В настоящее время методы испытаний электрооборудования и методы измерения значений параметров, по которым производится оценка его состояния, описываются в различной справочной и технической литературе, что неудобно для практического использования персоналом энергопредприятий.

По запросу ОРГРЭС энергообъединения и энергопредприятия России активно поддержали предложение о необходимости разработки Методических пособий по контролю состояния оборудования электрических сетeй.

Разработанный ОРГРЭС Сборник состоит из следующих разделов.

Раздел 1. Испытания изоляции электрооборудования. Общие методы.

Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов.

Раздел 3. Методы контроля состояния измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Раздел 4. Методы контроля состояния коммутационных аппаратов.

Раздел 5. Методы контроля состояния токопроводов, сборных шин и ошиновок, опорных и подвесных изоляторов.

Раздел 6. Методы контроля состояния конденсаторов.

Раздел7. Методы контроля состояния вентильных разрядников, ограничителей перенапряжений, трубчатых разрядников.

Раздел 8. Методы контроля состояния вводов, проходных изоляторов.

Раздел 9. Методы контроля качества электроизоляционных жидкостей.

Раздел 10. Методы контроля состояния стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Раздел 11. Методы контроля состояния заземляющих устройств.

Раздел 12. Методы контроля состояния воздушных линий электропередачи.

Раздел 13. Методы контроля состояния кабельных линий.

В сборнике представлено большинство известных методов контроля оборудования, рекомендуемых к использованию на энергопредприятиях, за исключением методов контроля с помощью инфракрасной техники и хроматографического анализа газов, растворенных в масле маслонаполненных аппаратов.

Газохроматографический анализ трансформаторного масла в настоящее время проводится на энергопредприятиях в соответствии с действующими "Методическими указаниями по диагностике развивающихся дефектов по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле силовых трансформаторов: РД 34.46.302-89". Научно-исследовательские работы но дальнейшему развитию и расширению области применения газовой хроматографии продолжаются и с учетом их результатов намечается выпуск методических указаний по газохроматографическому анализу других видов маслонаполненного оборудования высокого напряжения.

Что касается тепловизионного контроля различных видов оборудования и их составных частей, то в настоящее время ведутся работы но анализу и обобщению методов контроля с помощью различных приборов инфракрасной техники, применяемых в энергообъединениях. По завершении этой работы ОРГРЭС сможет выпустить пособие по применению этих методов.

В некоторых разделах Сборника наряду с прогрессивными и эффективными методами контроля приведены давно известные, в определенной степени устаревшие методы по сравнению с теми, которые, например, применяются за рубежом, поскольку Сборник базируется на имеющихся в энергообъединениях аппаратуре и приспособлениях. Вместе с тем в Сборник впервые включены методы контроля состояния маслонаполненного оборудования под рабочим напряжением. Эти методы достаточно проверены на многих энергопредприятиях.

С выпуском данного Сборника появится возможность осуществлять контроль состояния электрооборудования по единым методикам. Это повысит степень достоверности результатов контроля, позволит производить их анализ, давать объективную оценку контролируемому оборудованию. Накопление результатов измерений дает возможность разработать в будущем более обоснованные браковочные нормы. Сборник может служить для обучения постоянно обновляемого персонала энергопредприятий.

Каждый раздел Сборника выпускается отдельно. По заказу энергообъединения (энергопредприятия) разделы могут быть скомплектованы в единый сборник в необходимом наборе.

Фирма ОРГРЭС просит энергообъединения и энергопредприятия присылать отзывы и предложения для корректировки Сборника при его последующих изданиях по адресу: 105023, Москва, Семеновский пер., д. 15.

Рекомендации относятся к вводам с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией на напряжение 110 кВ и выше и к маслонаполненным вводам с бумажно-эпоксидной (твердой) изоляцией на 110 кВ.

Рассматриваются методы эксплуатационного контроля вводов трансформаторов (автотрансформаторов), шунтирующих реакторов и выключателей, а также линейных и кабельных вводов (проходных изоляторов, в дальнейшем — вводы). Контроль производится с целью определения их технического состояния и выявления развивающихся дефектов.

