Технические возможности применения приборов инфракрасной техники в энергетике

Акустический метод. Акустический способ состоит в измерениях акустического шума, генерируемого разрядными процессами, в основном, в ультразвуковой области спектра. Этот способ применительно к диагностике изоляции имеет свои преимущества и недостатки в сравнении с другими методами. Дальность его действия ограничена в силу недостаточной пространственной разрешающей способности, низкой помехозащищенности и чувствительности. Ультразвуковые дефектоскопы (УД) можно использовать при диагностике изолирующих конструкций расположенных на расстояниях до 20-30 м, т.е. на контактной сети и ВЛ напряжением 3...35 кВ и тяговых подстанциях. Главное достоинство УД по сравнению с оптическими и инфракрасными датчиками – возможность работать в любое время суток.

Ультразвуковые методы могут использоваться двумя способами. Или оператор слушает звуки, произведенные объектом, который исследуется по акустическому излучению, или же по эху звуков, отраженных от него. Последний известен как активный или неразрушающий ультразвук и был предложен для диагностики полимерных изоляционных материалов. Информация о местоположении и природе дефектов может быть получена от таких параметров как амплитуда, частотный спектр и изменение фазы возвращенного сигнала. Такие дефекты, как пустоты и расслаивания, например, дадут начало отражениям, которые могут использоваться, чтобы определить их глубину.

Обнаружение по собственному акустическому излучению может дать информацию о приблизительном местоположении дефекта, так как амплитуда сигнала изменяется с положением преобразователя относительно дефекта. Кроме того, измерение должно быть выполнено когда дефект является "живым", т.е. изолятор находится под напряжением. С другой стороны активный ультразвук в отключенной линии может дать подробную информацию о размере и местоположении источника акустического сигнала. Объединенное исследование в процессе которого сначала используется пассивное ультразвуковое излучение для локализации дефекта, а далее на отключенной линии производится измерение ультразвука активным методом в той же области, чтобы получить более подробную информацию о дефекте.

Наиболее совершенная зарубежная модель совместного американо – французского производства – ультразвуковой детектор ULTRAPROBE. Прибор оснащен микропроцессором, буферной памятью, устройством вывода информации на ПК для обработки по специальному программному обеспечению. Кроме проверки электрического оборудования прибор может использоваться для обнаружения утечек из объемов с давлением или вакуумом, обменников тепла, бойлеров, разделителей пара и конденсаторов. Прибор выпускается в двух версиях. ULTRAPROBE 2000 имеет высокочувствительный частотный фильтр и преобразователь TRISONIC с диапазоном чувствительности в полосе частот 20…100 кГц, сконцентрированном в области частот 38…42 кГц. При использовании на ВЛ перед приемником устанавливается параболический фокусирующий преобразователь.

Отечественной промышленностью выпускает приборы УД-8.

Ультразвуковой прибор ULTRAPROBE

Оптический метод. Принципиальными достоинствами оптического метода регистрации частичных разрядов являются наиболее высокая, по сравнению с другими способами регистрации ЧР, пространственно-временная разрешающая способность и чувствительность. Чувствительность оптического метода при регистрации одиночных электронных лавин в воздухе может на два порядка превышать чувствительность электрического метода регистрации. Современные фотоприемники в соответствующих условиях и с применением специальных методов обработки сигнала способны регистрировать однофотонные излучения.

Пространственная разрешающая способность оптических методов принципиально ограничена только явлениями дифракции, т.е. сопоставима с длиной волны регистрируемого излучения. С учетом реальных условий, в которых происходит диагностика изоляторов, пространственное разрешение, естественно, падает, но остается на уровне, недостижимом для других способов. Временная разрешающая способность оптического способа может достигать наносекунд. Однако существенным недостатком оптического метода является необходимость проведения контроля изоляции в темное время суток.

