ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Игнатьев Н.И.¹, Филимонов И.В.², Шамкин И.С.³

¹Студент; ²студент; ³аспирант, Дальневосточный Федеральный Университет

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Аннотация

В статье представлены основные принципы технологии электромагнитного контроля высоковольтного оборудования, приведены результаты обследования электроэнергетического объекта.

Ключевые слова: электромагнитный контроль, высоковольтное оборудование.

Ignatiev NI¹, Filimonov IV², Shmkin IS³

¹Student; ²student; ³postgraduate student, Far Eastern Federal University

ELECTROMAGNETIC METHOD OF DIAGNOSTICS OF ELECTRIC EQUIPMENT

Abstract

Abstract: the basic electromagnetic control technology principles of the high-voltage equipment are described. The results of the last power electric object inspection and comments are given.

Keywords: electromagnetic control, high-voltage equipment.

Высоковольтное электроэнергетическое оборудование (ВВЭО) несёт большую ответственность в связи с выполнением функций по выработке и передаче электроэнергии потребителю. Поэтому требуется уделять повышенное внимание обеспечению таких качественных показателей функционирования электротехнических устройств, как надежность, безопасность, отказоустойчивость.

Одним из основных принципов обеспечения надёжности функционирования электроэнергетических объектов является наблюдение за реальными изменениями технического состояния конкретного оборудования в процессе эксплуатации. Получение информации о факте наличия дефекта, о динамике его развития  на самой ранней стадии этих процессов позволяет кардинально изменить процедуру контроля и технического диагностирования электротехнического оборудования. Особое внимание требуется уделять выбору контролируемых параметров, умению предсказать возможный момент отказа на основании анализа числовых критериев.

При разработке методов текущего контроля наиболее перспективными считаются методы, основанные на возможности ранней диагностики.  Однако их перечень в настоящее время крайне ограничен. Существенное влияние на эффективность методов оказывает наличие возможности их технической реализации, широкого использования стандартных метрических средств, простоты обслуживания.

В настоящее время большое внимание уделяется разработке принципов электромагнитного контроля, основанного на анализе спектральных характеристик собственного электромагнитного излучения высоковольтного оборудования [1]. Рассматриваемый способ контроля обладает рядом достоинств по сравнению с существующими методами диагностики, а именно:

• обследование оборудования производится дистанционно, под рабочим напряжением без вмешательства в технологический процесс;
• собственное электромагнитное излучение (ЭМИ) передаёт информацию о состоянии оборудования непрерывно, его регистрацию можно осуществлять в любое время года;
• высокая чувствительность метода позволяет обнаружить дефект на ранней стадии его появления;
• низкая стоимость используемой стандартной аппаратуры.

Основная концепция упомянутого метода заключается в том, что элемент трансформаторного оборудования рассматривается как высокодобротная  многорезонансная система. Собственные высокочастотные ЭМИ в элементе оборудования возбуждаются энергией частичных разрядов и излучаются в частотных диапазонах, соответствующих собственным частотам. Электромагнитное излучение ВВЭО – первичный электрофизический процесс, характеризующий изменение качества изоляции при эксплуатации оборудования под рабочим напряжением. Частотные характеристики резонансных колебательных систем определяются размерами и конфигурацией внешних и внутренних конструктивных элементов ВВЭО.

Регистрация спектров собственного ЭМИ позволяет измерить амплитуду, энергию, частотный диапазон, изменчивость спектра, полимодальность, количество пиков в конкретном частотном диапазоне, количество пиков, превышающих граничный уровень, форму пиков, величину спектральных линий в конкретных характерных точках и т.п., что является принципиально новым подходом к диагностике ВВЭО. Для каждой единицы ВВЭО информационные частотные диапазоны определяются индивидуально. Ширина частотного диапазона определяется частотными характеристиками резонансных колебательных систем ВВЭО. Пространственная селекция ЭМИ осуществляется с помощью направленной широкополосной антенны, диаграмма направленности которой позволяет выделить обследуемый объект.

Оценка технического состояния ВВЭО по спектральным характеристикам излучаемого им электромагнитного поля предусматривает регистрацию и обработку спектров сигналов в определенном диапазоне частот с помощью оборудования, состоящего из стандартного высокочастотного измерительного прибора, направленной антенны и компьютера с  программным обеспечением.

Спектральный состав собственного электромагнитного излучения вблизи каждого вида оборудования зависит от многих факторов - в первую очередь, от амплитудно-частотных характеристик излучения объектов, их связи с окружающим  пространством,  скоростей  изменения сигналов. С помощью направленных антенн и современной измерительной аппаратуры были выделены спектры сигналов, излучаемых конкретным видом оборудования. Компьютерная обработка результатов измерения позволяет    представлять спектры в двухмерном  и  трехмерном изображениях, вычислять минимальные, максимальные и средние значения, определять излучаемую мощность и т.д. В качестве примера  на рисунках представлены двухмерные изображения спектров собственного электромагнитного излучения силовых автотрансформаторов АТ-1 и АТ-2 подстанции 220 кВ в различных диапазонах частот. Регистрация спектров проводилась в зимнее время в декабре 2012 года.

Рис. 1 - Спектры ЭМИ в диапазоне 1-35 МГц.

Рис. 2 - Спектры ЭМИ в диапазоне 1-100 МГц

Рис. 3 - Спектры ЭМИ в диапазоне 1-200 МГц

Как видно из графиков, электромагнитные спектры индивидуальны для каждой единицы высоковольтного оборудования. Наиболее интенсивное излучение наблюдается в диапазонах частот 13-27, 36-44, 62-67, 19-83, 95-99, 106-117, 164-166 и 191-194 МГц.

В некоторых частотных диапазонах наблюдаются  ярко выраженные провалы амплитуды: 46-57, 83-93, 121-127, 135-164, 167-177 и 179-191 МГц.

Максимальное излучение наблюдается в диапазонах 16-25, 95-98 и 107-117  МГц, однако в диапазонах 36-38, 63-66, 79-81, 133-134, 164-165 и 192-193 МГц можно наблюдать местные максимумы излучений.

Представленные результаты позволяют сделать вывод о том, что спектры ЭМИ двух трансформаторов практически совпадают во всем диапазоне частот, что говорит о стабильной работе оборудования при примерно одинаковой интенсивности электрофизических процессов в изоляции и элементах конструкции. Необходимо отметить заметное различие плотностей излучения автотрансформаторов на частотах 96-99 и 164-166 МГц, что предполагает проведение дополнительных замеров спектров данного оборудования через некоторый промежуток времени.

Проведённая в декабре 2012 года регистрация спектров собственного ЭМИ вблизи силовых автотрансформаторов является начальным  этапом в  проведении электромагнитного контроля вышеуказанного оборудования. Последующий поэтапный контроль, сравнение спектров на каждом этапе обследования позволит своевременно выявлять факты появления грубых дефектов, ставить вопрос об увеличении глубины обследований и необходимости  внеплановых испытаний. В дальнейшем, по мере накопления статистических данных и совершенствования методики контроля,  использование технологии позволит указывать на вид и место расположения дефекта, в сочетании с другими методами существенно повысить надежность диагностической информации, осуществлять паспортизацию высоковольтного оборудования перед вводом его в эксплуатацию.