реферат. Диссертация содержит 108 страниц, 29 рисунков, 12 таб лиц, 10 формул, 43 источника
 Скачать 2.17 Mb.
|
Встроенные устройства контроля состояния изоляторовИндивидуальная диагностика изоляторов позволяет осуществлять ин- дивидуальный подход к оценке их технического состояния с учётом особен- ностей производства, монтажа, эксплуатации, внешних и внутренних воздей- ствующих факторов, при этом значительно увеличивается эффективность определения места повреждения вплоть до конкретного изолятора, находя- щегося в гирлянде. Опыт эксплуатации полимерных изоляторов показывает, что благода- ря их высоким электрическим характеристикам (трекингостойкости, эрозий- ной стойкости и др.), их внедрение в эксплуатацию позволяет повысить эко- номический эффект работы электрической сети, обусловленный увеличением надёжности электроснабжения, снижением затрат на амортизацию и ренова- цию, простоте и удобству использования. Требованиями для встроенных индикаторов полимерных изоляторов могут быть: сигнальный элемент индикатора, зарегистрировавшего протека- ние тока КЗ через контролируемый элемент ЛЭП, должен быть визуально распознан на расстоянии не более 40-50 м, либо иметь возможность дистанционной сигнализации его состояния; устойчивость индикатора для грозовых перекрытий изоляции ис- следуемого элемента ЛЭП для случаев, когда искровой разряд не развивается в дуговой; отсутствие влияния встроенного индикатора на электрические, физические или механические характеристики испытуемого объ- екта; устойчивость индикатора к агрессивным условиям - вибрации, загрязнению, влаге. Устойчивость к температурам в диапазоне норм эксплуатации - от -60°С до +50°С; возможность многократного использования индикатора; коррозийная стойкость элементов индикатора; высокий срок гарантийной работы индикатора, которые не дол- жен быть меньше гарантийного срока службы диагностируемого элемента. Визуальные способы контроля неисправности изоляторов Для увеличения эффективности проведения диагностики и повышения точности места определения вплоть до конкретного изолятора было предло- жено применять сигнальные устройства индикации состояния изоляторов. Его внешний вид приведён на рисунке 24.  Рисунок 24 − Сигнальное устройство дефектов изоляторов На рисунке 24 представлена схема устройства для определения дефек- тов в изоляторах, где: изолятор 1, установленный на опоре 7 и соединённый с заземленной конструкцией 6, с помощью крепежного элемента 2 с пленкой 3 из токопроводящего материала, причем к выступающей части 9 крепежного элемента 2 с пленкой 3 присоединен металлический проводник 4, соединен- ный через сигнальное устройство 5 с заземленной конструкцией 6. Данное устройство является патентом класса H01B17/42 - средства для обеспечения оптимального распределения напряжения. Автором является Несенюк Татьяна Анатольевна. Изобретение относится к электротехническому оборудованию, а имен- но к штыревым, вводным и проходным изоляторам. Крепежный элемент вы- полнен выступающим за пределы изолятора в месте крепления к заземленной конструкции, покрывает поверхность крепежного элемента равномерной по толщине пленкой из токопроводящего материала, на выступающей части крепежного элемента к пленке жестко прикреплён металлический проводник, другой конец которого через сигнальное устройство соединен с заземленной конструкцией. Устройство позволяет обнаружить дефект изолятора за счет использо- вания тока замыкания на землю, то есть за счет самого дефекта изолятора, и исключить использование контрольно-измерительной аппаратуры. Примене- ние сигнального устройства значительно сократит время поиска поврежден- ного изолятора и может предотвратить аварийное состояние системы элек- троснабжения. Сущность изобретения заключается в том, что крепежный элемент вы- полняют выступающим за пределы изолятора в месте крепления к заземлен- ной конструкции, наносят на поверхность крепежного элемента равномер- ную по толщине пленку из токопроводящего материала, на выступающей ча- сти крепежного элемента к пленке жестко прикрепляют металлический про- водник, другой конец которого через сигнальное