Статья посвящена современным методам диагностики при техническом обслуживании по фактическому состоянию с целью выявления ослабленных участков для прогнозирования ремонтов и замены высоковольтного оборудования.
При техническом обслуживании по фактическому состоянию (CBM — Condition Based Maintenance), основан-ном на прогнозировании запаса надежности, используются данные результатов проверки и контроля диагно-стических параметров электрооборудования через фиксированные интервалы времени. Эти интервалы выбираются по статистическим данным в соответствии с конкретной ситуацией и определенным типом электрооборудования. Преимущества такого подхода — оптимизация затрат на техническое облуживание и обеспечение высоких уровней надежности и безопасности.
Стратегии технического обслуживания
Для достижения оптимального баланса между затратами и эффективностью работы используются следующие стратегии технического обслуживания:
- Работа до возникновения отказа (техническое обслуживание на основе события);
- Запланированное техническое обслуживание по текущему состоянию, основанное на прогнозиро-вании запаса надежности (CBM);
- Обслуживание на основе планово-предупредительного принципа.
Деградация (старение) изоляции
Имеются несколько основных причин для деградации изоляции:
- Воздействие электрического напряжения (перенапряжение, удары молний, частичные разряды);
- Тепловое напряжение (условия нагрузки);
- Механическое усилие (вытягивание, изгиб, осадка фундамента);
- Химическая коррозия (воздействие воды, соли, масла и загазованности);
- Внешнее воздействие (загрязненная внешняя среда, доступ воды).
Старение изоляции, особенно вызываемое доступом воды, является постепенным процессом деградации, когда соответствующие факторы взаимодействуют друг с другом с образованием так называемых водяных древовид-ных структур в изоляции.
Стандарты на испытания высоковольтной изоляции
Разрушающие высоковольтные испытания оборудования на постоянном или переменном токе
Традиционные высоковольтные испытания изоляции на постоянном токе — простейший путь получения сведений общего характера о состоянии изоляции. Такая проверка изоляции может выполняться в виде простейшего испытания по типу «годен/не годен».
Согласно новому европейскому документу по гармонизации стандартов CENELEC HD 620 S1 — 1996 для кабелей с синтетической изоляцией испытание на постоянном токе не должно использоваться применительно к пластиковой изоляции кабеля; а рекомендуется лишь испытание на переменном токе частотой 0,1 или 50 Гц. Статистика результатов испытаний в условиях эксплуатации более чем 15000 кабелей с полиэтиленовой изоляцией показала, что ~68% от общего числа зарегистрированных отказов происходило в течение 12 минут, ~89% — в течение 30 минут, ~95% через 45 минут, 100% через 60 минут. Фактическое время испытания и напряжение могут определяться поставщиком и пользователем кабеля и зависят от стратегии испытания, кабельной системы, состояния изоляции, а также выбранного метода испытания.
| Неразрушающая диагностика оборудования — новая стратегия технического обслуживание по фактическому состоянию, основанная на прогнозировании запаса надежности (CBM) |
|---|
Испытание сопротивления изоляции
Для проведения испытаний сопротивления изоляции используется источник постоянного тока. В этом случае определяется изменение тока утечки, что указывает на ухудшение характеристик или повреждение изоляции. В электроэнергетике, нефтехимической и других крупных отраслях промышленности диагностические испытания изоляции обычно выполняются применительно к электродвигателям и генераторам в пределах от 500 до 5000 В.
Диагностическое испытание тока релаксации (IRC-испытание)
Неразрушающая диагностика кабеля с использованием IRC-анализа может предоставить важную информацию о старении и деградации полимерной изоляции.
Контроль тангенса угла потерь tg
Информация о величине tg δ позволяет оценить общее состояние кабеля независимо от его длины. Анализ результатов испытаний в условиях эксплуатации за последние 15 лет позволяет различать находящееся в эксплуатации оборудование с «небольшим», «умеренным» и «сильным» старением. Испытание на tg δ выявляет карбонизацию, ионизацию или корону при повышенном уровне напряжения. В случае пластиковой изоляции -измерение tg δ на сверхнизких частотах (СНЧ) является идеальным средством обнаружения участков деградации, вызываемых водяными древовидными структурами.
Измерение частичных разрядов и обнаружение дефектов с помощью динамической рефлектометрии
Диагностика частичных разрядов является хорошо зарекомендовавшим себя методом неразрушающего испытания изоляции. При проведении лабораторных испытаний измерение частичного разряда является хорошо известным обычным испытанием. Требуемые при этом уровни частичного разряда зависят от типа объекта диагностики. В случае высоковольтных кабелей такие уровни находятся в диапазоне от нескольких до 100 нКл.
Для проверки в условиях эксплуатации точное значение уровня частичных разрядов менее важно по сравнению с положением (локализацией) их источника. Амплитуда частичных разрядов зависит от типа дефекта изоляции и расстояния, вызывающего затухание. Одним из наиболее важных индикаторов оценки состояния изоляции кабеля является уровень напряжения начала частичного разряда. Для локализации таких дефектов в кабелях используется классический метод динамической рефлектометрии.
