Способ высоковольтных испытаний изоляции трехфазного круэ

 

Использование: в области испытаний изоляции высоковольтного оборудования, в частности испытания элегазового оборудования методом измерения частичных разрядов, и может применяться для определения местоположения дефектов изоляции в трехфазных конструкциях с аксильной структурой. Сущность изобретения: при испытаниях дополнительно измеряют характеристики ЧР при поочередном приложении к одному из фазных токопроводов испытательного напряжения и разземленном состоянии одного или двух других токопроводов, определяют распределения напряженности неискаженного дефектом электрического поля у поверхности токопроводов и корпуса при значениях испытательных напряжений, равных напряжениям возникновения ЧР, при этом о местоположении дефекта судят по совпадению значений напряженности электрического поля у соответствующих распределений, как минимум при двух различных схемах включения. 6 ил.

Изобретение относится к области испытаний изоляции высоковольтного оборудования, в частности к испытаниям элегазового оборудования методом измерения частичных разрядов, и может быть использовано для определения места расположения дефектов изоляции в трехфазных конструкциях, имеющих аксиальную структуру.

Одним из эффективных методов испытания электрической прочности изоляции высоковольтного элегазового оборудования комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) является метод частичных разрядов (ЧР) [1] В отличие от испытаний нормированным испытательным напряжением [2] данный метод позволяет проводить испытания изоляции КРУЭ при напряжениях, значительно меньших, чем нормированное испытательное напряжение, и основан на измерении и регистрации характеристик ЧР, возникающих в КРУЭ при подаче на него напряжения, генерируемого специальной испытательной установкой (ИУ). Прежде всего таким методом удается обнаружить наличие в КРУЭ таких наиболее распространенных типов дефектов, снижающих электрическую прочность изоляции, как проводящие выступы на токонесущих элементах и внутренней поверхности корпуса КРУЭ и подвижные проводящие частицы.

На этих дефектах происходит непредусмотренное конструкцией КРУЭ усиление поля, что ведет к нарушению изоляции, например, с проводящего выступа возможен полный разряд при напряжении, существенно меньшем нормированного испытательного напряжения.

После устранения этих дефектов КРУЭ подвергается испытанию нормированным испытательным напряжением.

При проведении испытаний методом ЧР однополюсных КРУЭ задача обнаружения дефектов изоляции решается следующим образом.

В способе [2] испытательное напряжение повышают до линейного напряжения объекта испытания, кратковременно выдерживают на этом уровне, плавно снижают напряжение до наибольшего рабочего фазного значения, далее измеряют уровень ЧР и пo его превышению некоторого нормированного значения (предельно допустимого) уровня ЧР определяют наличие дефектов.

В способе [3] с целью повышения эффективности обнаружения дефектов в виде подвижных проводящих частиц, находящихся внутри корпуса КРУЭ, объект испытания подвергают непрерывному воздействию ударной механической нагрузки и непрерывно проводят измерение характеристик ЧР в течение всего времени приложения напряжения, по которым далее определяют наличие дефектов. В этом случае при совпадении ударной механической нагрузки с максимальным значением приложенного переменного испытательного напряжения возникает максимальная сила отрыва подвижных частиц, за счет чего повышается эффективность их обнаружения.

Следует заметить, что оба эти способа [2, 3] позволяют обнаружить указанные дефекты, однако не дают никакой информации о месте их расположения в КРУЭ.

В способе [4] удается локализовать место расположения дефектов в высоковольтной изоляционной покрышке, при этом на время испытаний во внутреннюю полость покрышки, заполненную электроизоляционной средой (элегазом), вводят концентратор электрического поля, перемещают его вдоль продольной оси покрышки, измеряют характеристики ЧР и по ним судят о наличии и месте расположения дефекта. В этом способе за счет созданий перемещающегося концентрированного электрического поля осуществляют сканирование этим полем изоляционной покрышки и повышают тем самым точность локализации дефекта. Основным недостатком данного способа является необходимость введения внутрь испытываемой конструкции концентратора электрического поля и его перемещения.

Появление трехполюсных КРУЭ, все токопроводы которых расположены в общем корпусе, обладающих более сложной конструкцией по сравнению с однополюсными КРУЭ, усложнило задачу обнаружения и локализации дефектов. Это связано прежде всего с тем, что в многоэлектродных КРУЭ конфигурация (распределение) электрического поля значительно сложнее чем в однополюсных.

Наиболее близким по решаемой задаче и технической сущности к заявляемому является способ высоковольтных испытаний трехфазных КРУЭ, описанный в [5] Данный способ заключается в поочередном приложении к одному из фазных токопроводов нормированного измерительного напряжения, в то время как два других токопровода заземлены, и измерении уровня ЧР, по которому в дальнейшем судят о наличии дефектов. Однако этот способ позволяет выявить только наличие дефекта и определить на каком из токопроводов он находится, но не позволяет определить его местоположение на нем.

