Обзор онлайн-мониторинга состояния и полевых испытаний ОПН

Являясь устройствами защиты от перенапряжений, разрядники смягчают воздействие событий, которые в противном случае могли бы вызвать перебои в работе.Таким образом, мониторинг их состояния стал частью общеотраслевой тенденции к более тщательной оценке состояния ключевых сетевых активов.В течение большей части срока службы разрядник ведет себя как изолятор с низким током утечки на изолирующей поверхности и чрезвычайно низким уровнем через внутренние диски из оксида цинка.Поддержание такого низкого тока утечки необходимо для обеспечения нормального срока службы ОПН в пределах от 20 до 40 лет.На самом деле разрядник не ведет себя как изолятор только в том случае, если он выходит из строя или ограничивает перенапряжение.Ряд методов и индикаторов оценки традиционно использовался для выявления признаков износа и предоставления сведений о приближающемся отказе ОПН.Они варьируются от индикаторов неисправности и разъединителей, которые указывают на полный отказ, до инструментов, которые могут измерять небольшие изменения резистивного тока утечки или потери мощности в случае металлооксидных разрядников без зазоров.Термин «мониторинг состояния ОПН» обычно считается непрерывным в режиме онлайн, в то время как полевые испытания ОПН проводятся в автономном режиме и периодически в течение срока службы ОПН.

Введение

Управление активами — это развивающаяся область в сегодняшней более компактной коммунальной среде, и одной из самых популярных методологий является использование программ технического обслуживания на основе состояния.Этот тип управления активами не зависит от конкретного графика технического обслуживания, а скорее зависит от состояния и является более экономичным.Но чтобы такая программа обслуживания работала, необходимо постоянно контролировать активы.Определение состояния ОПН является развивающейся областью, и доступно несколько методов.Тем не менее, оценка состояния сопряжена с затратами и поэтому чаще всего выполняется только в критических точках сети, где сбой может иметь самые серьезные последствия.Цель состоит в том, чтобы предсказать неизбежный отказ и снять разрядник до того, как он выйдет из строя.Полевые испытания ОПН — это еще одна форма управления активами, которая чаще всего проводится для определения возможности безопасной повторной установки ОПН.

Типы мониторов

Счетчики перенапряжения

Такие устройства подсчитывают импульсы при токах выше определенной амплитуды или выше некоторой комбинации амплитуды и продолжительности.Если интервал между разрядами слишком короткий (например, менее 50 мс), такие счетчики могут не регистрировать каждый импульс тока, что часто бывает при многократных вспышках.Некоторым счетчикам требуется дополнительный ток питания, который обычно присутствовал в прежних разрядниках из карбида кремния, и они могут не учитывать короткие импульсные токи в разрядниках из оксида металла.В зависимости от принципа работы и чувствительности счетчик будет отображать некоторые события перенапряжения в системе.Он также может дать информацию о количестве разрядов, соответствующих значительным энергетическим нагрузкам на разрядник.Но сами по себе электромеханические счетчики перенапряжения не дают конкретной информации о состоянии разрядника типа MOV, кроме как регистрируют возникающие перенапряжения выше определенной амплитуды.Тем не менее, знать, что в системе произошел всплеск, может быть полезно.Однако, поскольку только выбросы высокой величины или большой продолжительности могут ухудшить состояние ОПН типа MOV, количество выбросов само по себе не коррелирует с относительным «исправным состоянием» ОПН.Разрядник этого типа рассчитан на то, чтобы выдерживать тысячи перенапряжений, пока они находятся в пределах его нормальной эксплуатационной способности.Одни повторяющиеся выбросы не должны приводить к деградации.

Рекомендации по установке

Для правильной работы счетчика перенапряжения разрядник должен быть изолирован от земли с помощью изоляторов в основании, а счетчик должен быть электрически подключен последовательно.Счетчик импульсных перенапряжений в идеале должен быть расположен там, где его можно считывать с уровня земли при работающем разряднике, и установка должна выполняться без значительного удлинения заземляющего соединения или уменьшения его поперечного сечения.Важно отметить, что используемые изоляторы следует выбирать таким образом, чтобы заданная консольная прочность разрядника не снижалась.

