probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2026-28-3-128-140probener-3915Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICITYОценка степени загрязнения изоляции по спектру излучения поверхностных частичных разрядовAssessment of the degree of contamination of insulation by the radiation spectrum of surface partial dischargesОвсянниковА. Г.OvsyannikovAlexander G.

Овсянников Александр Георгиевич - д.т.н., профессор кафедры «Техника и электрофизика высоких напряжений»

г. Новосибирск

Novosibirsk

oag@nspb.ruЖаричД. С.ZharichDmitry S.

Жарич Дмитрий Сергеевич - заместитель начальника ЭТЛ

г. Новосибирск

Novosibirsk

jds@sibenedia.ruШвецН. А.ShvetsNikolay A.

Швец Николай Андреевич - ведущий инженер филиала АО «Россети Научно-технический центр» - СибНИИЭ, аспирант

г. Новосибирск

Novosibirsk

shvepsnik@yandex.ruНовосибирский Государственный Технический УниверситетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian FederationООО «Сибэнергодиагностика»РоссияLLC “Sibenergodiagnostika”Russian Federation202624062026283128140Copyright © Овсянников А.Г., Жарич Д.С., Швец Н.А., 20262026Овсянников А.Г., Жарич Д.С., Швец Н.А.Ovsyannikov A.G., Zharich D.S., Shvets N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3915АКТУАЛЬНОСТЬ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Неплановые отключения воздушных линий электропередачи (ВЛ) обычно происходят из-за перекрытия линейной изоляции вследствие загрязнения и увлажнения. Предвестниками перекрытия могут служить мощные частичные разряды на поверхности изоляции (ПЧР). Их можно обнаружить различными, в том числе дистанционными методами: органолептическими (обнаружение разрядов визуальным осмотром и по звуку), акустическими (регистраторами ультразвуковых сигналов), электромагнитными (регистрация излучений в СВЧ и УВЧ диапазонах). Нарастает популярность внедрения оптических методов профилактического контроля оборудования, основанных на двух принципиально разных физических принципах. Тепловизионный контроль излучений оборудования в инфракрасной (ИК) области спектра выявляет локальные перегревы конструктивных элементов оборудования и наиболее эффективен для контроля дефектов токоведущих частей и контактных соединений, систем охлаждения и др. УФ-контроль (УФК) основан на обнаружении электрических разрядных процессов и наиболее эффективен в обнаружении различного рода дефектов арматуры и внешних изоляционных конструкций высоковольтного оборудования. Для реализации УФК перспективными считаются солнечно-слепые УФ-дефектоскопы. Однако применительно к оценке загрязнения внешней изоляции использование УФ-контроля пока ограничено из-за сложной интерпретации результатов контроля и недостаточного учета влияний внешних факторов и настроек аппаратуры.

ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Провести исследования изменений спектра излучения ПЧР с изменением проводимости слоя загрязнения при неизменном значении испытательного напряжения. По результатам исследований сформулировать принципы дистанционной качественной оценки степени загрязнения внешней изоляции линий электропередачи и подстанционного оборудования на основе количественной зависимости.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. Для решения поставленных задач проводились высоковольтные испытания изоляторов с различной степенью с регистрацией ПЧР УФ-дефектоскопом «Филин 6» со специальным спектродиспергирующим фильтром на входном объективе.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Предложены конструкции спектродиспергирующих фильтров для линзового и зеркальнолинзового объективов. Определены спектральные чувствительности системы регистрации при совместной работе спектродиспергирующего светофильтра и мультищелочного фотокатода электронно-оптического преобразователя. Предложены возможные изменения окон пропускания для случаев со специфическими загрязняющими веществами. После обработки картин излучения разрядов на полимерном опорном изоляторе получена эмпирическая зависимость между изменениями в спектре излучения ПЧР и проводимостью слоя загрязнения поверхности. Разработанная методика позволяет дистанционно не инвазивно проводить качественную оценку степени загрязнения высоковольтной внешней изоляции. 

