Особенности мониторинга сверхбольших частичных разрядов в высоковольтных

ЦЕЛЬЮ описанного исследования является изучение влияния частичных разрядов на физическое состояние обнаруженных ранее дефектов в высоковольтных изоляторах. В статье описаны результаты, полученные комплексом бесконтактных методов для проведения дистанционной диагностики высоковольтных изоляторов под рабочим напряжением в процессе эксплуатации с использованием двухканального устройства дистанционной диагностики.

МЕТОД измерения основан на регистрации частичных разрядов электромагнитным и акустическим датчиками. С помощью электромагнитного и акустического датчиков бесконтактно были изучены характеристики частичных разрядов в высоковольтных полимерных и фарфоровых изоляторах в лабораторных и полевых условиях. Разработанная система мониторинга во многом основана на обнаруженном эффекте сверхбольших ЧР, создающих накопление индуцированных электрических зарядов на диэлектрических поверхностях дефектов, которые образуют электрические поля с напряженностью, превосходящей напряженность приложенных полей к высоковольтным изоляторам.

РЕЗУЛЬТАТЫ проведенных исследований позволяют судить о возможности промышленной применимости предложенного способа бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов под рабочим напряжением. Использование акустической регистрации частичных разрядов при контроле дефектов позволяет более точно определять общее количество ЧР и их фазовое распределение Электромагнитное детектирование частичных разрядов позволяет успешно оценивать интенсивность и количество сверхбольших ЧР, вид и размеры больших дефектов.

1. Ситников В.Ф., Скопинцев В.А. Вероятностно-статистический подход к оценке ресурсов электросетевого оборудования в процессе эксплуатации // Электричество. 2007. № 11. С. 9-16.

2. Свидетельство П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат.1992. 239 с.

3. Голенищев-Кутузов А.В., Голенищев-Кутузов В.А., Иванов Д.А. и др. Дистанционный контроль технического состояния фарфоровых высоковольтных изоляторов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20. № 3-4. С. 99-107.

4. Гайворонский А.С. Повреждения полимерных изоляторов и их диагностика в эксплуатации // Главный энергетик. 2010. №2. С. 15.

5. Kupershtokh A.L., Karpov D.I. Simulation of waves of partial discharges in a chain of gas inclusions located in condensed dielectrics // Journal of physics: Conference Series. 2016. V. 754. 102006.

6. Villa A., Barbieri L., Gondola M., et al. A PDE-based partial discharge simulator // Journal of Computational Physics. 345. 2017. p. 687-705. doi: 10.1016/j.jcp.2017.05.045.

7. Khalid K., Rohani M., Ismail B., et al. Influence of PD source and AE sensor distance towards arrival time of propagation wave in power transformer // Journal of Physics: Conference Series. V. 1432, 2020, 012006.

8. Gao F., Wang Q., Dai D., et al. Numerical study on partial discharge in a dry air cavity with a two-dimensional fluid model considering practical reactions // Journal of Physics D: Applied Physics, 2020. V. 53, N. 34, 345202.

9. Borghei M., Ghassemi M., Rodríguez-Serna J. M, et al. Finite Element Analysis and an Improved Induced Charge Concept for Partial Discharge Modeling // IEEE Transactions on Power Delivery, 2021.V. 36. no. 4. pp. 2570-2581.

10. Ganjovi A.A., Gupta N., and Raju G.R.G. A kinetic model of a PD pulse within voids of sub-millimeter dimensions // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. V. 16. no. 6. pp. 1743-1754, Dec. 2009.

11. Johnatan M. Rodríguez-Serna, Ricardo Albarracín-Sánchez, "A Study on the Life Estimation and Cavity Surface Degradation Due to Partial Discharges in Spherical Cavities within Solid Polymeric Dielectrics Using a Simulation Based Approach", Polymers, vol. 1.

12. Pan C., Wu K., Du Y., et al. Simulation of cavity PD sequences at DC voltage by considering surface charge decay // J. Phys. D: Appl. Phys. V. 50. no. 20. 205202. Jul. 2017.

13. Pan C., Chen G., Tang J, et al. Numerical modeling of partial discharges in a solid dielectric-bounded cavity: A review // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. V. 26. no. 3. 2019. pp. 981-1000. doi: 10.1109/TDEI.2019.007945.

14. Villa A., Barbieri L., Malgesini R., Leon-Garzon A.R. Ignition of discharges in macroscopic isolated voids and first electron availability // Journal of Applied Physics 125, 043302 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5052313.

15. Niemeyer L. A generalized approach to partial discharge modeling // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. V. 2. no. 4. pp. 510-528. Aug. 1995, doi: 10.1109/94.407017.

16. Crichton G.C., Karlsson P.W. and Pedersen A. Partial discharges in ellipsoidal and spheroidal voids // IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1989. V. 24. no. 2. pp. 335-342. doi: 10.1109/14.90292.

17. Ховатсон А.М. Введение в теорию газового разряда. Пер. с англ. И.И. Иванчика. М. : Атомиздат, 1980. 182c.

18. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Научное издание / Райзер Ю.П. 3-е изд.перераб. и доп. Долгопрудный: Издателський дом «Интеллект», 2009. 736 с.

19. Месяц Г.А. Законы подобия в импульсных газовых разрядах. УФН. Обзоры актуальных проблем. 2006. Т.176, №10. с.1069-1091.