Следует отметить, что устранение дефекта сопряжено со значительными затратами по размонтированию и затем новой сборке и герметизации КРУЭ, при этом отсутствие информации о том, в каком месте элемента КРУЭ (токопровода или корпуса) находится дефект, приводит к долгим его поискам и, вообще говоря, нет никакой гарантии, что обнаруженный и устраненный монтажником якобы "дефект" был именно той причиной, которая вызывала ЧР и, что после сборки КРУЭ и повторных испытаний не придется его заново размонтировать, осуществлять поиск дефекта, удалять его и снова собирать и испытывать КРУЭ. Поэтому крайне важно знать место расположения дефекта, хотя бы приблизительно.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа высоковольтных испытаний изоляции трехфазного КРУЭ, позволяющего определелять на каком из фазных токопроводов или внутренней поверхности корпуса расположен дефект, а такие местоположение дефекта в плоскости поперечного сечения КРУЭ, имеющего аксиальную структуру.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе высоковольтных испытаний изоляции трехфазного КРУЭ, все фазные токопроводы которого расположены в общем корпусе, состоящем в поочередном приложении к одному из токопроводов испытательного напряжения, в то время как два других токопровода заземлены, и измерении характеристик частичных разрядов (ЧР), по которым судят о наличии дефектов на поверхности токопроводов и/или на внутренней поверхности корпуса КРУЭ, дополнительно измеряют характеристики ЧР при поочередном приложении к одному из фазных токопроводов испытательного напряжения и разземленном состоянии одного или двух других токопроводов, определяют распределения напряженности неискаженного дефектом электрического поля у поверхности токопроводов и корпуса при значениях испытательных напряжений, равных напряжениям возникновения ЧР, при этом о местоположении дефекта судят по совпадению значений напряженности электрического поля у соответствующих распределений, как минимум при двух различных схемах включения токопроводов КРУЭ.

Как известно, возникновение ЧР обусловлено резким искажением (усилением) в области дефекта электрического поля, созданного в КРУЭ путем подачи напряжения на его электроды. При этом, поскольку геометрические параметры дефекта неизменны, то зажигание ЧР на нем происходит всегда при одном и том же значении напряженности электрического поля в месте его расположения. Таким образом, какое бы распределение электрического поля над поверхностью элементов конструкции КРУЭ не создавалось, если есть указанный дефект, то он проявляется в виде возникших ЧР всегда при одном и том же значении напряженности поля над ним. Здесь имеется ввиду значение напряженности неискаженного дефектом поля. Именно на этом свойстве основан заявляемый способ, когда в КРУЭ за счет различных схем его включения, реализуемых согласно признакам способа путем подачи напряжения, заземления и разземления соответствующих токопроводов, формируют последовательно электрические поля различной конфигурации, но такие, которые имеют у поверхности дефекта одинаковое значение напряженности, при котором, собственно, и возникают ЧР. При этом фиксируют значения испытательных напряжений, при которых возникли ЧР, определяют распределения поля у поверхностей элементов конструкции КРУЭ при этих значениях напряжения, и по совпадениям значений напряженностей поля для соответствующих токопроводов и поверхности корпуса, полученных при различных схемах включения, судят о локализации дефекта. Принципиально необходимо обнаружить совпадение значений напряженности поля в двух случаях (для двух схем включения), нахождение же такого совпадения для большего числа случаев повышает точность локализации дефекта.

Таким образом, техническим результатом, который достигается при осуществлении заявляемого способа, является возможность локализации дефекта на электродах и на внутренней поверхности корпуса КРУЭ за счет определения его местоположения в плоскости поперечного сечения КРУЭ, что в свою очередь приводит к существенному упрощению и сокращению времени испытания.

Следует заметить, что подобный подход возможен только в многоэлектродных КРУЭ, то есть в таких, где возможно создание различных распределений поля путем различных схем подключения. Изобретение поясняется чертежами, где: фиг.1 трехэлектродный блок КРУЭ (поперечное сечение); фиг.2 варианты схем включения КРУЭ для примера реализации способа; фиг.3 расчетное распределение напряженностей невозмущенного электрического поля (в отсутствии дефектов) у поверхности первого электрода; фиг.4 то же, по второму электроду; фиг.5 то же, по третьему электроду; фиг.6 то же, по внутренней поверхности корпуса.