Unplanned overhead power line outages are typically associated with flashover of line insulation due to contamination and moisture. Powerful partial discharges on the insulation surface (SPD) can serve as a precursor to flashover. They can be detected by various remote methods: organoleptic (detection of discharges by visual and sound inspections), acoustic (ultrasonic signal recorders), electromagnetic (registration of emissions in the microwave and UHF ranges). The popularity of the introduction of optical methods of preventive control of equipment based on two fundamentally different physical principles is raising. Thermal imaging inspection of equipment radiation in the infrared (IR) region of the spectrum reveals local overheating of structural elements of equipment and is most effective for detecting defects in current-carrying parts and contact connections, cooling systems, etc. UV-inspection (UVI) is based on the detection of electrical discharge processes and it is most effective in detecting various kinds of defects in fittings and external insulating structures of high-voltage equipment. Solar-blind UV cameras are considered promising for the realization of UVI. However, the use of UV inspection for the assessment of external insulation contamination is still limited due to complex interpretation of inspection results and insufficient consideration of the influence of external factors and device settings. PURPOSE. To investigate the changes in the emission spectrum of the SPD with the change in the conductivity of the contamination layer at a constant value of the test voltage. Based on the research results, formulate principles for remote qualitative assessment of the contamination degree of external insulation of power lines and substation equipment based on a quantitative relationship. METHODS. High-voltage tests of insulators with different degrees of contamination in a fog chamber with registration of SPD by UV camera "Filin 6" with a special spectro-dispersing filter on the input lens were carried out to solve the set tasks. RESULTS. Designs of spectro-dispersing filters for lenticular and mirror-lens lenses are proposed. The spectral sensitivities of registration at joint operation of a spectrodispersing light filter and a multi-alkaline photocathode of an electron-optical converter were determined. Possible changes in transmittance windows for specific pollutants are suggested. The empirical dependence between the changes in the SPD emission spectrum and the conductivity of the surface contamination layer was obtained after processing the discharge emission patterns on the polymer post insulator. The developed methodology enables remote noninvasive qualitative assessment of contamination levels on high-voltage external insulation.

