Электроэнергию нужно доставлять от станций генерации электроэнергии до точек потребления с помощью различных линий электропередачи, это может быть воздушная линия электропередачи (ЛЭП) или подземная (кабельная) ЛЭП. Для понижения или распределения энергии используются различные подстанции, открытого, закрытого или газового типа. И практически на всех этих объектах используются различные типы изоляторов для изолирования токоведущих частей электрических установок и отдельных аппаратов друг от друга и от земли. Изоляторы бывают разных форм, размеров и материалов. Композиционные материалы, содержащие силиконовый каучук, представляют собой один из наиболее широко применяемых типов полимерных изоляторов. Их выбирают из-за способности противостоять различным суровым условиям окружающей среды, включая жаркий пустынный климат, а также регионы с переменными температурами, например, в России или Европе.
Хотя климат играет определенную роль в деградации полимерных изоляторов, это не единственный фактор, способствующий сокращению их срока службы. Частичный разряд электрического тока также играет роль в их раннем разрушении.
Что такое частичные разряды?
Частичный разряд (ЧР) — это локальный электрический разряд или искра в изоляции, которая не полностью перекрывает зазор между двумя точками изоляции. Это может произойти в любой точке системы изоляции, где напряженность электрического поля превышает пробивную прочность этой части изоляционного материала. ЧР — это реакция, которая происходит на атомарном уровне. Движение электронов ионизирует молекулы воздуха в местах с высоким напряжением. Ионизация расщепляет молекулу кислорода с образованием озона и закиси азота, которые сами по себе в своем нормальном состоянии обычно безвредны. Но когда они смешиваются с водяным паром, они становятся агрессивными. Если вы когда-нибудь заходили на подстанцию и замечали запах озона, значит, вы видели наличие частичного разряда воочию.
Полимерные изоляторы созданы, чтобы выдерживать суровые климатические условия и большие перепады температур. В некоторой степени они могут противостоять даже наличию частичных разрядов. Но у каждого актива есть предел прочности, и разрушающая природа ЧР в конечном итоге приводит к ухудшению качества полимерных изоляторов. Вот почему важен частый мониторинг состояния для измерения оставшегося срока их службы.
Ультразвук и инфракрасная термография — две технологии, которые стали синонимами инспекций и мониторинга состояния электрических активов. Инфракрасное излучение ценится за его способность видеть нагрев с безопасного расстояния, в то время как ультразвук предпочтителен из-за его способности слышать частичные разряды, корону, дугу или поверхностные разряды. Новые технологии в виде камер акустической визуализации, такие как SonaVu на базе решений SDT Ultrasound Solutions, завоевывают признание благодаря своей способности обнаруживать аномалии частичных разрядов с безопасного расстояния при любых условиях освещения.
SonaVu — это камера для акустической визуализации, которая слышит источники ультразвука с расстояния пятидесяти метров и более, а затем визуализирует звук на полноцветном экране, с функцией записи снимков или видео. SonaVu оснащена 112 цифровыми датчиками MEMS. Операторы могут видеть источник ультразвука, одновременно слушая его через гетеродифицированную схему в наушниках подключенных по Bluetooth. Изображения или видео сохраняются в памяти и передаются на ПК для удобного создания отчетов.
Диагностический отчет на подстанции в Эри, штат Пенсильвания, был недавно проведен Крейгом Каслером, главным техническим инспектором Absolute Infrared Inspection Services. Каслера вызвали для проверки различных объектов на подстанции, включая линии электропередачи и распределительные устройства, с полимерными изоляторами. Для проведения диагностики он использовал инфракрасную камеру и системы обнаружения ультразвука. Осмотр с помощью камеры акустической визуализации SonaVu показал, что на изоляция имеются разрушающие явления такие как частичные разряды.
Полимерные изоляторы, подобные изображенному здесь, повсеместно используются в мире передачи и распределения электроэнергии. Каслер быстро обнаружил в нем источник частичного разряда и подтвердил источник частичного разряда на своем SonaVu. Крейг — опытный электротехнический инспектор, однако, инспекция с помощью ультразвука была второй раз, когда он проводил полевые проверки со своим SonaVu. Он прошел часовой виртуальный онлайн-тренинг по SonaVu, прежде чем использовать его в полевых условиях. Это говорит о простоте использования современных технологий и наглядность результатов.
В своем отчете Каслер рекомендовал включить корректирующие действия в виде очистки или полной замены поврежденных компонентов. Хорошо известно, что УЗИ обнаруживает наличие ЧР на очень ранних стадиях. Поскольку проверки на этой подстанции проводятся в плановом порядке, а ЧР не присутствовал во время предыдущих проверок, был сделан вывод, что неисправность была на ранней стадии и корректирующие действия, хотя и были необходимы, не были срочными. Было время планировать ремонт.
Часто инспектор выполняет свою работу и не получает обратную связь от заказчиков. Однако в этом случае клиент был признателен и поделился своими выводами. После планового отключения по замене полимерного изолятора заказчик сделал это фото и поделился им. При более внимательном рассмотрении видно, как эффект короны разъедал полимерное покрытие. Внимательно посмотрите на линии, идущие вниз от того места, где лежит кабель.
Как и во многих других активах, работа до отказа часто является единственной применяемой стратегией обеспечения надежности. Когда корона и другие формы частичного разряда не контролируются или не входят в повседневный мониторинг состояния, катастрофы все же случаются. Горение вокруг изолятора на этом изображении было вызвано той же активностью частичных разрядов, которая была показана ранее. Единственная разница в том, что его оставили незамеченным. Ремонтные работы проводились в аварийном режиме с сопутствующим повреждением линий электропередачи. Однако, что еще хуже, пожар вызвал повреждение ключевого трансформатора и привел к остановке всего завода.
Ненадежные электроэнергетические системы не только обходятся в десятки миллионов рублей в виде простоев и ремонтов, но и могут нанести вред и убить. Руководство по надежности должно сосредоточиться на сохранении как физических, так и человеческих активов. Ультразвук представляет собой безопасную, простую и надежную технологию для оценки наличия риска и необходимости технического обслуживания.
