Оценка степени загрязнения изоляции по спектру излучения поверхностных частичных разрядов

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. 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. 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. 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. 

1. Hampton, B. F. (1964). Flashover mechanism of polluted insulation. 111(5), 985–990. https://doi.org/10.1049/PIEE.1964.0155

2. Rizk, F.A.M. (1981) Mathematical Models for Pollution Flashover. Electra, 78, 71103.

3. CIGRE Task Force 33.04.01 (2000). Polluted Insulators: A Review of Current Knowledge. CIGRE Publication, No. 158.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.2017.005795

9. Владимирский, Л.Л., Соломоник, Е.А. Развитие методов выбора внешней изоляции электроустановок высокого напряжения // Электрические станции. 2015. 12. С. 23 – 36.

10. 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.

11. 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/10.30724/1998-9903-2020-22-1-117-127

12. Ivanov, 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/en14185670

13. Зарипов 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: 10.30724/1998-9903-2024-26-6-5-19

14. Зарипов 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/10.30724/1998-9903-2023-25-5-20-29

15. Овсянников 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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].