Измерители переменного тока утечки

Измерители утечки переменного тока обычно являются аксессуаром для счетчиков перенапряжений.Когда показания аналогового счетчика, отображаемый ток является полным током разрядника.Таким образом, общий ток утечки разрядника является комбинацией емкостного и резистивного тока через диски и внешний корпус.Если разрядник оснащен специальной клеммой заземления, которая изолирует эти токи, то контролируется только общий внутренний ток, без помех от внешних поверхностных токов утечки.Другое преимущество заключается в том, что изоляторы на дне не нужны, если поверхностный ток утечки не представляет интереса.Для высоких ОПН или расположенных в сейсмоопасных регионах это может оказаться большим преимуществом.Поскольку в стационарном состоянии диски из оксида металла больше похожи на изоляторы, чем на проводники, они проводят небольшой резистивный ток, но могут проводить от 2 до 10 мА емкостного тока.Однако такой высокий уровень тока не дает полезных данных о фактическом состоянии.Если разрядник неисправен, ток, отображаемый на измерителе тока утечки, может даже не измениться.К сожалению, общий ток 5 мА или выше (99 % которого приходится на емкостный) скрывает резистивный ток и устраняет возможность реального обнаружения параметра, который является более точным индикатором состояния разрядника.Поэтому нет реальной информации о состоянии при использовании аналогового измерителя переменного тока.Если резистивный ток становится достаточно высоким, чтобы повлиять на показания тока и стать видимым на аналоговом измерителе, это говорит о том, что разрядник уже находится в режиме быстрого отказа.Маловероятно, что он будет находиться в этом состоянии достаточно долго, чтобы его можно было обнаружить при последующем осмотре.

Измерение тока третьей гармоники

Новые счетчики импульсных перенапряжений, определяющие ток третьей гармоники, дают значительно больше информации о состоянии ОПН, чем предыдущие поколения, предназначенные в основном для ОПН из карбида кремния.Например, многофункциональный инструмент оценки состояния разрядников не только подсчитывает перенапряжения до 10 ампер, но также ставит отметки времени и хранит данные в памяти до загрузки.Амплитуда и время выброса записываются вместе с данными тока утечки.На основе общего тока устройство рассчитывает третью гармонику тока — значение, которое очень точно отражает резистивный ток.Таким образом, третья гармоника тока может помочь точно оценить относительное состояние ОПН.Если этот ток увеличился всего на несколько процентов, это обнаруживается и сохраняется в локальной базе данных до тех пор, пока оператор не загрузит его с помощью прилагаемого портативного устройства.Одно такое устройство может использоваться для многих датчиков.Недавно разработанное такое оборудование позволяет измерять и сохранять данные о 1000 ОПН и обеспечивает непрерывное онлайн-наблюдение за любым устройством с использованием связи модема с ПК.Другим вариантом является монитор состояния ОПН (ACM), который предлагает как локальные, так и удаленные непрерывные показания.Первый день он посвящает определению всех характеристик ОПН, чтобы впоследствии эти данные профиля можно было использовать для оценки состояния в будущем.Этот диагностический инструмент уже соответствует стандарту IEC 61850, и после того, как полностью интегрированные системы мониторинга состояния станций станут обычным явлением, для его включения не потребуется серьезных изменений.

Обнаружение частичного разряда

В течение срока службы беззазорного разрядника его внутренние компоненты будут постоянно подвергаться нагрузкам, которые могут привести к частичным разрядам.Разрядники с некоторым внутренним объемом воздуха (т. е. конструкции как с фарфоровым корпусом, так и с композитной трубкой) обычно испытывают некоторый частичный разряд во время дождя, тумана и снега.Это приемлемое условие для большинства конструкций.Однако разрядники этого типа не должны подвергаться частичному разряду в сухих условиях.Поскольку внутренний частичный разряд в ОПН является нежелательным состоянием, которое в конечном итоге может привести к выходу из строя его изоляционных материалов, были разработаны системы обнаружения для их обнаружения и предоставления пользователям возможности раннего устранения проблемы.Это же оборудование имеет ценность для других целей в сети и может использоваться не только для оценки ОПН.К разрядникам можно применять широкий спектр оперативного и полевого оборудования для обнаружения частичных разрядов.Когда разрядники изготовлены, они должны быть испытаны на внутренний частичный разряд.Стандарты IEC и IEEE требуют наличия не более 10 пикокулонов.Таким образом, 10 пКл должны представлять собой базовый уровень для оценки ОПН, и любое устройство, демонстрирующее большее значение, требует более тщательной проверки.Настоящей проблемой при обнаружении частичных разрядов является фильтрация фонового шума, и существуют портативные устройства, способные делать это с помощью графического вывода, способного различать фоновые и реальные сигналы.

