Методы диагностирования силовых трансформаторов тяговых подстанций (стр. 8 )

Инфракрасный контроль, осуществляемый с помощью высокочувствительных портативных тепловизоров, позволяет при минимальных финансовых затратах, в сжатые сроки, без вывода оборудования из работы проверять надежность контролируемого объекта, выявлять дефекты на ранней стадии их развития, сокращать затраты на техническое обслуживание за счет прогнозирования сроков и объема ремонтных работ.

Тепловизионное диагностирование позволяет решать актуальные практические задачи, такие как:

массовое обследование огромного объема электрооборудования одной бригадой из трех человек с одной тепловизионной камерой; выявление значительного количества аппаратов, находящихся в предаварийном состоянии (дефектные контактные соединения, трансформаторы тока, конденсаторы связи, вентильные разрядники и ОПН); выявление таких дефектов, которые не могут быть выявлены никакими другими методами, например, местный перегрев конструктивных элементов баков силовых трансформаторов, нагрев соединительных болтов в поддерживающих металлических конструкциях шинопроводов или перегрузки отдельных элементов вентильных разрядников 110 кВ и выше.

В системах тягового электроснабжения термография может применяться по всему циклу распределения и потребления электроэнергии: от тяговых подстанций до электрооборудования ЭПС. Термограмма быстро и четко укажет на возникшие неполадки задолго до того, как они превратятся в крупные эксплуатационные проблемы.

В настоящее время при проведении тепловизионного обследования ставят в основном задачи выявления участков локального теплового перегрева, обусловленного потенциальными дефектами, и при их обнаружении задачу считают выполненной. Это сужает рамки ТВО и не позволяет использовать инфракрасную технику в полной мере. Превратить ТВО в полноценный способ технического диагностирования можно на основе разработки математических методов и компьютерных технологий обработки результатов обследований.

2.2 Методы тепловизионного диагностирования силовых трансформаторов тяговых подстанций

Тепловизионные обследования относятся к методам теплового неразрушающего контроля. Они базируются на анализе температурных полей с помощью термограмм, получаемых на основе портативных инфракрасных камер - тепловизоров, рисунке 9. По результатам ТВО принимаются экспертные решения о состоянии оборудования.

а)

б)

Примечание - предприятие ВЧД-2 ВСЖД, ввод 10 кВ ТП 14, аварийный дефект, требующий немедленного устранения

Рисунок 9 - Пример инфракрасного диагностирования

а) – цифровая фотография, б) - термограмма

Технические возможности современных тепловизоров и практические задачи, решаемые с их помощью, многообразны [10, 11, 12]. Наиболее массовым объектом ТВО в электроустановках тяговых подстанций являются контактные соединения в открытых и закрытых распределительных устройствах, например, болтовые и спрессованные соединения, сварные швы, контакты разъединителей. С помощью тепловизионного диагностирования могут быть выявлены следующие повреждения силовых трансформаторов:

очаги возникновения магнитных полей рассеяния (Рисунок 10); наличие застойных зон в баках за счет шлакообразования; разбухания или смещения изоляции обмоток; неисправности маслосистемы; дефекты вводов и систем охлаждения (Рисунки 11, 12).

Примечание - Кружком отмечена наиболее нагретая часть

Рисунок 10 - Термограмма и фотография трансформатора ТП Култук ВСЖД

Примечание - дефект системы охлаждения

Рисунок 11- Термограмма и фотография трансформатора ТП Половина ВСЖД

Примечание - отсутствие циркуляции масла в радиаторах, помеченных овалом

Рисунок 12 - Термограмма и фотография трансформатора ТП Кижа ВСЖД

Система ТВО иллюстрируется схемой, показанной на рисунке 13, и включает в себя комплекс взаимосвязанных циклов, определяющих последовательность проведения операций и их информативность [10]. Регламент проведения ТВО включает в себя периодичность и объем измерений на контролируемом объекте (тяговой подстанции). Периодичность ТВО электрооборудования определяется с учетом опыта его эксплуатации, режима работы, внешних факторов и регламентируется нормами [13]. Тепловизионное обследование должно выполняться приборами инфракрасного контроля (ИКТ), обеспечивающими достаточную эффективность в определении дефекта на работающем оборудовании.

Выявление дефекта должно осуществляться на ранней стадии его развития, для чего прибор ИКТ должен обладать достаточной чувствительностью даже при воздействии ряда неблагоприятных факторов, которые могут наблюдаться в эксплуатации: влияние отрицательных температур, запыленности, электромагнитных полей и тому подобное.