Основные виды повреждений (дефектов) изоляции вводов, приводящих к отказам, приведены в табл. 1. Механические повреждения (сколы фарфора, нарушение уплотнения и т.п.) могут быть определены внешним осмотром без проведения специальных испытаний.

Несмотря на многообразие исходных причин повреждений, развитие неисправности приводит к следующим основным механизмам отказов: тепловому пробою, разрушению изоляции частичными разрядами, переходящему в тепловой пробой (тепло-ионизационный пробой), перекрытию из-за поверхностных разрядов по остову и фарфоровой покрышке.

Перечень обязательных испытаний, а также предельные значения контролируемых параметров устанавливаются Объемом и нормами испытаний электрооборудования. Эти испытания обеспечивают выявление основных видов повреждений изоляции. Для уточнения характера и степени развития повреждения рекомендуется проводить дополнительные испытания, объем и последовательность которых устанавливается исходя из конструкции ввода и предполагаемых дефектов.

Перечень контролируемых параметров вводов и способы их определения приведены в табл. 2. При составлении программ дополнительных испытаний следует учитывать диагностические возможности применяемых методов испытаний (табл. 3).

Примечание. В скобках указаны номера документов, определяющих методику проведения испытаний. Измерение диэлектрических характеристик, а также контроль над рабочим напряжением следует проводить в соответствии с рекомендациями, изложенными в разделе 1 «Методических пособий по контролю состояния электрооборудования электрических сотой» (Испытания изоляции электрооборудования. Общие методы). В данном раздело Пособий будут рассмотрены лишь особенности проведения этих испытаний, определяемых конструктивным исполнением вводов.

Для оценки состояния изоляции используются:

- текущее значение параметра;

- изменение значения параметра за время с начала эксплуатации ввода или (и) за период между очередными испытаниями;

- зависимость значения параметра от температуры изоляции и напряжения, приложенного к вводу.

Основными методами контроля являются измерение диэлектрических характеристик изоляционной конструкции и испытание масла. У герметичных вводов следует контролировать также внутреннее давление.

Наибольшую эффективность контроля обеспечивает измерение характеристик изоляции ввода при рабочем напряжении на нем.

Анализ газов, растворенных в масле, эффективен, как правило, лишь при контроле герметичных вводов, залитых маслом Т-750. Основанием для отбора пробы является необходимость уточнения диагноза при выявлении другими методами признаков ухудшения изоляции. Отбор пробы масла из герметичных вводов для определения его характеристик следует производить лишь в случае, если другие испытания не дадут достаточных данных для оценки состояния изоляции.

Для контроля вводов следует также использовать тепловизионные методы. При этом выявляются ухудшение контактов, возникновение короткозамкнутых контуров в расширителе и высокий уровень потерь в изоляции.

Для вводов оборудования, к надежности которого предъявляются повышенные требования, рекомендуется двухступенчатая система контроля. Она заключается в периодическом (непрерывном) контроле под рабочим напряжением для выявления признаков развивающихся дефектов с последующими испытаниями по специальной программе. Для вводов на напряжение 330 кВ и выше целесообразен непрерывный контроль с сигнализацией о возникновении опасных дефектов. Другие вводы контролируются периодически.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Рассматриваются лишь зоны изоляции, характеристики которых могут быть измерены в условиях эксплуатации, т.е. зоны, ограниченные электродами, к выводам от которых имеется доступ (выводы ВН и СВ или ИВ для зоны С₁ , выводы СВ и ИВ для зоны С₂ и вывод ИВ для зоны С₃).

Указанные причины могут привести к различным результатам измерений одной и той же зоны изоляции, проведенных при разных условиях или схемах измерительной установки. Поэтому основным правилом, обеспечивающим получение сопоставимых данных, является проведение измерений в стабильных условиях и при одинаковых схемах измерительной установки.

