Статьи 2023 год

Содержание статьи:

1. ЧР для вращающихся машин
   
2. Как разобраться в хаосе импульсов ЧР
3. Классификация дефектов
4. Как определяют дефекты
5. Оборудование для мониторинга ЧР
6. Датчики для измерения ЧР в электрических машинах
7. FALKON – один из востребованных приборов для диагностики ЧР
8. Заключение
9. Нормативная документация по МИЧР (методу измерения частичных разрядов)
Синхронные и асинхронные генераторы с выходным напряжением 3 кВ и электродвигатели с питанием от 6 кВ исследуют методом измерения частичных разрядов. Суть метода – сравнение статистических данных, полученных при диагностике ЧР.

ЧР для вращающихся машин

Для электромашин ЧР – это искровые разряды высокой частоты, возникающие в дефектах изоляции обмоток под воздействием внешнего электрического поля.

При этом ЧР – это диагностический признак дефекта, что одновременно увеличивает масштаб дефекта, ухудшая свойства изоляции.

Мониторинг ЧР – неразрушающий способ выявления дефекта в обмотках ЭМ.

 

Рис. №1. Схема измерения ЧР

Наиболее эффективный метод обнаружения ЧР – традиционный, электрический. Он самый точный на сегодняшний момент в части классификации дефектов изоляции. Производится по требованиям МЭК 60270.

 

 Метод измерения ЧР работает на основе показаний датчиков:

●       Конденсатор связи емкостью от 80 – 5000 пикофарад. Датчик монтируют внутри корпуса статора и подключают к зажимам на входе в обмотку статора или к шине.

●       Высокочастотный трансформатор тока (клещи), подключенные к цепи заземления оборудования. Надеваются на косичку заземления.

●       Электромагнитные антенны – датчики устанавливают при изготовлении электромашины. Монтируют в пазах ротора, под пазовым клином, над секциями обмотки. Иногда датчики устанавливают в процессе ремонта электромашины.

●       Широкодиапазонные антенны кольцевого типа, которые ставят в лобовых частях обмоток статора в процессе эксплуатации.




Эффективность мониторинга электромоторов и генераторов зависит от типа датчика и места установки. Чем ближе к зоне дефекта, тем выше чувствительность мониторинга.




Рис. №2. Схема подключения датчиков для мониторинга электродвигателя: конденсатора связи, трансформатора тока

Эффективный способ локации ЧР и отстройки от шумов – это метод, который работает на сравнении времени прихода импульсов к датчикам мониторинга.

 

Например, если импульс ЧР движется из обмотки статора, то он регистрируется фазным конденсатором связи.

Импульс движется дальше, поступает в кабельную линию. Через внутреннюю емкость кабельной жилы попадает на экран кабеля, стекает в «землю» и тут его «ловят». ЧР регистрирует другой датчик, HFCT трансформатор тока ( «токовые клещи»).

А если импульс помехи движется в обмотку статора снаружи, то его сначала зафиксирует датчик – трансформатор тока, и только затем конденсатор связи.




Временной сдвиг между приходами сигнала однозначно определяет место их возникновения и тип, определяет, что попалось в ловушку: помеха или частичный разряд.




Для крупногабаритных электрических машин «внутри обмотки» устанавливают датчики для регистрации глубинных импульсов.

 

Как разобраться в хаосе импульсов

Важное условие при определении ЧР – это отстройка от помех, которые поступают по питающему кабелю, собирающему все помехи из внешней электросети через контур заземления. 

Частичный разряд – «хитрый», путешествуя по контуру заземления в виде высоковольтных импульсов, приходит на трансформатор, кабель, выключатель, электродвигатель – создает шум. На диаграмме видна «каша» из множества импульсов, в которой невозможно разобраться, но она присутствует на реальном измеряемом объекте.

При мониторинге объекта в «поле» на реальном действующем электродвигателе, видна сплошная черная «каша» из точек разрядов.

Пример: попробуйте сразу вычленить ЧР в процессе тестирования ЭД в условиях ДГКС (Дожимной Газокомпрессорной Станции)когда одновременно работают два десятка шестикиловольтных электродвигателей. Есть уйма другого электрооборудования, которое нельзя остановить: масляные насосы, вентиляторы охлаждения и т. д. На экране монитора будет сплошная масса черных точек разрядов.




Рис. №3. Полная картина ЧР, которая при создании T/F-карты, разбивается на кластеры .

Мы работаем с приборами итальянской компании TECHIMP.

Технология анализа TECHIMP разработана на методе математической обработки формы отображения сигнала частичных разрядов и преобразует его TF-карту с цветными пикселями. TF-карта – это другая форма отображения ЧР в виде цветных кластеров, которые сразу выделяют типы импульсов. Определяют, что перед нами: дефект или помеха, и откуда она «пляшет».

Классификация дефектов

Полученные на диаграмме разноцветные кластеры – это сигналы разного типа.

Часть этих кластеров – дефекты, другая часть – помехи.