устройство соединяют с за- земленной конструкцией. Предлагаемое устройство для определения дефектов в изоляторах ра- ботает следующим образом: с провода 8 линии электропередачи при пробое изолятора начинает протекать однофазный ток замыкания на землю. При од- нофазном замыкании в сетях высокого напряжения токи могут быть от 10 А до нескольких кА. Величину тока определяет заземление нейтрали питающе- го трансформатора. При заземленной нейтрали большие токи могут вызывать перегрев то- коведущих частей, приводящих к пожарам, старению изоляции или сварива- нию контактов коммутационного оборудования, механические повреждения оборудования, возникновения в сети опасных потерь напряжения. При ава- рийных токах (кА) селективно срабатывает релейная защита, с помощью ко- торой отключается поврежденный участок электрической цепи. В сетях с изолированной нейтралью однофазные токи имеют небольшие значения, например, допустимый ток при напряжении 35 кВ (Правила устройства электроустановок. 7-е издание. Утверждены приказом Министра энергетики России от 8 июля 2002 г. № 204) не должен превышать 10 А. При этом опре- делить место замыкания на землю достаточно сложно, трудоемко и длитель- но (2-8 ч). Длительный поиск замыканий на землю может стать причиной разви- тия повреждений с последующим переходом в аварийное состояние системы электроснабжения при переходе из однофазного замыкания в междуфазное, ускоренное старение изоляции некоторых электрических машин, явления феррорезонанса, от которых в рассматриваемых сетях чаще всего поврежда- ются трансформаторы напряжения и слабо нагруженные силовые трансфор- маторы, работающие в режиме, близком к холостому ходу. Недоотпуск элек- троэнергии потребителям приводит к значительным экономическим потерям у предприятий, занимающимися поставкой электроэнергии. Однофазные за- мыкания в электрических сетях представляют большую опасность для жизни оказавшихся поблизости людей, служат источником электротравм обслужи- вающего персонала и нередко являются причиной несчастных случаев. Кроме того, протекание токов на землю сопровождается блуждающими токами. Коррозионные действия блуждающих токов приводят к выносу в грунт частиц металла и разрушению металлических конструкций. В резуль- тате этого происходит утечка газов и жидкостей из трубопроводов, что мо- жет привести к пожарам и взрывам или прекращению работы устройств свя- зи и снабжения электроэнергией при повреждениях кабелей. Коррозионное воздействие переменного тока частотой 50 Гц и увеличивается с уменьшени- ем частоты и увеличением плотности тока отекания. Опасность повреждения зависит от плотности тока утечки, приходящейся на единицу площади. В предлагаемом устройстве, из-за разности потенциалов между проби- тым изолятором 1 и заземленной конструкцией 6, однофазный ток проходит через пленку 3 из токопроводящего материала, нанесенную на крепежный элемент 2, с выступающей части 9 которого по проводнику 4 через сигналь- ное устройство 5 поступает на заземленную конструкцию 6. При прохожде- нии однофазного тока через сигнальное устройство 5 последнее срабатывает, причем сигнальное устройство может быть выполнено световым, цветовым, звуковым. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обнаружить дефект изолятора за счет использования тока замыкания на землю, то есть за счет самого дефекта изолятора, и исключить использование контрольно- измерительной аппаратуры. Применение сигнального устройства значитель- но сократит время поиска поврежденного изолятора и может предотвратить аварийное состояние системы электроснабжения. Сигнальным устройством неисправности изолятора может выступать термокраска, которая меняет свой цвет при изменении температуры поверх- ности её нанесения. Повышение температуры поверхности обусловлено нагревом корпуса, которое в свою очередь может быть вызвано прохождени- ем тока КЗ через исследуемый элемент. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты, выделяемое эле- ментом за единицу времени, прямо пропорционально квадрату тока этого элемента и сопротивления участка:
где Q- количество теплоты, выделенное на элементе; I- ток элемента; R- сопротивление элемента; t- время исследования. Нанесение необратимой краски на поверхность исследуемых элементов оперативным персоналом, обслуживающим электрические сети ЛЭП или ПС, позволит визуально определить неисправность путём осмотра оборудования. В зависимости от величины тока, проходящего через элемент, изменится ко- личество теплоты, выделенное им, и, следовательно, температура поверхно- сти аппарата. Тогда анализ цветовой гаммы термокраски позволит зареги- стрировать не только вид повреждения, но и его вид, длительность воздей- ствия. Преимуществом применения термокраски является её невосприимчи- вость к действию электромагнитных полей, создаваемых электрическими ап- паратами. Она обладает высокими эргономическими свойствами в условиях вибрации, невосприимчива к тепловым потокам, электромагнитным излуче- ниям, атмосферным воздействиям, что делает привлекательным её использо- вание в агрессивных условиях эксплуатации. Помимо применения термокраски визуальным устройством сигнализа- ции может выступать индикатор типа "ИНТЕМ". Он представляет собой устройство в виде полоски, выполненной из фольги, с набором необратимых термоиндикаторных меток, покрытых защитным слоем.  Рисунок 25 − Индикаторные полоски "ИНТЕМ" При нагреве метки начинают плавиться и, в зависимости от марки по- лоски, контрастный чёрный кружок в таблице, который соответствует темпе- ратуре (рисунок 25), либо будет проявляться число, которое соответствует температуре нагрева (рисунок 26).  Рисунок 26 − Проявление температуры на индикаторе Применение встроенных индикаторов визуального типа позволяет находить неисправное устройство, определять причину возникновения неис- правности. Электромеханические сигнальные устройства В качестве электромеханических сигнальных устройств технического состояния аппаратов применяют устройства с визуальным обнаружением не- исправности - опорный штыревой изолятор с перемещающимся сигнальным устройством, рисунок 27. Сигнальное устройство срабатывает за счёт про- хождения тока пробоя изолятора.  Рисунок 27 − Сигнальный опорно-штыревой изолятор зом: Работа штыревого изолятора такого типа происходит следующим обра- при возникновении пробоя изолятора начинает протекать ток пробоя через элемент; ввиду разности потенциалов между пробитым изолятором и за- землённой конструкции через проводящую поверхность колпачка будет проходить однофазный ток КЗ; прохождение однофазного тока приведёт к перегоранию провод- ника, удерживаемое им перемещающееся кольцо трубообразной формы будет перемещаться, опускаясь за пределы юбки изолято- ра. В нормальном состоянии сигнальное кольцо удерживается проводни- ком под юбкой изолятора. Удачное место установки кольца защищает его от возможных механических нагрузок, которые могут быть обусловлены поры- вами ветра, осадками, солнечной радиацией, атмосферными и коммутацион- ными перенапряжениями [40]. Благодаря трубообразной форме сигнальное кольцо будет перемещать- ся вдоль штыря в результате воздействия собственной тяжести и не упадёт не землю, а будет располагаться на траверсе в зоне видимости наблюдателя. Для увеличения эффективности восприятия кольца предлагается окрашивать его поверхность красной краской с отражающим эффектом для наблюдения в темное время суток. Бесконтактная RFID технология контроля Применение бесконтактной RFID технологии позволяет расширить возможности обнаружения дефектов, применяя их в различных отраслях промышленности. Радиочастотная идентификация позволяет регистрировать повреждения объектов на расстоянии, может содержать определённые харак- теристики сигналов, сохранять информацию об контрольных состояниях объектов.  Данный способ диагностики предлагается использовать для контроля состояния изоляторов ВЛ на открытых или закрытых распределительных устройствах, тяговых или трансформаторных ПС.