К оптимальным условиям измерений относятся:

- положительная температура окружающего воздуха и изоляции (20 ± 10°С);

- сухая погода (относительная влажность воздуха не более 80%);

- чистая наружная поверхность изоляции; отсутствие посторонних предметов вблизи ввода (на расстоянии, меньшем 1,5-2 м для отдельно стоящего ввода).

Ограниченный диапазон температур выбран исходя из того, что в нем температурные изменения контролируемых параметров находятся в допустимых пределах и отпадает необходимость в последующем приведении к нормальным условиям. При некоторых дефектах температурная зависимость параметров существенно возрастает и это является диагностическим признаком. В этих случаях необходимо производить измерения в широком диапазоне температур (как правило, при наибольшей возможной и при температуре окружающего воздуха, но не ниже чем 10°С).

В целях исключения недопустимых погрешностей измерения, вызванных паразитными связями, при контроле отключенного ввода следует использовать установку экранов (бандажей), соединяемых с экраном измерительной схемы. Должны применяться схемы измерений, уменьшающие уровень токов влияния в измерительном устройстве, и методы, исключающие погрешности измерений, вызванные этими токами. Рекомендуемые схемы измерений выбраны исходя из этих требований.

Измерение сопротивления изоляции отключенного ввода производится мегаомметром при напряжении 2500 В. Верхний предел измерений мегаомметра — не менее 10000 МОм.

Перед измерением, особенно при повторных приложениях напряжения, контролируемая зона должна быть закорочена не менее чем на 5 мин для снятия остаточного (абсорбционного) заряда. Отсчет показаний мегаомметра производится через 60 с после подачи напряжения на объект; отсчет через 15с производится лишь в случае определения коэффициента абсорбции

(R₆₀ /R₁₅ ).

Примечание. Типовыми являются схемы измерения сопротивления изоляции зон С₂ и С₃. Остальные схемы измерений применяются для уточнения характера дефекта

Основные схемы измерений приведены в табл. 4. При прямой схеме измерений зоны С₁ контролируется главная изоляция (остов). Для реализации этой схемы приходится снимать с ввода ошиновку, т.к. большой ток влияния, стекающий через источник напряжения мегаомметра, может привести к недопустимым погрешностям измерений. Поэтому предусмотрено совместное измерение зон С₁ и С₃ (С₂) при перевернутой схеме измерительного устройства (без отключения шин). В этой схеме заземление ошиновки существенно снижает уровень помех оттоков влияния. Схема рекомендуется для общей оценки состояния изоляции.

Для исключения погрешности измерений сопротивления изоляции зон С₂ и С₃ , проводимых при перевернутой схеме, предусмотрено экранирование; на поверхности соответствующих изоляторов (СВ или ИВ) устанавливаются бандажи, соединяемые с выводом «Э» мегаомметра (рис. 2).

Рис 2. Схема экранирования при контроле наружных слоев изоляции ввода: 1 – обьект : ВН – вывод высокого напряжения; ИВ – измерительный вывод; Б – бандаж; 2 – мегаомметр.

Рис3. Схема мостовой измерительной установки: 1 – предохранитель, выключатель; 2 – фазорегулятор; 3 – коммутатор фазы напряжения; 4 – регулятор напряжения; 5 – измеритель напряжения; 6 – испытательный трансформатор; 7 – измерительное устройство.

Должны быть приняты меры для уменьшения паразитных связей объекта (очистка поверхностей, удаление посторонних предметов и т.п.). При испытаниях вводов, установленных на трансформаторе, необходимо соединять между собой все выводы каждой обмотки трансформатора.

Основные схемы измерений параметров отключенного ввода приведены в табл. 5. Заземление вывода ВН и связанного с ним участка ошиновки (непосредственное или через испытательный трансформатор) обеспечивает снижение уровня помех от токов влияния. Однако при больших токах влияния, стекающих с шин через испытательный трансформатор, возможны недопустимые погрешности измерений характеристик зоны С₁. В этих случаях возможность проведения измерений без отключения шин определяется опытным путем (сравнением полученных данных с результатами контроля того же объекта после снятия ошиновок).