Тепловидение

Эта форма оценки состояния ОПН является быстрой и эффективной.Всего за несколько секунд инфракрасный детектор может определить наличие критического состояния разрядника на подстанции.Это связано с тем, что любой разрядник, находящийся в режиме длительного отказа и приближающийся к концу срока службы, будет горячим и его можно будет обнаружить на расстоянии до сотни метров даже с помощью простого инфракрасного оборудования.Несмотря на то, что разрядники обычно работают при температурах, превышающих температуру окружающей среды на 5°C, отклонения температуры выше этого значения следует рассматривать как потенциальную проблему.Редко бывает, что температура разрядника превышает температуру окружающей среды более чем на 20°C, за исключением лабораторных условий.Разница в 10°C между двумя ОПН одинаковой конструкции и выпуска должна рассматриваться как явное указание на техническое обслуживание, и в идеале ОПН должен быть удален из цепи, находящейся под напряжением.Любой разрядник при температуре от 5° до 10°C от температуры окружающей среды следует контролировать и, если он находится в критической цепи, вероятно, вывести его из эксплуатации.Разрядник, который на 15°C отличается от других подобных устройств, должен быть обесточен как можно скорее, чтобы избежать отключения.Если разрядник выполнен в фарфоровом корпусе, персонал не должен находиться поблизости до момента отключения питания.К сожалению, несмотря на то, что тепловидение является эффективным средством оценки реального состояния, стационарно установленные такие устройства для непрерывного измерения температуры ОПН не получили широкого распространения.Одно замечание: многофункциональное тепловизионное устройство для обнаружения аномальной температуры разрядника необязательно.Многие портативные устройства могут измерять температуру в любом конкретном месте, даже на расстоянии.

Полевые испытания автономного разрядника

Полевые испытания в автономном режиме требуются, если разрядник был снят или если он все еще находится в эксплуатации, но был обесточен в течение некоторого времени.Методы определения того, заслуживают ли они повторной установки, как правило, более требовательны, чем простой мониторинг состояния линии, поэтому в идеале ОПН следует оценивать во время эксплуатации.Основная проблема с тестированием в автономном режиме заключается в том, что для эффективной оценки состояния ОПН он должен находиться под напряжением, близким или превышающим его рабочее напряжение.Для разрядников среднего напряжения это несложно, но для разрядников на 100 кВ и выше это дорого.Напряжение может быть переменным или постоянным током, но в любом случае, если оно не равно или превышает MCOV ОПН, для оценки имеются лишь ограниченные данные.Оптимальным испытанием в полевых условиях в автономном режиме является подача переменного напряжения на разрядник и измерение тока утечки.Как и в случае сетевых мониторов, важным параметром является резистивный ток утечки.Общий ток — преимущественно емкостной — не является хорошим индикатором состояния, поэтому любое используемое оборудование должно уметь отличать общий ток от резистивного тока.Судя по всему, автономного автономного испытательного оборудования для разрядников выше 10 кВ не существует.Оборудование, которое измеряет потери мощности разрядника ниже его номинала Uc, сможет лишь незначительно предсказать состояние.Если необходимо оценить большое количество ОПН, этот метод может оказаться эффективным, но все же не оптимальным.Одним из вариантов является использование стандартного «высоковольтного» тестера, и это может быть достигнуто только в том случае, если номинальное значение Uc разрядника ниже максимального напряжения тестера.Если используется такой тестер переменного тока, наиболее эффективным средством оценки состояния разрядника является определение напряжения, при котором он начинает сильно проводить ток.Это также называется измерением Vref разрядника – термин, используемый для количественной оценки уровня, при котором разрядник проводит резистивный ток от 1 до 5 мА.Методология заключается в том, чтобы подавать напряжение на разрядник до тех пор, пока он не будет проводить примерно 1 мА.Если этот уровень на 5-15 % выше значения Uc, разрядник, скорее всего, исправен.К счастью, если разрядник отключен на подстанции, у него обычно есть два «партнера», и все они должны быть проверены.В таком случае все три блока должны иметь одинаковую точку включения.В противном случае единицу с более низким значением следует удалить для дальнейшего исследования в лаборатории.

Оценка состояния ограничителей перенапряжения все еще находится в стадии разработки с рядом доступных опций, и многие другие еще находятся в стадии разработки.По мере развития концепции интеллектуальной сети такие инструменты оценки станут обязательными, и не только для критически важных установок.В результате для этой задачи, скорее всего, станет доступна новая линейка устройств.

Разрядники класса подстанции с температурой одного блока примерно на 9°C выше, чем у самого холодного блока.

Распределительный разрядник с разницей 15°C между самой горячей и самой холодной частью.

Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.