20. Лагарьков А.Н., Руткевич И.М. Волны электрического пробоя в ограниченной плазме. Академия наук СССР (АН СССР), Институт высоких температур (ИВТ); под ред. А. Н. Старостина. М.: Наука, 1989. 206 с.

21. Karpov D.I. and Kupershtokh A.L. Models of streamers growth with physical time and fractal characteristics of streamer structures. Conference Record of the 1998 IEEE International Symposium on Electrical Insulation (Cat. No.98CH36239), 1998, pp. 60.

22. Morshuis P.H.F. and Kreuger F.H. Transition from streamer to Townsend mechanisms in dielectric voids // J. Phys. D: Appl. Phys. V. 23. no. 12. pp. 1562-1568, Dec. 1990.

23. Hikita M, Yamada K, Nakamuza A. Measurement of partial discharge by computer and analysis partial discharges distribution by the Monte Carlo method // IEEE Transactions of Electric Insulation. 1990. V. 25. P. 453-468.

24. Pan C., Tang J., and Wu K. The effect of PD process on the accumulation of surface charges // IEEE Trans. Plasma Sci. V. 44. no. 11. pp. 2545-2552, Nov. 2016.

25. Illias H.A., Chen G., and Lewin P.L. Comparison between three-capacitance, analytical-based and finite element analysis partial discharge models in condition monitoring // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. V. 24. no. 1. pp. 99-109, Feb. 2017.

26. Pan C., et al. Understanding Partial Discharge Behavior from the Memory Effect Induced by Residual Charges: A Review. in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. V. 27, no. 6, pp. 1951-1965, December 2020, doi: 10.1109/TDEI.2020.008.

27. Wu K., Suzuoki Y., Dissado L.A. The contribution of discharge patterns in discvoids. J. Phys. D. Appl. Phys. 2004.V.37. P. 1815.

28. Golenishchev-Kutuzov A.V., Golenishchev-Kutuzov V.A., et al. Integrated Noncontact Diagnostics of the Operable Condition of High-Voltage Insulators // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2019. V. 55. No 8. Pp. 596-602.

29. Callender G, Golosnoy I, Rapisarda P, Lewin P. Critical analysis of partial discharge dynamics in air filled spherical voids // Journal of Physics D. Appl. Phys. 2018. V. 51. №12.

30. Chen H. A novel extension neural network based partial discharge pattern recognition method // Expert systems with Application. 2012. №32. P. 3423.

31. Illias H.A., Tunio M.A., Mokhlis H., et al. Determination of partial discharge time lag in void using physical model approach // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. V. 22. no. 1. pp. 463-471, Feb. 2015.

32. C. Pan, K. Wu, Y. Du, Y. P. Meng, Y. H. Cheng, and J. Tang. The effect of surface charge decay on the variation of partial discharge location // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 23, no. 4, pp. 2241-2249, Aug. 2016.

33. Adili S., Herrmann L.G., and Franck C.M. Investigating the Inception Mechanism of Pulsed X-ray Triggered Partial Discharges by Time Resolved Measurements // IEEE Trans. Electr. Insul. V. 20. no. 5. pp. 1780-1788, Oct. 2013.

34. Pan C., Wu K., Meng Y., et al. The effect of discharge area variation on stochastic characters of PD magnitude // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. V. 24. no. 1. pp. 217-226, Feb. 2017.

35. Jeon. S.I., Nam S.H., Shin D.S., et al. The correlation between partial discharge characteristics and space charge accumulation under ac voltage // IEEE Annu. Rep. Conf. Electr. Insul. Dielect. Phenom.(CEIDP), 2000, pp. 653-656.

36. Голенищев-Кутузов А.В., Голенищев-Кутузов В.А., Д.А. Иванов. Комплексный метод дистанционного контроля состояния высоковольтных изоляторов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016. № 5-6.

37. Зарипов Д.К., Лопухова Т.В. Метод дистанционной диагностики высоковольтной изолирующей конструкции // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2006. №3-4. С. 57-61.

38. Голенищев-Кутузов А.В., Ахметвалеева Л.В., Еникеева Г.Р., и др. Дистанционная диагностика дефектов в высоковольтных изоляторах / // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 2. С. 117-127.

39. Golenishchev-Kutuzov A.V., Golenishchev-Kutuzov V.A., Ivanov D.A., et al. Monitoring System of High Voltage Dielectric Equipment // E3S Web Conf., 288 (2021). p. 01088. .

40. Golenishchev-Kutuzov A.V., Ivanov D.A., Kalimullin R.I., et al. Remotely Measured Diagnostic Parameters for Estimating the Residual Life of High Voltage Insulators // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2020. V. 84.

41. Illias H.A., Chen G., Lewin P.L. The influence of spherical cavity surface charge distribution on the sequence of partial discharge events // Journal of Physics D: Applied Physics. 2011. V. 44. No. 24. P. 245202.

42. Ivanov D.A., Sadykov M.F., Yaroslavsky D.A., et al. Non-contact methods for highvoltage insulation equipment diagnosis during operation // Energies. 2021. V. 14. No 18.

43. Ramirez-Nino J., Pascacio A. Acoustic measuring of partial discharge in power transformers // Meas. Sci. Technol. 2009. V. 20. P. 115108.