3. Методы диагностики тт и тн
3.1. Тепловизионный контроль
Проводимый тщательно, со знанием конструкции контролируемого аппарата, тепловизионный контроль позволяет отбраковывать ИТ, предваряя аварии. Так на ПС 330 кВ «Окуловка» (МЭС «Северо-Запада») нагрев рубашек ТТ ТФКН-330 на 1,0-2,2 °С был вызван повышенным tgδ изоляции с образованием газов в масле, в то время как физикохимические характеристики масла были ниже норм (рис. 1).
Рис. 1. Термограмма тепловизионного контроля группы ТТ U-образной конструкции (наиболее нагретая – фаза А)
3.1.1. Основные недостатки существующей системы контроля
Анализ опыта эксплуатации ИТ в сетях МЭС «Северо-Запада» выявил недостатки системы контроля состояния изоляции этих аппаратов в эксплуатации.
Измерение tgδ изоляции и емкости при 10 кВ на остывшем ТТ недостаточно чувствителен для своевременно выявления развивающихся повреждений.
До сих пор практически не находят применения методы контроля изоляции без снятия напряжения. На подстанциях 330-750 кВ отсутствуют устройства присоединения; испытатели не владеют методиками даже там, где эти устройства есть.
Тепловизионный контроль распространен более широко, но часто выполняется без учета конструктивных особенностей ИТ и не всегда тщательно.
3.2. Хроматографический анализ трансформаторного масла
Передвижные испытательные лаборатории подстанций оборудованы устаревшими морально и физически измерительными мостами (Р-5026) и мегаомметрами (Ф-4000/5) с недостаточно высокой точностью, неустойчивыми к помехам.
Не решен вопрос об отборе проб масла из всех ТТ, в то время как анализ масла, в отсутствие контроля под рабочим напряжением, остается практически единственным способом выявления развивающихся повреждений.
ПС, где проводят хроматографический анализ растворенных в масле газов для ИТ даже классов напряжения 330 кВ и выше, являются исключением. Не разработаны нормативы для ИТ на содержание газов, растворенных в масле.
На подстанциях, как правило, проводят только предписанные нормами испытания и измерения характеристик, а не анализируют результаты, то есть не занимаются собственно диагностикой состояния изоляции аппаратов.
3.2.1. Направления усовершенствования системы контроля и диагностики
Широкое внедрение методов контроля под рабочим напряжением (tgδ изоляции, небаланс тока утечки в трехфазной группе, измерение ЧР, сканирование теплового поля и т.д.). Эти методы повышают чувствительность измерений к развивающимся дефектам за счет контроля изоляции в рабочих условиях, как по напряжению, так и по температуре. Поскольку для таких измерений не требуется перерыва в энергоснабжении, их при необходимости можно повторять как угодно часто.
Разработка и внедрение устройств для присоединения измерительной аппаратуры современного уровня для контроля изоляции под рабочим напряжением
Внедрение отечественной аппаратуры для измерения ЧР нового поколения, с компьютерной обработкой данных, которая позволяет выделить сигнал ЧР на фоне помех. Такая аппаратура разработана, но существует в нескольких экземплярах. Есть успешный опыт измерений ЧР, например, аппаратурой СибНИИЭ, системой СКИ-2 в «Ленэнерго».
Оснащение передвижных испытательных лабораторий, в соответствии с современным уровнем развития измерительной техники:
– источником напряжения, близкого к рабочему напряжению испытуемого оборудования;
– измерителями или мостами для измерения характеристик изоляции при условиях, близких к рабочим;
– приборами для контроля сопротивления изоляции с верхним пределом измерения на уровне ГОм и т.д.
Широкое внедрение хроматографического анализа растворенных в масле газов для диагностики как развивающихся ЧР (Н2 и СН4, С2Н2), поскольку измерение ЧР в условиях действующих подстанций пока весьма сложно из-за помех, так и теплового старения и перегревов изоляции (СО, CO2, их соотношение).
Разработка единых методических указаний по контролю ИТ в эксплуатации с учетом, класса напряжения и конструктивных особенностей эксплуатируемых аппаратов на основе всех действующих нормативных документов и накопленного в эксплуатации опыта.