Результаты контроля зоны С₃, особенно в герметизированных вводах, важны для выявления развивающихся повреждений, связанных с ухудшением состояния масла. Поэтому предусмотрено повышение точности измерений путем установки экрана (бандажа) на пути токов по поверхности вывода ИВ (рис. 4).

Схемы совместного измерения зон С₁ и С₃ обеспечивают возможность общей оценки состояния внутренней изоляции ввода. В меньшей степени это относится к схеме совместного измерения зон С₁ и С₂ однако данные и этого измерения несут диагностическую информацию.

Примечание. Типовыми являются схемы измерения параметров зон С₁, С₂ и С₃. Остальные схемы измерений применяются для уточнения характера дефектов.

Рассмотренные схемы измерений относятся к случаю тестового контроля отключенного оборудования при приложенном напряжении. Для зоны С₁ это напряжение равно 10 кВ, для зон С₂ и С₃ — 5 кВ (для вводов, выпущенных до 1970 г. — 3 кВ).

При отсутствии необходимого образцового конденсатора целесообразно сравнение характеристик двух однотипных вводов. При этом следует применить схему измерений, рекомендованную для контроля вводов под напряжением.

Измерение производится при 4-5 значениях напряжения в диапазоне от 35 кВ до наибольшего рабочего (фазового) для данного ввода.

Характеристики изоляции определяются при подъеме и снижении напряжения. Исключение погрешностей от токов влияния обязательно и производится методом двух измерений с переменой на 180° фазы испытательного напряжения. Исключение погрешности производится раздельно по результатам, полученным при подъеме напряжения и при его снижении.

Испытательное напряжение должно подаваться так, чтобы свести до минимума емкость провода от источника напряжения относительно ввода (сверху или перпендикулярно оси ввода). Желательно применять некоронирующие провода (трубы).

В качестве средней температуры изоляции ввода (t_из) принимается:

- для горизонтально установленных вводов: полусумма температур окружающей среды для каждой части ввода;

- для вертикально (наклонно) установленных вводов: расчетная температура изоляции: t_из = kt_вз + (1-k) t_мт.

Проверка уплотнений у маслонаполненных вводов негерметичного исполнения производится путем гидравлических испытаний.

Для этого из гидравлического затвора ввода сливается масло и он промывается двумя-тремя порциями свежего масла. К маслоотборному отверстию ввода присоединяется гидравлический насос и ввод доливается маслом до полного заполнения расширителя, после чего закрывается дыхательное отверстие. Поверхность ввода протирается, чтобы удалить следы масла, и внутри ввода создается избыточное давление 100 кПа.

Ввод считается выдержавшим испытание, если за 30 мин не снизится в нем давление и не появятся на поверхности потеки масла. По окончании испытаний излишки масла сливаются и восстанавливается нормальная гидравлическая схема. Для проверки этого сливается малая порция масла, что должно дать соответствующее снижение уровня масла в маслоуказателе.

Контролируемые параметры: диэлектрические потери, емкость изоляции и ее полная (комплексная) проводимость. Для оценки технического состояния ввода используются данные об изменении этих параметров во времени:

; ; ;

Мостовые схемы измерений (рис. 7) основаны на сравнении параметров контролируемого объекта и объекта, принятого в качестве образцового (объекта сравнения). В качестве объекта сравнения может быть использован аналогичный объект соседнего присоединения распредустройства (рис. 7,а), или образцовый конденсатор низкого напряжения, на который подается напряжение от ТН системы шин (рис. 7, б).

Неравновесно-компенсационная схема (рис. 8) позволяет одновременно контролировать три ввода одного объекта. При начале контроля трехфазная система токов через изоляцию вводов симметрируется так, чтобы ток на выходе сумматора был равен нулю. При возникновении дефекта ток через изоляцию ввода изменится и на выходе сумматора будет измерен ток, пропорциональный контролируемому параметру.

Вводы, переводимые на контроль под рабочим напряжением, должны быть оборудованы стационарными устройствами присоединения, обеспечивающими безопасность проведения измерений.

