неадекватные экспертные оценки.

Аналогичный результат получается при перерасчете приращения температуры по соотноше-

нию (1) от значения Týêñï = 6,8°C ïðè òîêå 1,82 À (9%) (ðèñ. 1, кривая 2 ). Перерасчет приращения

температуры на 20 А (100%) дает значениеTõ 810°С, что в 2 раза больше, чем экспериментальное значение Týêñï = 407°Ñ.

Рассмотрим расчетные данные, получаемые с помощью анализируемой программы приведения (ðèñ. 1, кривая 3 ); в пределах погрешности расчетные данные Tð близки к экспериментальным величинам Týêñï при различных токах.

Анализ эксперимента показывает, что перерас- чет приращения температуры, произведенный с помощью программы, на любую, вплоть до 100%, нагрузку дает значения, близкие к экспериментальным.

Особый интерес представляет определение погрешности, с которой получаются расчетные данные по соотношению (1) и по программе приведения. Наибольшее влияние на прогнозирование оказывает погрешность определения разности температуры объект – среда в процессе экспериментальной тепловизионной съемки. Например, точность определения температуры при тепловизионных испытаниях в пределе может достигатьT = % 0,1°С, однако в реальности погрешность определения температуры может быть гораздо выше из-за специфики испытаний. Рассмотрим для примера значение погрешности измеренияT = % 1°Ñ.

Анализ экспериментальных и расчетных данных показывает, что при перерасчете приращений температуры по соотношению (1) от тока 1,82 А (9%) до 20 А (100%) прогнозируемое значение приращения температуры равно Tõ = (800 % % 200)°С при экспериментальном значении прира-

щения температуры Týêñï = (407 % 1)°С, т.е. классическое прогнозирование по формуле (1) на 100%

приводит не только к сильно завышенному значе- нию прогнозируемой температуры, но и к большой абсолютной погрешности; относительная погрешность равна примерно 25%.

Прогнозирование с помощью программы на 100% оценивает результат с достаточной степенью