Рис. 1. Установка для испытания кабеля с измерением частичного разряда и локализацией дефекта с использованием метода динамической рефлектометрии 
Рис. 2: Калибровка при использовании метода
частичных разрядов в соответствии с IEC 60270
Практически наиболее эффективные процедуры диагностики
СНЧ измерения на частоте 0,1 Гц являются очень эффективным вследствие очень высокой скорости роста электрической древовидной структуры в месте дефекта. При этом для определения поврежденного участка изоля-ции с помощью СНЧ требуется очень незначительное время, что является существенным преимуществом по сравнению с испытаниями на частоте сети.
Длительность проведения испытания
Длительность проведения испытания и величина выдерживаемого напряжения являются наиболее важными параметрами при выполнении оценки состояния изоляции. Десять циклов испытаний на частоте 0,1 Гц занима-ют 100 секунд; этого времени, в основном, достаточно для анализа и локализации дефектов оборудования, связанных с частичными разрядами!
Разрушающее или неразрушающее испытание?
Напряжение до 1,7 Uo или 2,0 Uo может быть неразрушающим, если изоляция является все еще новой.
Рис. 3: Сбор данных и локализация дефекта в кабеле на расстоянии 673,7 м методом динамической рефлектометрии
На таком уровне термин «диагностика» при проведении испытания в условиях эксплуатации использовался в течение последних 15 лет.
Метод СНЧ (VLF truesinus®) успешно использовался для оценки состояния изоляции кабелей с применением неразрушающей системы измерения tg δ и частичного разряда PD. При этом необходимо, чтобы СНЧ источник высокого напряжения не имел высших гармоник и имел чрезвычайно низкий уровень шума для получения до-стоверных результатов при выполнении измерения частичных разрядов в условиях эксплуатации. Метод ча-стичных разрядов в твердых диэлектриках является наиболее эффективным при обнаружении мест дефектов, особенно в муфтах и в концевых заделках!
| Рекомендуемая последовательность при неразрушающих испытаниях высоковольтного оборудования |
|---|
Высоковольтная диагностика на СНЧ, включая измерение тангенса дельта
Цель:
- Стратегическое планирование, создание базы данных для классификации оборудования по тангенсу дельта, как НОВОЕ, ПОВРЕЖДЕННОЕ или ДЕФЕКТНОЕ для планирования ремонта, замены или обновления;
- Техническое обслуживание и диагностическая проверка каждый год или с периодом в пять лет;
- Проверка рабочих характеристик после ремонта;
- Снятие с эксплуатации оборудования или системы, которая не может больше надежно эксплуати-роваться.
Процедура:
- Измерение тангенса дельта вплоть до 2Uo в виде 3 шагов по напряжению; Uo; 1,5Uo, 2Uo. Время проверки не должно превышать 10 минут.
Высоковольтное СНЧ испытание с измерением тангенса дельта и частичных разрядов
Цель:
- Проверка рабочих характеристик;
- Прогнозирование технического обслуживания;
- Уменьшение числа вынужденных простоев;
- Увеличение надежности системы;
- Стратегическое планирование; обнаружение опасных дефектов типа водяных древовидных струк-тур; плохих соединений, муфт или законцовок; пользователь подготавливается заменять муфты или секции кабеля.
Уровни испытательного напряжения в кабельных системах и сетях
- Диагностический уровень СНЧ напряжения: макс. 2Uo
- Уровень СНЧ напряжения испытания: макс. 3Uo
Процедура:
СНЧ испытания рекомендуются для проверки рабочих характеристик оборудования. Измерение тангенса дельта и частичных разрядов — до максимального уровня напряжения проверки 2Uo или 3Uo при 0,1 Гц в зависимости от возраста изоляции. Запись значений тангенса дельта при Uo, 1,5Uo и 2Uo. Время (длительность) испытаний должно быть как можно меньше.
В случае более жестких требований к надежности пользователь может принять решение определять значения тангенса дельта и частичных разрядов при 3Uo с некоторым риском возможного пробоя во время процедуры испытания. При этом регистрируется уровень частичных разрядов и величина пКл при 3 Uo.
Заключение
За последние десять лет практика и режимы испытаний оборудования в условиях эксплуатации претерпели значительные изменения. Стала применяться аппаратура измерения тангенса угла потерь на СНЧ и частичных разрядов с использованием новых диагностических методов. Стали применяться новые критерии при испыта-ниях кабельных сетей, особенно, в случае твердых диэлектриков. Они требуют использования новой методоло-гии и новых процедур испытаний на основе СНЧ. Эти новые диагностические методы являются полезными инструментами для достижения общего повышения надежности сети. Стратегии, основывающиеся на примене-нии приоритетной структуры испытаний, будут снижать общую стоимость технического обслуживания, и по-вышать срок службы оборудования.
По материалам Промышленной Группы Компаний «МЕГА»