При периодическом контроле под напряжением, кроме плановых измерений, ежегодно следует оценивать состояние ввода при наибольшем нагреве изоляции — в дни высоких температур воздуха и (или) при нагрузке трансформатора, близкой к наибольшей. Это обеспечивает повышенную вероятность выявления повреждений изоляции.

К методам контроля под напряжением относится также наблюдение за давлением в герметичном вводе. Повышение давления сверх допустимого по условиям нагрева ввода может быть следствием интенсивных частичных разрядов. При этом необходимо срочно провести дополнительные испытания, включая контроль масла.

Оценка состояния изоляции ввода должна проводиться на основании анализа всей совокупности результатов проведенных испытаний. При этом следует установить характер предполагаемых дефектов и тенденцию их развития (поставить диагноз). Необходимость диагностирования вызвана неоднозначностью связи значений контролируемых параметров с фактическим состоянием изоляции, которое определяется типом дефекта.

Основанием для принятия решения о дальнейшей эксплуатации ввода или его браковке должна быть общая оценка степени ухудшения технического состояния, основанная на диагнозе и учете опыта эксплуатации аналогичных вводов. Исходя из диагноза также определяется и периодичность контроля.

во-втором — возможно продолжение эксплуатации ввода (см. приложение 1).

Критериями неработоспособного состояния ввода (браковочными критериями) являются:

- у герметичных вводов: выявление признаков разрушения твердой изоляции (появление недопустимых концентраций диагностических газов); выпадение осадка из масла; интенсивное газовыделение (рост давления);

- у негерметичных вводов: недопустимое по установленным нормам ухудшение характеристик масла; увлажнение масла и остова.

Признаками наличия развивающихся дефектов ввода являются существенные изменения контролируемых параметров и значительные (превышающие нормальные) зависимости характеристик изоляции от температуры и напряжения.

Частый отбор проб и последующие доливки масла в герметичный ввод неприемлемы по условиям эксплуатации и могут привести к повреждению ввода из-за попадания в масло воздуха.

Использовать анализ газов в качестве основного метода контроля герметичных вводов не представляется возможным, ибо скорость развития дефектов, сопровождающихся газовыделением, такова, что контроль необходимо производить несколько раз в течение года. Кроме того, газовыделение из масла существенно зависит от его характеристик, что приводит к значительной ложной браковке вводов.

Описание ряда дефектов и основные их признаки, определяемые путем измерения характеристик изоляции, приведены в табл. 6.

Таблица 6

Рекомендации по оценке результатов контроля под рабочим напряжением и по диагностированию изоляции вводов приведены в приложении.

1. Рекомендации относятся к вводам с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией классов напряжения 110-750 кВ. Исполнение — герметичное, по ГОСТ 10693-81. Рассматриваются повреждения изоляционной конструкции. Диагностирование производится на основании данных, полученных путем измерений параметров изоляции ввода, анализа газов, растворенных в масле, и оценки состояния изоляционного масла. При анализе данных необходимо рассмотреть динамику изменения параметров и сравнить их с установленными предельными значениями (нормами).

Кроме того, следует учесть данные о проведенных ремонтах и выявленных при осмотрах неисправностях. Результаты испытания после ремонта со сменой масла принимаются в качестве исходных для последующего сравнения.

2. Дефекты изоляции, приводящие к отказам герметичных вводов, в большинстве случаев проявляются при воздействии рабочего напряжения и развиваются быстро.

Основным методом обнаружения быстро развивающегося дефекта является измерение характеристик изоляции при рабочем напряжении. Дополнительные испытания отключенного ввода производятся с целью выявления характера и опасности дефекта и оценки технического состояния объекта контроля.

Рекомендуемые методы диагностирования отключенного ввода могут быть использованы для целей контроля и при отсутствии данных, полученных измерениями под рабочим напряжением. Однако при этом для своевременного выявления опасных дефектов изоляции вводов, залитых маслом Т-750, испытания следует производить часто, не реже 1 -2 раз в год.