При анализе результатов ТВО должна осуществляться оценка выявленного дефекта и прогнозирование возможностей его развития. Следует отметить, что для тяговых трансформаторов эффективность и информативность такой оценки оказывается особенно высокой, если она осуществляется на базе экспертной системы [14]. В этом случае от совместного использования всей доступной на текущий момент информации проявляется синергетический эффект от её анализа, что и позволяет получить максимальный результат.

После устранения выявленного дефекта необходимо провести повторное диагностирование для суждения о качестве выполненного ремонта.

База данных для ответственных объектов (трансформаторы, выключатели, разрядники) должна содержать результаты ТВО и необходимую техническую информацию о диагностируемом объекте:

срок службы и условия эксплуатации; объемы и виды ремонтных работ; результаты профилактических испытаний и измерений.

На основании рассмотрения всего комплекса имеющихся факторов можно объективно оценивать техническое состояние объекта.

Рисунок 13 - Система тепловизионного диагностирования электрооборудования тяговых подстанций

2.3 Факторы, влияющие на эффективность тепловизионного обследования

Инфракрасное излучение (ИИ) испускается всеми телами при любой температуре, отличной от абсолютного нуля. Как и другое излучение, оно может поглощаться телами, помещенными на их пути, и превращаются в теплоту. ИИ является частью оптического излучения и занимает в спектре электромагнитных колебаний диапазон от 0.76 до 1000 мкм. Спектр излучения твердых тел характеризуется непрерывным распределением излучения по всему диапазону с единственным максимумом, положение которого зависит от температуры тела и определяется законом смещения Вина, согласно которому длина волны максимального излучения обратно пропорциональна абсолютной температуре

,

Где:

b – постоянная Вина, равная 0.2898 см∙град.

Инфракрасную область спектра принято делить на четыре части: ближнюю, среднюю, дальнюю и очень далекую. Такое деление связано с особенностями прохождения инфракрасного излучения через атмосферу, которая в значительной степени ослабляет излучение определенных частей спектра за счет рассеяния и поглощения его молекулами водяного пара, углекислого газа и озона. Участки спектра ИИ, на которых инфракрасные лучи проходят через атмосферу с незначительным ослаблением, называют атмосферными окнами.

Важно заметить также, что земная атмосфера пропускает через атмосферные окна до 65 % солнечного излучения в инфракрасной области спектра. Исходя из расчетов спектральной плотности излучения реальных объектов при температуре, близкой к 300 кельвинам (27 °С), а, также учитывая пропускание атмосферы, установлено, что оптимальным является окно 8…13 мкм, что и используют при конструировании тепловизионных приборов. В этом окне для расстояний, с которых производится выявление дефектов высоковольтного оборудования, атмосфера практически не ослабляет интенсивности инфракрасного излучения. Начиная с 14 мкм, поглощение ИИ компонентами атмосферы становится настолько сильным, что в спектральном диапазоне 14…200 мкм атмосфера практически непрозрачна для инфракрасных лучей.

При оценке интенсивности инфракрасного излучения большое влияние на результаты оказывает угол между нормалями к поверхности излучения и осью оптической системы приемника. Чем больше этот угол, тем меньшая часть потока ИИ попадает на площадку приемника. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе точки расположения тепловизионных приборов, стараясь расположить оптическую ось приемника по возможности перпендикулярно излучающей поверхности.

Тепловизионное обследование желательно проводить при отсутствии солнца (в облачную погоду или ночью), при минимальном воздействии ветра и в период максимальных токовых нагрузок.

При проведении инфракрасного контроля должны учитываться следующие факторы [10]:

коэффициент излучения материала; солнечная радиация; скорость ветра; расстояние до объекта; значение токовой нагрузки; тепловое отражение и тому подобное.

Рассмотренные свойства и особенности инфракрасного излучения определяют следующие методические рекомендации при выявлении дефектов высоковольтного оборудования:

измерение необходимо проводить при отсутствии прямого солнечного излучения, тумана или дождя; необходимо учитывать коэффициент излучения поверхности обследуемого объекта, а также угол между осью тепловизионного приемника и нормалью к излучающей поверхности.

При проведении ТВО электрооборудования необходимо максимально устранять погрешности, оказывающие влияние на результаты измерения. Погрешности при проведении ТВО могут возникать от воздействия солнечной радиации, из-за неправильного выбора коэффициента излучательной способности и других факторов.