3.3. Создание на ПС оснащенных специализированных служб и подготовка персонала
Включение в обязанности персонала ПС проведение диагностики (анализа) состояния изоляции путем сравнения результатов контроля с результатами: предыдущих измерений на данной фазе; измерений на соседних фазах; заводских и монтажных измерений; с предельно допустимыми значениями по действующим нормам РД и инструкциям по эксплуатации. При этом следует совместно рассматривать результаты контроля всех характеристик аппарата.
Для выявления дефектов изоляции, сопровождающихся частичными разрядами внутри измерительных трансформаторов, акустический метод является наиболее эффективным неразрушающим методом диагностики под рабочим напряжением. Измерительные трансформаторы тока типа ТФРМ-330,500,750 являются одними из наиболее аварийных в России в настоящее время.
Как показывает практика, существующие методы контроля состояния ТТ не позволяют выявить аварийные трансформаторы. Поэтому НПО «Техносервис-Электро» разработало акустический регистратор частичных разрядов с радиоканалом и применяет его на практике.
Контрольная точка, в которой следует обнаружить звук от частичных разрядов в изоляции ТФРМ-500, находится на боковой поверхности бака трансформатора. Это связано с тем, что наиболее вероятное место появления частичных разрядов – это изоляция вторичной обмотки в верхней части (рис. 2).
Рис. 2. Эскиз конструкции ТФРМ 500
Применяемый для регистрации разрядных процессов акустический зонд с радиоканалом проверялся в условиях испытательной станции ЗЗВА (завода-изготовителя ТФРМ-500). При непродолжительных разрядных процессах, возникавших в изоляции трансформатора тока, удалось установить, что акустический регистратор разрядных процессов с радиоканалом разработки НПО «ТЕХНОСЕРВИС-ЭЛЕКТРО» позволяет регистрировать разряды в изоляции измерительных трансформаторов тока типа ТФРМ не только аварийного уровня, но и уровня, допустимого при заводских испытаниях новой продукции (несколько пикокулон). Это соответствует зажиганию индикатора первого уровня в приемнике акустического регистратора.
Аварийные разрядные процессы вызывают зажигание всех пяти уровней.
Установка акустического регистратора разрядных процессов с радиоканалом производится с помощью оперативной штанги ШОУ 500 (рис. 3).
Рис. 3. Установка акустического регистратора разрядных процессов
Вид датчика акустического регистратора разрядных процессов с радиоканалом приведен на рис. 3. Конструктивно акустический регистратор разрядных процессов с радиоканалом представляет собой два малогабаритных переносных устройства – датчик, состоящий из акустического регистратора частичных разрядов РЧР с радиопередатчиком и магнитным креплением (рис. 4).
Рис.4. Датчик акустического регистратора разрядных процессов с радиоканалом. Вид сверху
Сигналы от акустического регистратора разрядных процессов с радиоканалом принимаются приемником и передаются в компьютер. С помощью компьютера проводится анализ уровня ультразвуковых сигналов, и в соответствии с указанными нормами определяется наличие аварийных процессов. Уровень обнаруженного ультразвукового излучения отображается пятью дискретными световыми сигналами. Минимально обнаружимый уровень ультразвукового давления 0,04 Па в полосе частот 60-130 кГц вызывает зажигание первого индикатора из пяти в программе обработки сигнала приемника. Соотношение уровней индикации со звуковым давлением: 1 уровень – 0,04 Па, 2 уровень – 0,08 Па, 3 уровень – 0,16 Па, 4 уровень – 0,32 Па, 5 уровень – 0,64 Па. Примерное соотношение индицируемого звукового давления и заряда искрового разряда:
– 0,04-0,4 Па (разряды начального уровня 20-300 пКл);
– 0,2-2 Па (разряды высокой интенсивности 300 пКл – 10 нКл).
Если измерительные трансформаторы имеют заземленный бак, их акустическое обследование проводится прибором «Дельфин». Например, в Сербии было выявлено около 80 предаварийных трансформаторов тока.