воздушные линии электропередачизагрязнение и увлажнение изоляцииповерхностные частичные разрядыспектры излученияспектродиспергирующий светофильтрвлияние настроек аппаратуры и внешних факторовoverhead transmission linescontamination and moisture on the insulationemission spectrumsurface partial dischargesspectro-dispersing light filterinfluence of equipment settings and external factorsАвторы выражают глубокую признательность конструкторской группе разработчиков оптических систем во главе с А.С. Кандауровым.ReferencesHampton, B. F. (1964). Flashover mechanism of polluted insulation. 111(5), 985–990. https://doi.org/10.1049/PIEE.1964.0155Hampton, B. F. (1964). Flashover mechanism of polluted insulation. 111(5), 985–990. https://doi.org/10.1049/PIEE.1964.0155Rizk, F.A.M. (1981) Mathematical Models for Pollution Flashover. Electra, 78, 71103.Rizk, F.A.M. (1981) Mathematical Models for Pollution Flashover. Electra, 78, 71-103.CIGRE Task Force 33.04.01 (2000). Polluted Insulators: A Review of Current Knowledge. CIGRE Publication, No. 158.CIGRE Task Force 33.04.01 (2000). Polluted Insulators: A Review of Current Knowledge. CIGRE Publication, No. 158.IEEE Working Group on Insulator Contamination, Lightning and Insulator Subcommittee (1979). Application of Insulators in Contaminated Environment. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 98(5), 1676--1695.IEEE Working Group on Insulator Contamination, Lightning and Insulator Subcommittee (1979). Application of Insulators in Contaminated Environment. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 98(5), 1676--1695.Владимирский, Л. Л. Основы выбора внешней изоляции воздушных линий электропередачи по результатам натурных исследований в районах с почвенными, морскими и промышленными загрязнениями / Л. Л. Владимирский // Известия НТЦ Единой энергетической системы. – 2025. – № 1(92). – С. 121-140. – EDN KMDOER.Vladimirskii L.L. Fundamentals of the choice of external insulation of overhead power transmission lines based on the results of field studies in areas with soil, marine and industrial pollution // Izvestiya NTC Edinoj energeticheskoj sistemy. – 2025. – № 1(92). – С. 121-140. – EDN KMDOER.Salem A. A. et al., "Pollution Flashover Under Different Contamination Profiles on High Voltage Insulator: Numerical and Experiment Investigation," in IEEE Access, vol. 9, pp. 37800-37812, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3063201.Salem A. A. et al., "Pollution Flashover Under Different Contamination Profiles on High Voltage Insulator: Numerical and Experiment Investigation," in IEEE Access, vol. 9, pp. 3780037812, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3063201.Maraaba, L.; Al-Soufi, K.; Ssennoga, T.; Memon, A.M.; Worku, M.Y.; Alhems, L.M. Contamination Level Monitoring Techniques for High-Voltage Insulators: A Review. Energies 2022, 15, 7656. https://doi.org/10.3390/en15207656J.Maraaba, L.; Al-Soufi, K.; Ssennoga, T.; Memon, A.M.; Worku, M.Y.; Alhems, L.M. Contamination Level Monitoring Techniques for High-Voltage Insulators: A Review. Energies 2022, 15, 7656. https://doi.org/10.3390/en15207656J.He and R. S. Gorur, "Flashover of insulators in a wet environment," in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 24, no. 2, pp. 1038-1044, April 2017, doi: 10.1109/TDEI.2017.005795J. He and R. S. Gorur, "Flashover of insulators in a wet environment," in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 24, no. 2, pp. 1038-1044, April 2017, doi: 10.1109/TDEI.2017.005795Владимирский, Л.Л., Соломоник, Е.А. Развитие методов выбора внешней изоляции электроустановок высокого напряжения // Электрические станции. 2015. 12. С. 23 – 36.Vladimirskiy, L. L., & Solomonic, E. A. (2015). Development of Methods for Selecting External Insulation for High-Voltage Installations. Electric Stations, 12, 23--36.Голенищев-Кутузов В.А.., Голенищев-Кутузов А.В.., Семенников А.В.., Марданов Г.Д., Калимуллин Р.И., Иванов Д.А. Генерация критических акустических импульсов в высоковольтных изоляторах посредством индуцированных полей частичных разрядов // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2023. Т.25. № 1. С. 154-165. doi:10.30724/1998-9903-2023-25-1-154-165.Golenishchev-Kutuzov VA, Golenishchev-Kutuzov AV., Semenikov AV, Mardanov GD., Kalimullin RI., Ivanov DA. Generation of critical acoustic pulses in high-voltage insulators due to induced fields of partial discharges. Power engineering: research, equipment, technology. 2023; 25 (1): 154-165. doi:10.30724/1998-9903-2023-25-1-154-165.Голенищев-Кутузов А.В., Ахметвалеева Л.