Рисунок 28 − RFID технология Радиочастотная система включает в себя три основных компонента: считыватель, метки, компьютерные системы обработки данных. Считыватель системы подключают к меткам по способу радиосвязи. Он считывает информацию с меток, после отправляет данные в базы компь- ютерной системы. Конструкционно считыватель имеет приёмопередаточное устройство и антенну, снимая сигнал с метки и отправляя ответный сигнал компьютеру. Микропроцессор проверяет и дешифрует данные, наличие па- мяти позволяет сохранять данные для их последующей передачи. Метка состоит из двух основных компонентов - интегральной схемой, управляющей связью со считывателя и антенной. Интегральная схема имеет запоминающее устройство, которое содержит идентификационный код. Мет- ка регистрирует сигнал на считывателе и передаёт данные, записанные в па- мяти устройства, обратно в считыватель системы. Отсутствие необходимости в прямом контакте или видимости между считывателем и метой обусловлена возможностью проникновения радиосигнала через неметаллические матери- алы. В случае распознавания неисправного изолятора используют пассив- ную метку, ввиду её меньших габаритов, стоимости, веса, фактически не- ограниченного срока службы, отсутствия необходимости в техническом об- служивании. Пассивная метка включает в себя антенну, конденсатор и не- большую полупроводниковую систему, объединённых воедино корпусом. При выборе меток необходимо учитывать некоторые свойства. Напри- мер, метка PatchTag предназначена для крепления как на диэлектрические поверхности (пластик, стекло, фарфор), так и на металлические поверхности исследуемых объектов. Важнейшей особенностью метки является конструк- ция её антенны - сонаправленное параллельное положение её усов. При креплении метки на металлическую поверхность её показатели не снижают- ся, а наоборот, увеличиваются - увеличивается дальность и стабильность ре- гистрации сигналов, скорость обработки информации, увеличивается ста- бильность основных показателей при различном ориентировании метки от- носительно антенны считывателя. Антеннам свойственно направленное из- лучение как в горизонтальной, так и в азимутальной плоскости. Ширина диа- граммы направленности в горизонтальной плоскости составляет 70, в верти- кально 130. Диапазон частот коэффициента отражения - 865-870 МГц, его значение не превышает 32 дБ. Энергия, полученная от считывателя, запускает работу метки, она пе- редаёт сигнал, воспринимаемый считывателем. Идентификация повреждён- ных изоляторов происходит путём получения ответного сигнала. В случае, когда изолятор исправен, сигнал будет получен, в противном случае реги- стрируют пробой изолятора и принимают меры для устранения его неис- правности. Индикация пробоя с применением стеклянного изолятора В результате долговременной эксплуатации, в ходе термического ста- рения или вследствие грубой обработки, может произойти разгерметизация пограничной области изолятора. Такое повреждение создаёт условия для проникновения влаги внутрь изолятора, или конденсации атмосферной, со- здавая очаги формирования электрического разрушения аппарата. Повре- ждения такого вида у полимерных изоляторов чрезвычайно сложно опреде- лить даже при визуальном осмотре с небольшого расстояния. Поэтому инди- кация таких повреждений предлагается проводить, используя последова- тельный присоединённый к полимерным тарельчатый изолятор из закалённо- го стекла с нормированной механической прочностью не ниже, чем у иссле- дуемого. При образовании внутренних электрических разрядов в полимерных изоляторах на поверхности стеклянного возникнут электрические разряды, интенсивность которых будет эквивалентна интенсивности внутренних раз- рядов. Таким образом, процессы, возникающие внутри изолятора, проявятся на его поверхности. Вакантным местом установки тарельчатого изолятора является сторона токопровода, что приведёт к повышенной чувствительности контроля поли- мерного изолятора, ожидается эффект гашения динамических изгибающих нагрузок на полимерный изолятор и повышение импульсной прочности под- вески. Для районов с сильными атмосферными загрязнениями рекомендуется применять тарельчатые изоляторы с гидрофобным покрытием из кремнийор- ганических эластомеров. По результатам исследования электрического поля комбинированной гирлянды напряжение стеклянного изолятора резко возрастает к конечной стадии электрического старения полимерного изолятора, что характеризуется высокой удельной поверхностной проводимостью стеклопластикового стержня при длине участка более 90% от общей длины. На рисунке 29 пред- ставлен график зависимости напряжения на изоляторе от длины повреждён- ного участка.  