Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Диагностика оборудования систем электроснабжения. Учебное пособие
.pdf
12
объекта. Анализ состояний объекта в подмножестве
позволяет
установить характер изменения запаса его работоспособности и в ряде
случаев предсказать моменты перехода объекта в подмножество состояний
и, следовательно, спрогнозировать состояние объекта.
3.Возникновение в объекте (ЭУ) дефекта не означает, что он
неработоспособен.
Появление дефекта приводит к тому, что объект из одного состояния
переходит в другое состояние
. Однако при этом могут не нарушаться
условия работоспособности. Это происходит в том случае, когда и
,
относятся к подмножеству состояний
(в случае резервирования). Таким
образом, работоспособный объект может иметь дефект, так же, как и
неработоспособный. Следовательно, заключение о том, что ОД
работоспособен, не означает, что в нем отсутствуют дефекты. С другой
стороны, если ОД неработоспособен, то в нем обязательно имеется дефект.
4. В процессе диагностирования участвуют объект
диагностирования (ОД), средства технического диагностирования (СТД)
и человек оператор (ЧО).
Их совокупность образует систему диагностирования
электроустановки (рисунок 1.3).
Таким образом, рассмотренные положения являются основой,
позволяющей создавать системы диагностирования электроэнергетических
объектов. При этом объект (ЭУ) должен иметь диагностическое
обеспечение - комплекс диагностических признаков, алгоритмы и средства,
13
необходимые для осуществления диагностирования на всех этапах
жизненного цикла электроустановки.
Рисунок 1.3 – Структурная схема системы диагностирования
электроустановки
1.2 Диагностические признаки электроэнергетического
оборудования
В процессе длительной эксплуатации ЭУ восстанавливаемые и не
восстанавливаемые элементы электроэнергетического оборудования
подвергаются старению (деструкции), что приводит к изменению ряда
физических свойств или признаков.
Рассмотрим взаимосвязь основных диагностических признаков и
дефектов, возникающих в элементах электроэнергетического
оборудования различных объектов.
Увлажнение или старение изоляции электроэнергетического
оборудования вызывает снижение электрической и механической
прочности, возрастание тока утечки, рост тангенса угла диэлектрических
потерь, диэлектрической проницаемости и емкости, что, в свою очередь
ведет к перегреву в зоне локального дефекта и дальнейшему старению
изоляции с последующим ее разрушением.
14
Появление местных дефектов в изоляции силовых трансформаторов,
распределительных устройств и изоляции линий электропередач
напряжением выше 1000В вызывает появление электромагнитных и
акустических сигналов, электромагнитных высокочастотных переходных
процессов (изменение уровня высокочастотного электромагнитного поля
вокруг провода линий электропередач напряжением при появлении
разрядов в дефектном изоляторе), изменение распределения напряжения на
изоляционных элементах электроустановки (ЭУ).
При перегреве частей, контактов элементов ЭУ наблюдается
инфракрасное излучение, а при перегревах изоляционных материалов
маслонаполненных аппаратов (силовых трансформаторов, масляных
выключателей) появляются механические примеси в масле, растворенные
в масле газы СО2, С2Н2, С2Н4, С2Н6, Н, N, изменяются их физикохимические свойства (изменяется цвет, уменьшается электрическая
прочность, растет tgδ, проницаемость ε, появляются низкомолекулярные и
высокомолекулярные кислоты, растворенная вода, изменяется температура
вспышки масла).
При обрыве провода линий электропередач напряжением 10-35кВ и
при их замыкании на землю изменяется спектральный состав токов и
напряжений, появляются гармоники нулевой и обратной
последовательности. Одновременно в широком диапазоне частот
возникают помехи максимального уровня в линиях электропередач.
При старении и увлажнении внутри обмоточной изоляции силовых
трансформаторов изменяются собственные резонансные частоты обмоток,
смещаясь по оси частот в сторону их увеличения от степени уменьшения
увлажнения внутри обмоточной изоляции.
15
На рисунке 1.4 в обобщенном виде показаны диагностические
признаки ЭУ и элементов систем электроснабжения при различных видах
дефектов, появляющихся в объекте.
16
Рисунок 1.4 – Диагностические признаки дефектов и потери
работоспособности элементов электроустановки
17
1.3 Методы контроля работоспособности
электроэнергетического оборудования
Работоспособность электроэнергетического оборудования
промышленных и сельскохозяйственных объектов оценивают методами
контроля: диэлектрических потерь, емкости, частичных разрядов и рядом
других, например, акустическим и тепловым методами.
Метод контроля диэлектрических потерь. Рассеяние энергии в
диэлектрике при воздействии на него переменного напряжения т.е.
диэлектрические потери, обусловлено двумя процессами: проводимости и
поляризации, развивающимся с задержкой во времени. Любая поляризация,
развивающаяся не мгновенно, а с задержкой во времени, непременно
связана с диэлектрическими потерями, даже если отсутствуют токи
приводимости. Рассмотрим диаграммы токов и напряжений в диэлектрике
(рисунок 1.5).