T/F карта и PRPD-диаграмма – это два вида изображения одного и того же процесса и возможно обратное преобразование из TF карты в PRPD-диаграмму.

Как определяют дефекты

Из множества черных точек импульсов можно сделать математически обработанный по технологии TECHIMP сигнал в виде T/F-карты и «разложить все по полочкам».

Можно выделить каждый отдельный кластер и затем вернуть обратно его представление в диаграмму. Каждый полученный кластер — это картинка, характеризующая свой собственный сигнал. После идентификации подключается программное обеспечение (ПО), которое работает на базе искусственного интеллекта. Кстати, ПО можно сравнить с алгоритмом нейронных сетей, которые обеспечивают поиск по картинке во всей мировой сети. Так и здесь, программа имеет доступ к базе данных из более чем 50 тыс. измерений.

После обработки изображений ПО говорит: вот этот кластер – это частичный разряд такого-то типа с вероятностью 90%.

 

Рис.№4. Как выглядят кластеры разрядов. На рисунке в левом верхнем углу изображение частичного разряда (рис№3), который разложили на кластеры, где видно к какому дефекту или источнику шума принадлежат импульсы ЧР

 

Разложив общую картину в виде тысяч импульсов на несколько отдельных картинок, мы классифицируем дефекты на следующие кластеры:

1. Кластер – шум облучателя – это повторяющиеся черные точки. Он нас не интересует. Просто помеха. 
2. Внешний разряд фазы U – это «наводка» от фазы W, наложение от соседней фазы. 
3. Распределённые «наводки» от фазы U – микровключения, распределенные по толще изоляции
4. Разряды между распределенных микропустот.
5. Стержень в Стержень (земля) разряды. Высокочастотные импульсы могут деградировать с течением времени в изоляции лобовой части электромашины, где стержни выходят из сердечника статора.

 

Определение нужных кластеров, это то для чего служит TECHIMP. Аппарат математической обработки сигналов помогает разобраться в хаосе разрядов ЧР и разложить кластеры по типам разрядов для изучения и анализа с целью определения опасности.




Оборудование для измерения частичных разрядов

 

  Рис. №5. Система контроля ЧР в высоковольтном оборудовании

Для мониторинга электромашин мы в ГК Ресурс применяем все представленные приборы

Все приборы, которые у нас есть – универсальные.

Позволяют работать с различными датчиками для самых разных высоковольтных объектов.

Основные объекты, с которыми мы работаем:

•  Высоковольтные кабели.
•  Силовые трансформаторы.
•   КРУЭ.
•   Электрические вращающиеся машины: электродвигатели, генераторы.

На каждом из этих объектов используется свой тип датчика.

Датчики для измерения ЧР в электрических машинах

 

При диагностике оборудования, в частности трансформатора, целесообразно использование таких датчиков как:

●       ёмкостный фильтр-конденсатор связи;

●       адаптер измерительных выводов высоковольтных вводов трансформатора;

●       высокочастотные токовые клещи;

●       поверхностная электромагнитная антенна.




Рис.№ 6. Ёмкостной фильтр, конденсатор связи




Рис. №7. Высокочастотные токовые клещи

 

Рис. №8 Датчик TEV-антенна 

FALKON – один из востребованных приборов для диагностики ЧР

 

Прибор самостоятельно осуществляет сбор и автоматическую обработку информации (с оценкой трендов) с датчиков частичных разрядов двух типов: индуктивного типа (высокочастотные трансформаторы тока – HFCT) и емкостного типа (TЕV датчики).




Что дает FALKON:

●       Частичный разряд сохраняется с формой волны

●       Прибор разделяет и идентифицирует ЧР

●       Встроенные алгоритмы TF-карты

●       Обрабатывает и хранит данные на борту

●       Сигнализирует при появлении потенциально опасного тренда. (роста ЧР).

 

 Рис. №9. FALKON – прибор для диагностики ЧР

 

Заключение

 

Приборы TECHIMP обладают системой сбора данных с пиковыми значениями ЧР-импульсов, их фазовых показателей и форм.

Для каждого полученного импульса блок сбора данных автоматически вычисляет его временной период и его частотный эквивалент, создавая запатентованную карту «T/F-карту».

Карта вычленяет группы «кластеров», характеризующихся одинаковым временным и частотным диапазоном. Объединяет однородные импульсы.

Благодаря анализу формы импульсов, эффективно разделяются различные типы разрядов, включая отсеивание шумов.

Это позволяет избежать наложения различных явлений на процесс интерпретации частичного разряда.

Нормативная документация по МИЧР (методу измерения частичных разрядов)


ГОСТ 20074-83 (СТ СЭВ 20074-83) Метод измерения характеристик частичных разрядов
ГОСТ Р 55191-2012 (МЭК 60270-2000) МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ. ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
ГОСТ IEC TS 60034-27-2-2015 Измерения частичного разряда на изоляции статорной обмотки включенных в сеть вращающихся электрических машин