Рисунок 29 − Зависимость напряжения изолятора от длины участка При повышении напряжения на стеклянном изоляторе будут возникать непрерывные коронные разряды. Впоследствии стеклянный изолятор может быть разрушен либо воздействием длительного интенсивного коронирова- ния, либо в результате действия дугового разряда в момент пробоя полимер- ного изолятора. На практике регистрирующими стеклянными изоляторы являются раз- работки ГП "НИИВН", Славянск, Украина. Они способны регистрировать ток КЗ от 5 до 40 кА, длительность 0.12 с. и более. Индикатор пробоя пред- ставляет собой закалённую армированную стеклодеталь, оснащённую кон- центратом энергии. Имеет геометрические и весовые характеристики, анало- гичные стеклянным изоляторам. При пробое раскручивается плоская лента сигнального элемента, закреплённая на верхнем или нижнем оконцевателе полимера. Такой индикатор невосприимчив к импульсному перекрытию изо- ляторов, однако не может быть эксплуатирован в зимнее время года. Индика- тор пробоя может иметь два вида исполнения - как самостоятельный элемент и как комбинированный с полимерным изолятором. По результатам анализа способов диагностики изоляторов получено, что основными способами диагностики являются: визуальный осмотр, уль- трафиолетовый контроль, инфракрасная диагностика и акустический кон- троль. Визуальный осмотр позволяет выявить дефекты изоляторов на основа- нии анализа их внешнего вида, однако данным способом невозможно вы- явить внутренние дефекты. Способ отличается низкой стоимостью его про- ведения. Инфракрасный, ультрафиолетовый и акустический контроль рас- ширяют возможности диагностики изоляторов, позволяют выявить дефекты на начальной стадии их образования, однако при проведении контроля дан- ными способами требуется дорогостоящее оборудование, а так же возникает необходимость обучения персонала работе с приборами различного типа. В настоящее время ведётся научная работа по созданию качественных изоляторов, которые могли бы удовлетворить требования надёжности элек- троснабжения, механической прочности, простоты исполнения, эффективно- сти эксплуатации. Применение различных модификаций индикаторов позво- ляет уменьшить число аварий, обусловленных дефектом изоляторов. К сожалению на практике встроенные устройства индикации состояния полимерных изоляторов не нашли широкого применения, полученные ре- зультаты являются в большей степени результатами лабораторных испыта- ний. Так же такие индикаторы не способны выявить начальные стадии за- рождения дефектов, поэтому их внедрение в эксплуатацию требует дополни- тельного анализа методик. Для расширения области диагностики предлагается комбинировать не- сколько методов. Например, применение ультрафиолетового, инфракрасного и акустического способов теоретически способны выявить все возможные дефекты изоляторов. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОЩНОСТЕЙ При выполнении работ по проектированию развития электрических се- тей или реновации оборудования проводят оценку экономической эффектив- ности работ. Расчёт экономических показателей необходим для оценки фи- нансовой привлекательности проекта и позволяет сделать заключение о необходимости проведения предлагаемых работ. В настоящей главе произведён расчёт укрупнённых технико- экономических показателей. Предлагаемым мероприятием является проведе- ние диагностики инфракрасным, ультрафиолетовым и акустическим спосо- бами. К расчёту приняты аварийные ситуации, рассмотренные в разделе 1.3 настоящей работы, а именно: авария на Рефтинской ГРЭС и авария на ПС "Гранит" Приморского края. Критериями экономической эффективности были выбраны: экономический эффект; приведённые затраты; дисконтированные затраты; ЧД; рентабельность. Выбранные показатели позволяют в полной мере оценить эффектив- ность предлагаемых мероприятий. |