Обзор онлайн-мониторинга состояния и полевых испытаний ОПН

Являясь устройствами защиты от перенапряжения, разрядники смягчают воздействие событий, которые в противном случае могли бы вызвать перебои в работе, а их мониторинг стал частью общеотраслевой тенденции к более тщательной оценке состояния ключевых компонентов сети.В течение большей части срока службы разрядник ведет себя как изолятор с низким током утечки через изолирующую поверхность и очень низким уровнем тока через внутренние диски из оксида цинка.(Поддержание такого низкого тока утечки необходимо для гарантии того, что разрядник проживет свой нормальный ожидаемый срок службы от 20 до 40 лет.) На самом деле, единственный случай, когда разрядник не ведет себя как изолятор, — это когда 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 приборов, которые могут измерять небольшие изменения резистивного тока утечки или потери мощности в случае металлооксидных разрядников без зазоров.

Эта предыдущая статья INMR, подготовленная обозревателем INMR Джонатаном Вудвортом, предлагает руководство по этим методам, будь то термические, электрические или механические.В нем также представлена ​​информация об измерении тока утечки разрядников на основе оксидов металлов, а также о способах оценки разрядника, когда он отключен от сети или находится в испытательной лаборатории.В этой статье под термином «мониторинг состояния ОПН» обычно понимается оперативный и непрерывный процесс, в то время как полевые испытания ОПН проводятся в автономном режиме и периодически в течение всего срока службы ОПН.

Управление активами — это быстро 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 зависит от состояния и, следовательно, более экономичен.Однако для того, чтобы такая программа технического обслуживания работала на практике, необходимо постоянно контролировать активы.Определение состояния ОПН все еще находится в стадии разработки, и в настоящее время 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 серьезные последствия (т. е. сбой и потеря дохода).Цель в таких случаях состоит в том, чтобы предсказать неизбежный отказ и снять разрядник до того, как он действительно 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

1. Счетчики перенапряжения

Такие устройства в основном подсчитывают импульсы токов выше определенной амплитуды или выше некоторой комбинации амплитуды и продолжительности.Если интервал между разрядами очень короткий (например, менее 50 мс), такие счетчики могут не регистрировать каждый импульс тока, что часто имеет место при многократных вспышках.Некоторым счетчикам требуется дополнительный ток питания, который обычно присутствует в 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 события перенапряжения, возникающие в системе.Он также может дать информацию о количестве разрядов, соответствующих значительным энергетическим нагрузкам на разрядник.

Важно отметить, что сами по себе электромеханические счетчики перенапряжений не дают никакой конкретной информации о состоянии разрядника типа MOV, кроме как регистрируют перенапряжения выше определенной амплитуды.Тем не менее, знать, что в системе произошел выброс, иногда очень полезно, и в этом случае может быть полезен счетчик перенапряжения.Однако, опять же, поскольку только эти выбросы большой величины или большой продолжительности могут ухудшить состояние ОПН типа MOV, знание только количества выбросов не обязательно коррелирует с относительным «исправным состоянием» ОПН.Действительно, разрядник этого типа рассчитан на то, чтобы выдерживать тысячи перенапряжений, пока они находятся в пределах его нормальной рабочей способности.Поэтому повторяющиеся выбросы сами по себе 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 так, чтобы его показания можно было 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.

2. Измерители переменного тока утечки

Измерители утечки переменного тока обычно являются аксессуаром для счетчиков перенапряжений.Когда показание представляет собой аналоговый счетчик, 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 внутренние токи от внешних, то контролируется только общий внутренний ток без помех от внешних поверхностных токов утечки.Другим преимуществом такого расположения (показанного на рис. 3) является то, что в нижней части не требуются изоляторы, если контроль поверхностного тока утечки не представляет интереса.Для очень высоких ОПН или ОПН, расположенных в сейсмоопасном районе, это может оказаться большим преимуществом.