Наиболее подходящими для оптической локации ЧР являются два типа фотоприемников: фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и электронно-оптические преобразователи (ЭОП). Появившиеся в последние годы приемники на основе матричных полупроводниковых приборов с зарядовой связью (ПЗС) в значительной мере приблизились, но все еще уступают в чувствительности приборам, в которых используется внешний фотоэффект светочувствительного элемента. ФЭУ – это электровакуумный прибор, преобразующий оптическое излучение в электрический сигнал с последующим усилением и состоящий из фотокатода, динодной умножительной системы и анода. ЭОП – электровакуумный прибор, предназначенный для усиления яркости оптического изображения, создаваемого входной оптической системой, и преобразования спектрального состава принимаемого оптического излучения.

Исследователи показали перспективность применения приборов ночного видения при разработке некоронирующих узлов подвески проводов ВЛ сверхвысокого напряжения. Они же показали, что ЭОПы и оптика приборов ночного видения ориентированы на видимое и ближнее инфракрасное излучение, в то время как коронный разряд излучает преимущественно в ультрафиолетовой части спектра. В нем световые сигналы, принятые входной оптической системой, выполненной в виде однолинзового объектива и полевой диафрагмы, передавались на фотокатод ФЭУ. Выходные сигналы ФЭУ усиливались, интегрировались и измерялись индикатором средних выпрямленных значений. По показаниям прибора определялся уровень свечения ПЧР и оценивалось состояние изоляции.

Комплексный метод

Каждый из описанных выше способов дистанционной диагностики обладает своей ограниченной эффективностью. Главный их недостаток в том, что каждый из них в отдельности эффективен в основном лишь при обнаружении развитых дефектов. Условием применимости методов, основанных на регистрации ЧР, является наличие разрядов, которые возникают на элементах конструкции при определенном напряжении. Так, для большинства изоляторов применяемых в гирляндах на ВЛ, напряжение возникновения поверхностных ЧР (ПЧР) - 15-17 кВ при относительной влажности воздуха менее 90 %. На контактной сети железных дорог переменного тока напряжение на гирлянде состоящей в среднем из 3-4 изоляторов - 25-27,5 кВ. Таким образом, наличие в конструкции одного или даже двух «нулевых» изоляторов не приведет к возникновению разрядов в сухую погоду и приборы, основанные на регистрации ПЧР (оптический, акустический и др.), их не обнаружат. Недостатком метода, основанного на регистрации интенсивности собственного теплового излучения многоэлементных изолирующих конструкций, является неоднозначность интерпретации результатов диагностики. Одна и та же температура элемента конструкции может соответствовать как дефектному, так и исправному состоянию.

Принцип организации системы дистанционной диагнос­тики в общем виде представлен на рис. 2 и состоит из комплекса взаимосвязанных циклов, определяющих последовательность проведения операций и их информативность.

Регламент проведения 1 включает в себя пери­одичность и объем измерений контролируемого объекта или со­вокупности объектов.

Периодичность диагностики электрооборудования рас­пределительных устройств (РУ) и воздушных линий электропере­дачи (ВЛ) определена с учетом опыта его эксплуатации, режима работы, внешних и других фак­торов и отражена в Нормах испытаний электрооборудования.

диагностика 2 должна проводиться приборами ДД, обес­печивающими достаточную эффективность в определении де­фекта на работающем оборудовании.

Выявление дефекта 3 должно осуществляться по возможности на ранней стадии развития, для чего прибор ДД должен об­ладать достаточной чувствительностью при воздействии ряда неблагоприятных факторов, могущих наблюдаться в эксплуата­ции (влияние отрицательных температур, запыленности, элект­ромагнитных полей и т.п.).

При анализе результатов диагностики 4 должна осуществ­ляться оценка выявленного дефекта и прогнозирование возмож­ностей его развития и сроков восстановления.

После устранения выявленного дефекта 5 необходимо провести повторное диагностирование 6 для суждения о качестве выполнен­ного ремонта.

Базу данных 8для ответственных объектов (трансформаторов, выключателей, разрядников) желательно закладывать в ЭВМ с тем, чтобы она отражала не только результаты диагностики, но и всю информацию о данном объекте, включая тип, срок службы, условия эксплуатации, режимы работы, объемы и виды ремонтных работ, результаты профилактических испытаний и измерений и другие сведения, позволяющие на основании рас­смотрения всего комплекса факторов, заложенных в память ЭВМ, судить о техническом состоянии объекта.

Рис. 2. Принцип организации системы дистанционной диагностики