В., Еникеева Г.Р., Иванов Д.А., Семенников А.В., Марданов Г.Д. Дистанционная диагностика дефектов в высоковольтных изоляторах. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020;22(2):117-127. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-1-117-127Golenishchev-Kutuzov A.V., Akhmetvaleeva L.V., Enikeeva G.R., Ivanov D.A., Semennikov A.V., Mardanov G.D. Remote testing for defects in service high-voltage insalators. Power engineering: research, equipment, technology. 2020;22(2):117-127. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-1-117-127Ivanov, D.A.; Sadykov, M.F.; Yaroslavsky, D.A.; Golenishchev-Kutuzov, A.V.; Galieva, T.G. Non-Contact Methods for High-Voltage Insulation Equipment Diagnosis during Operation. Energies 2021, 14, 5670. https://doi.org/10.3390/en14185670Ivanov, D.A.; Sadykov, M.F.; Yaroslavsky, D.A.; Golenishchev-Kutuzov, A.V.; Galieva, T.G. Non-Contact Methods for High-Voltage Insulation Equipment Diagnosis during Operation. Energies 2021, 14, 5670. https://doi.org/10.3390/en14185670Зарипов Д.К., Закиров Д.Ф., Тарасов Б.П., Миронова Е.А., Насибуллин Р.А. Экспериментальное лабораторное исследование возможности выявления загрязнения высоковольтных изоляторов с помощью тепловизора // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2024. Т. 26. № 6. С. 5-19. doi: 10.30724/1998-9903-2024-26-6-5-19Zaripov D.K., Zakirov D.F., Tarasov B.P., Mironova E.A., Nasibullin R.A. Experimental study of the possibility of detecting contamination of high-voltage insulators with the help of a thermal imager. Power engineering: research, equipment, technology. 2024; 26 (6): 5-19. doi:10.30724/1998-9903-2024-26-6-5-19Зарипов Д.К., Насибуллин Р.А., Закиров Д.Ф., Захаров А.В. Исследование работы полимерного изолятора при увлажнении искусственным туманом. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2023;25(5):20-29. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2023-25-5-20-29Zaripov D.K., Nasibullin R.A., Zakirov D.F., Zakharov A.V. Study of operation of a polymer insulator under uniform and non-uniform contamination. Power engineering: research, equipment, technology. 2023;25(5):20-29. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-202325-5-20-29Овсянников А.Г., Жарич Д.С., Швец Н.А. Сравнительный анализ метода контроля состояния изоляции по ультрафиолетовому излучению поверхностных частичных разрядов // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2025. Т. 27. № 4. С. 82-93. doi: 10.30724/1998-9903-2025-27-4-82-93.Ovsyannikov A.G., Zharich D.S., Shvets N.A. Comparative analysis of the method of insulation condition monitoring by ultraviolet radiation of surface partial discharges. Power engineering: research, equipment, technology. 2025; 27 (4): 82-93. doi: 10.30724/1998-99032025-27-4-82-93.P. Blackmore and D. Birtwhistle, "Surface discharges on polymeric insulator shed surfaces," in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 4, no. 2, pp. 210-217, April 1997, doi: 10.1109/94.595248.P. Blackmore and D. Birtwhistle, "Surface discharges on polymeric insulator shed surfaces," in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 4, no. 2, pp. 210-217, April 1997, doi:10.1109/94.595248.L. Jin, D. Ma, Z. Yuan, G. Zhou and S. Han, "Evaluation of Surface Discharge of Polluted Insulator Based on Optical Emission Spectroscopy Measurements," in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 31, no. 1, pp. 350-357, Feb. 2024, doi: 10.1109/TDEI.2023.3300258.L. Jin, D. Ma, Z. Yuan, G. Zhou and S. Han, "Evaluation of Surface Discharge of Polluted Insulator Based on Optical Emission Spectroscopy Measurements," in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 31, no. 1, pp. 350-357, Feb. 2024, doi: 10.1109/TDEI.2023.3300258.А. Ovsyannikov, V. Borovitsky. Рossible reasons of transmission line unexplained outages. Proceedings of the 18th International Symposium on High Voltages, Seoul, Korea. Paper PG-08, 2295--2298.А. Ovsyannikov, V. Borovitsky. Рossible reasons of transmission line unexplained outages. Proceedings of the 18th International Symposium on High Voltages, Seoul, Korea. Paper PG-08, 2295--2298.Ефимов Е.Н., Тимашова Л.В., Ясинская Н.В. Причины и характер повреждаемости компонентов ЛЭП напряжением 110-750 кВ в 1997-2007 гг. // Энергия единой сети. — 2012. — № 5(5). — [С. 32-41].Efimov E.N., Timashova L.V., Yasinskaya N.V. Causes and Nature of Damage to Components of 110-750 kV Overhead Transmission Lines in 1997-2007 // Energy of the Unified Grid. — 2012. — № 5(5). — P. 32-41.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.