Использование бесконтактных методов диагностики высоких электрических полей

В электроэнергетике России и за рубежом особое внимание обращено на проблему возрастания числа возникших из-за повреждений высоковольтных изоляторов (ВИ) аварий в высоковольтном оборудовании. Был проведен анализ аварийных ситуаций на подстанциях и открытых распределительных устройствах [1,2,3], показавший, что причинами повреждения ВИ в большинстве случаев являются естественное старение в приложенном электрическом поле (ЭП), перенапряжения и наличие первоначальных дефектов при изготовлении ВИ. Опираясь на этот факт, нами разрабатывались различные методы бесконтактной диагностики ВИ с целью выявления дефектов на ранней стадии их развития. Особое внимание было обращено на метод частичных разрядов (ЧР), поскольку характеристики ЧР позволяют получить информацию о параметрах дефектов. В статье описан комплекс бесконтактных методов для проведения дистанционной диагностики высоковольтных изоляторов; двухканальный метод дистанционной диагностики рабочего состояния высоковольтных изоляторов, основанный на регистрации частичных разрядов электромагнитным и акустическим датчиками; устройство, позволяющее проводить визуальный контроль и поиск неисправного высоковольтного оборудования; дистанционный бесконтактный метод регистрации электрических полей высокой напряженности промышленной частоты, а также их пространственной ориентации на основе электрооптического эффекта. Мы разработали макет мобильного прибора для реализации методик исследования высоковольтных диэлектрических элементов для диагностики их технического состояния с помощью описанного комплекса бесконтактных методов. Измерительное устройство в составе мобильного диагностического прибора состоит из набора сенсоров для сбора диагностической информации, детектированной электромагнитным, акустическим и электрооптическим датчиками и сигнала фазы напряжения, приложенного к исследуемому ВИ. Одновременное использование сразу нескольких датчиков позволило повысить точность локализации ЧР в ВИ. Визуализация результатов диагностики возможна на диспетчерском пункте в виде амплитуднофазовых, частотно-фазовых и амплитудно-частотных диаграмм распределения характеристик частичных разрядов и на портативном устройстве в виде интенсивности излучения с выбранного датчика. Мобильный диагностический прибор позволил в лабораторных условиях выполнить изучение электрофизических процессов в различных диэлектрических материалах и изделиях под воздействием сильных переменных электрических полей. Выполнено изучение особенностей дефектов на стержне и контакте «стержень-оконцеватель», построена схема электрофизических процессов, сопровождающих излучение ЧР, и установлены причины их возникновения.

дистанционная диагностика, частичные разряды, неразрушающий контроль, высоковольтные изоляторы, фотонный кристалл, дефекты изоляции, мобильный диагностический прибор

1. Yi Hu, Kai Liu Inspection and Monitoring Technologies of Transmission Lines with Remote Sensing // Academic Press. 2017. pp. 281-508.

2. R. Bartnikas Partial discharges. Their mechanism, detection and measurement // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation.2018; V. 9, № 5, pp. 763-808.

3. Славинский А.З., Устинов В.Н. Обзор по направлению «Материалы и разработка новых методов испытаний и средств диагностики» // Энергия единой сети. 2016. №4. С. 6–11.

4. Rodrigo Mor, L.C. Castro Heredia, D.A. Harmsen, F.A. Muñoz, A new design of a test platform for testing multiple partial discharge sources, International Journal of Electrical Power & Energy Systems. V. 94. pp. 374-384, 2018.

5. Симановский И.В. Индикатор пробоя полимерного изолятора // Электротехника. 2013. №6. С. 21–24.

6. Хохлов А.В., Воркунов О.В., Афанасьева Т.И. Анализ современных методов и средств диагностики изоляторов воздушной линии электропередачи // Вестник современных исследований. 2018. Т. 20, № 5-3. С. 545–547.

7. Гимадиев Р.А., Ившин И.В., Мухортов И.С., Билалов Ф.Ф., Валиуллин Р.Р., Мифтахова Н.К. Эффективность методики оценки результатов контроля технического состояния кабельных линий среднего напряжения // Энергетика Татарстана. 2016. №2. С. 68–71.

8. Runde D., Brunken S., Ruter C., Kip D. Integrated optical electric field sensor based on a Bragg grating in lithium niobate // Appl. Phys. B. 2007. V. 86. N.1. pp. 91-95.

9. Воротницкий В.Э, Дмитриев И.Н., Млоток А.В., Демин А.Н. Диагностика механического состояния опорно-стержневой фарфоровой изоляции высоковольтных разъединителей в условиях эксплуатации // Энергия единой сети. 2014. №2. С. 2–14.

10. Свистунов Н.А. Анализ методов диагностики технического состояния электротехнических устройств, основанных на обнаружении и измерении уровня частичных разрядов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. №12. С. 100–102.

11. Ivanov D.A., Golenishchev-Kutuzov A.V., Yaroslavsky D.A., Sadykov M.F. Portable complex for remote control of high-voltage insulators using wireless data collection and transmission module // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. V.13. N. 6. pp. 2358-2362.

12. Yaroslavsky D.A., Sadykov M.F., Konov A.B., Ivanov D.A. Goryachev M.P. Methodology of ice coating monitoring on overhead transmission lines considering misalignment using wireless communication channel sensors // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017. V. 12. N. 22. pp. 6479-6482.

13. Балобанов Р.Н., Зарипов Д.К., Насибуллин Р.А., Маргулис С.М. Устройство оптической индикации дефекта высоковольтной изолирующей конструкции // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2017. №3-4. С. 119–125.

14. Степанов В.М., Судавный А.С. Дефекты в изоляции электротехнических устройств, приводящие к появлению частичных разрядов // Известия Тульского Госудаоственного Университета. Технические науки. 2018. №6. С. 386–391.

15. Golenishchev-Kutuzov A.V., Golenishchev-Kutuzov V.A., Kalimullin R.I., Mardanov G.D., Potapov A.A. Ultrasonic tunable transducer on domain structures // Ferroelectrics. 2012. V.441. N.1. pp. 25-29.