Поскольку диски из оксида металла больше похожи на изоляторы, чем на проводники в установившемся режиме, они проводят очень 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 разрядника.Если разрядник неисправен, ток, отображаемый на измерителе тока утечки, может даже не измениться.К сожалению, общий ток 5 мА или выше (99% емкостного) скрывает резистивный ток и устраняет любое реальное обнаружение параметра, который является более точным индикатором состояния разрядника.Обратите внимание на рис. 4 и 5, что общая кривая тока очень похожа между ними, в то время как потери мощности удвоились.Среднеквадратичное значение тока на двух дорожках будет незначительно отличаться и не укажет на реальную проблему, однако, если разрядник удвоит свои потери мощности (резистивный ток), оператор линии, вероятно, захочет проверить это прямо сейчас.

Таким образом, нет реальной информации о состоянии разрядника, если используется аналоговый измеритель переменного тока.Если резистивный ток становится достаточно высоким, чтобы повлиять на показания тока и стать видимым на аналоговом измерителе, это говорит о том, что он уже находится в режиме быстрого отказа, и маловероятно, что он будет находиться в этом состоянии достаточно долго, чтобы его можно было обнаружить при последующей проверке. .

3. Измерение тока третьей гармоники

Новые счетчики импульсных перенапряжений, способные обнаруживать ток третьей гармоники, дают значительно больше информации о состоянии ОПН, чем предыдущие поколения, предназначенные для ОПН из карбида кремния.Например, модель, показанная на рис. 6, представляет собой многофункциональный инструмент оценки состояния ОПН.Он не только подсчитывает скачки напряжения до 10 ампер, но также присваивает им отметки времени и хранит данные в памяти до тех пор, пока они не будут загружены блоком дистанционного управления.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.В середине 1980-х годов в Норвегии было изобретено первое устройство оперативного контроля состояния ОПН, использующее третью гармонику тока в качестве основного средства оценки.Недавно разработанное оборудование, основанное на этом оригинальном устройстве, теперь позволяет измерять и сохранять данные о 1000 ОПН, а также обеспечивает непрерывное онлайн-наблюдение за любым устройством, используя связь модема с ПК.

Третьим вариантом среди средств оценки ОПН последнего поколения является монитор состояния ОПН (ACM).Это устройство предлагает как локальные, так и удаленные непрерывные считывания и, по словам его производителя, проводит свой первый день, определяя все характеристики ОПН, чтобы впоследствии эти данные профиля можно было использовать для оценки его состояния в будущем.Этот диагностический инструмент уже соответствует стандарту IEC 61850, а это означает, что после того, как полностью интегрированные системы мониторинга состояния станций станут обычным явлением, для его включения в их состав не потребуется серьезной модификации.

4. 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 (конструкции с фарфоровым корпусом и композитной трубкой с полым сердечником) обычно испытывают некоторый частичный разряд во время дождя, тумана и снега, и это является приемлемым условием для большинства таких конструкций.Однако разрядники этого типа не должны подвергаться частичному разряду в сухих условиях.Поскольку внутренний частичный разряд (ЧР) 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 устранить проблему на раннем этапе.К счастью для пользователей разрядников, заинтересованных в этом типе оценки, то же самое оборудование имеет ценность для других целей в сети и поэтому может использоваться не только для оценки разрядников.Более того, существует широкий спектр онлайнового и полевого оборудования для обнаружения частичных разрядов, которое также можно применять к разрядникам.

Когда разрядники изготовлены, они должны быть проверены на внутренний частичный разряд и IEC, а также стандарты IEEE требуют присутствия не более 10 пикокулонов (pC).Таким образом, 10 пКл должны представлять собой базовый уровень для оценки ОПН, и любой блок, демонстрирующий более высокие значения, требует более тщательного осмотра.Настоящей задачей при обнаружении частичных разрядов является фильтрация фонового шума.Среди устройств, способных сделать это, есть портативное устройство с отличным графическим выходом, способное различать фон и реальный сигнал.

5. 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, вероятно, будет горячим.Горячий разрядник можно обнаружить на расстоянии до сотни метров даже с помощью самого простого современного инфракрасного оборудования.На рис. 10 показан пример использования трех одинаковых разрядников в качестве эталона для определения перегрева одного из них.В этом случае средний разрядник примерно на 9°C теплее, чем разрядник слева.Поскольку все разрядники одного производителя и одной конструкции, все они должны иметь одинаковую температуру.Любая обнаруженная разница должна проявляться только после скачка напряжения или временного перенапряжения.