Рисунок 1.5 - Векторные диаграммы токов в диэлектрике при
переменном напряжении: полная (а); упрощенная (б)
На рисунке 1.5, а показана векторная диаграмма токов при
приложении к диэлектрику напряжения переменного тока. Общий ток в
18
диэлектрике 10б образуется из двух составляющих - 1р реактивной
(емкостной), опережающей вектор приложенного напряжения на 90° и
активной составляющей тока 1а.
Активная составляющая тока 1а определяется зависимостью
Iа = Ip tgδ , (1.1)
где Iр = I
р.а6с
+ Iсм;
I
p абс
- реактивный ток абсорбции, Iсм - ток смещения, сопутствующий
электронной поляризации, протекает в очень малые промежутки времени и
может считаться мгновенным;
Iа = I
а6с
+
Iпр , (1.2)
I
а6с
- активный ток абсорбции, Iпр- ток электрической проводимости.
Вектор I0б опережает вектор U на угол сдвига фаз φ. Дополнительный
угол, дополняющий его до 90°, - угол диэлектрических потерь δ. Значение
этого угла определяется соотношением Ia/Iр = tgδ.
Проконтролировать изменение диагностического признака tgδ можно
косвенным образом через мощность потерь в диэлектрике (рисунок 5, б):
Р
Д
=IрU tgδ =ώсU2 tgδ, (1.3)
где Iр - емкостной ток через диэлектрик; U- напряжение, приложенное к
диэлектрику.
Приведенное выражение удобно тем, что, входящие в него величины,
характеризующие свойства диэлектрика (емкость С, и тангенс угла
диэлектрических потерь), поддаются достаточно точному измерению в
одном опыте с помощью моста Шеринга.
Величина tgδ является важным показателем работоспособности
диэлектрика. Повышенное значение tgδ свидетельствует об увлажнении,
19
загрязнении и неоднородности изоляции. Значение тангенса угла
диэлектрических потерь дает усредненную объемную характеристику состояния диэлектрика, т.к. активная составляющая тока, вызванная
диэлектрическими потерями, связанными с местным дефектом, при
измерении относится к общему емкостному току объекта.
Таким образом, измерением tgδ выявляются не все дефекты,
приводящие к отказу электрооборудования, т.е. достоверность диагноза
состояния изоляции электрооборудования недостаточная.
Емкостной метод контроля работоспособности. Другим важным
показателем диэлектрика является изменение емкостных характеристик,
по которым определяется состояние изоляции электрооборудования.
Измерение емкости изоляции позволяет обнаружить и местные дефекты.
Степень выявления дефектов зависит от соотношения между
поврежденной и неповрежденной частями изоляции. Рассмотрим схему
замещения и векторную диаграмму изоляции с дефектом (рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 – Схема замещения электрооборудования с дефектом
изоляции (а) и ее векторная диаграмма (б)
На рисунке 1.6, а приведена упрощенная схема замещения
электроэнергетического оборудования с местным дефектом изоляции,
развивающегося в объеме, ограниченном обкладками, которая состоит из
емкости Сд объема дефектной изоляции, шунтированной сопротивлением
20
R, и емкости С0 остальной изоляции. Сопротивление R характеризует
диэлектрические потери в дефектной изоляции.
Изменение тока ∆I через изоляцию оборудования (рисунок 6, б) из-за
дефекта определяется изменением комплексной проводимости изоляции
∆I=I-I0=U(Y-Y0) = U∆Yд , (1.4)
где I - ток через изоляцию при наличии дефекта, I0 - ток через изоляцию
неповрежденной части ЭУ; U - напряжение, приложенное к изоляции;
Y, Y0 - проводимости схемы замещения изоляции элемента с дефектом и не
поврежденной части соответственно; ∆Y - изменение проводимости схемы,
связанное с дефектом.
(1.5)
(1.6)
Тогда относительное изменение тока через изоляцию будет
(1.7)
Совместное решение уравнений (1.5) - (1.7) дает
21
∆I / l0 ≈ tgδ, (1.8)
где tgδ д = 1 / ώ С Д R - тангенс угла потерь дефектного участка изоляции.
Активная составляющая приращения тока соответствует изменению
диэлектрических потерь изоляции элемента, а реактивная изменению его
емкости (рисунок 1.6, б).
Изменение емкости объекта, вызванное дефектом, равно отношению
мнимых частей выражений (1.4) - (1.6) для ∆Y и Y 0:
(1.9)
При дефекте небольшого объема изоляции и последовательной схеме
включения емкостей при Сд > С0 можно считать
φ = arcctg( tgδД )≈δД (1.10)
Контроль работоспособности изоляции по емкостным
характеристикам основан на предположении, что емкость ОД при
неизменной температуре и частоте f изменяется незначительно, т.е. С =
F(Ѳi fi) = const.
При скачкообразном изменении емкости судят о наличии дефектов в
изоляции за счет появления больших по объему и хорошо проводящих
включений и о шунтировании части изоляции.
Для схем замещения изоляции (рисунок 1.7) емкость Сf измеренная
на частоте f, определяется соотношением:
(1.11)
где Т- постоянная времени.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]