3. Последовательность операций диагностирования:

- выявление признаков существенных изменений состояния изоляции по результатам контроля под напряжением (табл. П 1.1) и принятие решения о периодичности контроля или (и) необходимости проведения дополнительных испытаний;

- выявление признаков дефектов по результатам испытаний отключенного ввода (табл. П1.2);

3. Индекс «Т» — текущее значение параметра; индекс «П» — значение, полученное при предыдущем контроле; индекс «Н» — нормированное значение.

экспертная оценка состояния изоляции ввода (табл. П1.3; в таблице приведены наиболее часто встречающиеся состояния).

*Существенные признаки: основной — ¤, дополнительный — +.

Примечание. На ранних стадиях развития дефекта возможно проявление не всех диагностических признаков. Дополнительные признаки рассматриваются с целью подтверждения диагноза.

Решение о сроках последующего контроля или необходимости вывода объекта из работы производится с учетом рекомендаций табл. П1.3, исходя из опыта эксплуатации аналогичных вводов и условий работы трансформатора. Испытания изоляции отключенного ввода проводятся в следующей последовательности:

- хроматографический анализ растворенных в масле газов (АРГ);

- испытание пробы масла.

Параметры, измеряемые под рабочим напряжением:

- давление в вводе (Р).

При контроле по изменению давления в вводе в качестве диагностических признаков рассматриваются лишь случаи выхода давления за пределы, указанные заводом-изготовителем в зависимости от нагрузки трансформатора и температуры окружающего воздуха.

Причины выхода давления за установленные пределы определяются дополнительными испытаниями.

Параметры, измеряемые на отключенном вводе:

- сопротивление конденсатора ПИН'а (R₂ ) или наружных слоев изоляции (R₃).

При анализе растворенных в масле газов обязательно определяются концентрации водорода (Н₂), ацетилена (С₂Н₂), метана (CH₄), этилена (C₂H₄) и этана (С₂Н₆). Диагностические параметры: концентрации Н₂ , С₂Н₂ и ∑C_ХH_У (включая С₂Н₂).

Перечень испытаний пробы масла включает определение следующих показателей:

- пробивное напряжение;

- кислотное число;

- температура вспышки;

- влагосодержание;

- содержание механических примесей;

- содержание водорастворимых кислот;

- содержание антиокислительной присадки;

- содержание растворенного шлама;

- газосодержание;

- содержание фурановых производных,

В объем сокращенного анализа входят три первых показателя. При получении неудовлетворительных результатов сокращенного анализа хотя бы по одному показателю следует провести расширенный контроль, объем которого определяется исходя из предполагаемого дефекта изоляции ввода. Содержание фурановых производных определяется лишь в случае, если есть основания для предположения о разрушении твердой изоляции (например, при отношении концентраций СО/СО₂ более чем 0,2 или при высокой концентрации СО₂).

С целью диагностирования, как правило, следует использовать обобщенный параметр — соответствие нормам результатов сокращенного анализа. Остальные показатели качества масла определяются при необходимости уточнения диагноза.

Подробные рекомендации по этому поводу даны в разделе 9 Сборника (Методы контроля качества электроизоляционных жидкостей).

а) Порядок проведения испытаний:

— нагреть изоляцию ввода до возможно более высокой температуры (t_ВХР > 40°С). Нагрев производится путем ограничения охлаждения трансформатора. Контроль — по давлению во вводе (по кривой MN заводской инструкции) или по температуре верхних слоев масла трансформатора;

где С₁ и С₃ — емкости соответствующих зон (по паспортным данным или по результатам предыдущих измерений).

Чем больше будет разность температур, при которых проведены измерения, тем точнее будут результаты оценки состояния масла; рекомендуется t _ВРХ — t _НЖН > 20°С.

б) Оценка состояния масла:

- предельно допустимые значения; --- граница зоны риска

Масло во вводе считается удовлетворительным, если полученная прямая находится под прямой предельного состояния и чем ниже она расположена, тем лучше состояние масла.

Достоверность результатов для масла Т-750 подтверждается малым утлом между сравниваемыми прямыми. Для масла ГК построенная прямая ближе к горизонтальному положению.