Экспериментальная проверка заявляемого способа проводилась в трехэлектродном блоке КРУЭ на напряжение 110 кВ [6] эскиз поперечного сечения которого представлен на фиг.1, где 1, 2, 3 электроды, 4 корпус КРУЭ. На поверхности электрода 2 была создана физическая модель дефекта 5 в виде проводящего выступа, ориентированного под углом ϕ_д ≃ 90° в принятой на фиг.1 системе угловых координат ϕ.. Высокое напряжение на электроды подавалось от герметизированной испытательной установки УИГО-200 [7] В соответствии с признаками способа полное число схем включения равно двенадцати: по четыре для каждого электрода, находящегося под испытательным напряжением. Так например, если испытательное напряжение подается на электрод 1, то возможны следующие варианты: 1) электроды 2 и 3 заземлены; 2) электрод 2 заземлен, а электрод 3 разземлен; 3) электрод 3 заземлен, а электрод 2 разземлен; 4) электроды 2 и 3 разземлены.

После соответствующего подключения электродов производился подъем испытательного напряжения до возникновения ЧР с дефекта 5. Значение этого напряжения фиксировалось и для него рассчитывалось распределение напряженности поля по поверхностям всех трех электродов 1-3 и корпуса 4. Расчет осуществлялся известным методом Гаусса [8] с использованием ЭВМ, при этом разземленному электроду присваивалось значение потенциала, равного потенциалу, наведенному по межэлектродным емкостям КРУЭ.

При экспериментальной проверке способа было реализовано несколько вариантов комбинаций схем включения, один из которых приведен на фиг.2, в котором было использовано три схемы включения, выбранные произвольно. В схеме включения "1" напряжение подавалось на электрод 1, а электроды 2 и 3 были заземлены; в схеме включения "2" напряжение подавалось на электрод,2, а электроды 1 и 3 были заземлены; в; схеме "3" напряжение подавалось на электрод 3, при этом электрод 1 был заземлен, а электрод 2 разземлен.

Результаты испытаний для этих трех схем включения КРУЭ (см. фиг.2) представлены на фиг.3.фиг.6, где по оси ординат дано значение напряженности поля Е у поверхности электродов 1.3 и корпуса 4 соответственно, а по оси абсцисс угловая координата ϕ, причем на каждом графике совмещены три распределения напряженности поля, полученные в трех указанных выше схемах включения КРУЭ. Также на фиг.3.фиг.6 указаны значения напряжений, при которых эти распределения построены.

Анализ полученных распределений дает следующую оценку наличия и локализации дефекта.

I) Рассчитанные для всех схем включения электродов распределения напряженностей у поверхностей электродов и корпуса пересекаются в одной точке только для случая распределения напряженностей у поверхности электрода 2 (см. фиг.4), то есть того электрода, на котором был создан дефект; 2) координата (угол ϕ_д) этой точки пересечения распределений напряженности соответствует координате расположения дефекта 5 на) электроде 2 (ϕ = 90°); 3) то обстоятельство, что точка пересечения распределений напряженности одновременно для всех схем подключения электродов только одна, указывает на однозначность определения положения дефекта по рассматриваемому способу.

Следует заметить, что общее количество схем включения КРУЭ зависит от того, на каком электроде расположен дефект, как он ориентирован, в какой последовательности выбирают схемы включения, какова требуемая точность определения местоположения дефекта. В приведенном примере для требуемых выводов о локализации дефекта оказалось достаточным провести испытания при трех схемах включения КРУЭ. В других ситуациях для надежного и с требуемой точностью обнаружения местоположения дефекта необходимо использовать большее количество схем включения, однако максимальное их число ограничено двенадцатью. Оптимальную последовательность схем включения КРУЭ для обнаружения произвольно расположенного дефекта выявить не удалось. При использовании заявляемого способа минимизация числа схем включения является предметом ноу-хау.

Формула изобретения

Способ высоковольтных испытаний изоляции трехфазного КРУЭ, все фазные токопроводы которого расположены в общем корпусе, заключающийся в поочередном приложении к одному из токопроводов испытательного напряжения, в то время как два других токопровода заземлены, и измерении характеристик частичных разрядов, по которым судят о наличии дефектов на поверхности токопроводов и/или на внутренней поверхности корпуса КРУЭ, отличающийся тем, что дополнительно измеряют характеристики частичных разрядов при поочередном приложении к одному из фазных такопроводов испытательного напряжения и разземленном состоянии одного или двух других токопроводов, определяют распределения напряженности не искаженного дефектом электрического поля поверхности токопроводов и корпуса при значениях испытательных напряжений, равных напряжениям возникновения частичных разрядов, при этом о местоположении дефекта сулят по совпадению значений напряженности электрического поля у соответствующих распределений как минимум при двух различных схемах включения токопроводов КРУЭ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6