Для ОПН вполне типично работать при температурах до 5°C выше температуры окружающей среды, но отклонения температуры выше этого уровня следует рассматривать как потенциальную проблему.Редко когда температура разрядника превышает температуру окружающей среды более чем на 20°C, за исключением лабораторных условий.Разница в 10°C между двумя разрядниками одинаковой конструкции и выпуска должна рассматриваться как четкое указание на необходимость проведения технического обслуживания.В связи с этим разрядник в идеале должен быть удален из цепи под напряжением.Следует наблюдать за любым разрядником при температуре от 5 до 10°C от окружающей среды, и если он находится в критической цепи, то, вероятно, целесообразно также начать процесс удаления.Разрядник, который на 15°C отличается от других подобных устройств, должен быть обесточен как можно скорее, чтобы избежать отключения.Более того, если ОПН в фарфоровом корпусе, то персонал в идеале не должен находиться рядом с ним до момента обесточивания.

К сожалению, несмотря на то, что тепловидение является эффективным средством оценки реального состояния ОПН, в настоящее время на рынке нет таких устройств, которые можно было бы стационарно установить и расположить для непрерывного измерения температуры ОПН.И последнее замечание по этому методу оценки состояния ОПН: не обязательно нужен многофункциональный тепловизионный прибор для определения аномальной температуры ОПН.Существует множество ручных инфракрасных термометров, которые могут измерять температуру в любом конкретном месте.Например, устройство, показанное на рис. 12, стоит менее 200 долларов США и может за считанные секунды измерить температуру разрядника даже на большом расстоянии.

Полевые испытания автономных разрядников

Полевые испытания в автономном режиме требуются, если разрядник был снят с рабочего места или если он все еще находится в цепи, но был обесточен в течение некоторого времени.Методы и простота тестирования ОПН для определения того, заслуживают ли они повторной установки, как правило, намного сложнее, чем простой мониторинг состояния линии.Таким образом, если это вообще возможно, разрядники в идеале должны оцениваться на линии.

Основная проблема при тестировании в автономном режиме заключается в том, что для эффективной оценки состояния разрядника он должен находиться под напряжением, близким или превышающим его рабочее напряжение.Для ОПН среднего напряжения это не слишком сложно, но для ОПН 100 кВ и выше сложно легко создать необходимое напряжение.Напряжение может быть переменным или постоянным током, но в любом случае, если оно не равно или выше MCOV разрядника, для оценки имеются лишь ограниченные данные.

Оптимальным полевым испытанием в автономном режиме является подача переменного напряжения на разрядник и измерение тока утечки.Как и в случае сетевых мониторов, единственным важным параметром в этом случае является резистивный ток утечки.Общий ток (преимущественно емкостной) не является хорошим индикатором состояния разрядника, поэтому любое используемое оборудование должно уметь отличать общий ток от активного тока.По-видимому, не существует отдельного автономного испытательного оборудования для разрядников выше 10 кВ.Любое оборудование, которое измеряет потери мощности разрядника ниже его номинала Uc, сможет лишь незначительно предсказать его состояние.Если необходимо оценить большое количество ОПН, этот метод может оказаться более эффективным, но все же не оптимальным.

Одним из вариантов является использование стандартного тестера «hi-pot».Опять же, 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 ОПН является определение того, при каком напряжении ОПН начинает сильно проводить ток.Это также называется измерением разрядника Vref — 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 номинала Uc, то разрядник, скорее всего, исправен.К счастью, если разрядник отключен на подстанции, он обычно имеет двух партнеров, и все они должны быть проверены.В этом случае все три блока должны иметь одинаковую точку включения.Если нет, возможно, тот, у которого меньшее значение, следует удалить для дополнительной оценки в лаборатории.

Подводя итог, можно сказать, что существует несколько хороших вариантов полевых испытаний разрядника без напряжения, но, если это абсолютно необходимо, измерение Vref является наиболее эффективным средством.

Оценка состояния разрядников для защиты от перенапряжения все еще находится в стадии разработки, и в настоящее время доступно несколько вариантов, и еще больше впереди.По мере развития концепции интеллектуальных сетей такие инструменты оценки, вероятно, станут обязательными, и не только для критически важных установок.В результате в ближайшие 10 лет для этой задачи, скорее всего, станет доступна совершенно новая линейка устройств.

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