4. CT-RELAY – СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ИЗОЛЯЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
Стационарная система контроля изоляции марки «CT-Relay» (CurrentTransformerRelay) (рис. 5) предназначена для непрерывного контроля состояния изоляции высоковольтных измерительных трансформаторов тока с рабочим напряжением до 750 кВ. Для повышения достоверности работы системы мониторинга трансформаторов в приборе «CT-Relay» реализованы два взаимодополняющих метода оценки состояния изоляции, работающие в режиме «on-line»:
Измерения и анализа токов проводимости изоляции по фазам ТТ. Данный метод реализованпо сбалансированной схеме. Такая схема используется в приборе «КИВ 500», но реализована насовременной элементной базе. Это позволяет получать максимально высокую чувствительностьпри изменении параметров изоляции в одной фазе трансформатора тока и повысить устойчивость к
Рис. 5. Система контроля изоляции марки «CT-Relay»
воздействию помех. Системой мониторинга «CT-Relay» постоянно контролируется величина и относительное изменение тангенса угла потерь, и емкости изоляции трех фаз измерительного ТТ. Это наиболее достоверный метод контроля состояния изоляции для трансформаторов тока.
Анализа интенсивности и распределения частичных разрядов, позволяющий выявлять появление дефектов изоляции на самых ранних этапах их развития. Диагностика по частичным разрядам является вспомогательным методом, дополняющим метод контроля тангенса угла потерь. Для повышения достоверности заключений в системе «CT-Relay» использованы наиболее эффективные средства отстройки от помех и алгоритмы определения типа и места возникновения дефектов в изоляции. Наилучшие результаты получаются при использовании амплитудно-фазо-частотных диаграмм и фазо-временной (TFP) плоскости (рис. 6).
Рис. 6. Амплитудно-фазо-частотная диаграмма и фазо-временная (TFP) плоскость
В системе мониторинга марки «CT-Relay» дополнительно регистрируются параметры окружающей среды: влажность и температура воздуха, которые оказывают влияние на работу изоляции измерительного трансформатора тока.
Информация о состоянии изоляции трансформатора тока регистрируется при помощи универсального датчика типа «DB-2», имеющего специальную модификацию «DB-2/TT». Датчик устанавливается в клеммной коробке трансформатора в разрыв заземления экрана.
В стандартный комплект поставки системы «CT-Relay» входят:
• Измерительный прибор в монтажном шкафу. При необходимости, если прибор планируется использовать в экстремальных условиях, при температурах ниже минус 40 градусов, в шкафу устанавливается дополнительный нагреватель с термостатом.
• Три первичных комплексных датчика тока проводимости и частичных разрядов марки «DB-2/TT» с экранированными проводами, стандартная длина провода 15 метров.
• Датчик климата-температуры и влажности окружающего воздуха.
• Программное обеспечение для мониторинга и диагностики состояния измерительных трансформаторов тока для персонального компьютера.
Прибор контроля «CT-Relay» монтируется рядом с трансформатором тока в защитном шкафу. Удобнее всего шкаф с прибором устанавливать вблизи фазы «В», в этом случае соединительные кабели от первичных датчиков в фазах трехфазного ТТ будут иметь минимальную длину. Вся первичная информация от датчиков обрабатывается и сохраняется внутри прибора «CT-Relay». Внутренней памяти данных прибора достаточно для работы системы мониторинга в течение двух-трех лет. Система мониторинга марки «CT-Relay» является законченным диагностическим устройством. Вся итоговая информация о техническом состоянии фаз измерительного трансформатора тока может использоваться в автономном режиме. Для этого внутри прибора имеются два реле для сигнализации достижения диагностических уровней «тревога» и «авария». Информация о состоянии измерительных трансформаторов легко интегрируется в систему АСУ-ТП более высокого уровня, например, в АСУ подстанции. Для передачи информации в системе «CT-Relay» используется изолированный порт связи RS-485, поддерживающий стандартные протоколы MODBUS RTU и MODBUS TCP. Информацию из памяти прибора можно также периодически считывать по порту связи USB, используя переносной компьютер типа ноутбук.