Высокое качество и надежность коммутационных аппаратов (КА), в частности выключателей высокого напряжения ведущих зарубежных электротехнических фирм, общеизвестны. Тем не менее многие фирмы и энергокомпании разрабатывают, совершенствуют и широко используют диагностическую технику. Вначале диагностика проводилась в основном разработчиками и изготовителями в процессе создания новых КА, в дальнейшем стала использоваться потребителями для оценки эксплуатационного состояния с целью предупреждения отказов в работе и увеличения интервалов времени между плановыми мероприятиями технического обслуживания и ремонтами. Практическое использование диагностики с такой целью стало возможным при широком внедрении в энергокомпаниях надежной микропроцессорной техники. Влияние диагностики в эксплуатационных условиях на повышение надежности КА иллюстрирует рис. 19.
Рис. 19. Использование диагностики с целью повышения надежности коммутационных аппаратов высокого напряжения
В мировой практике утвердилось единодушное мнение о необходимости проведения диагностики элегазовых комплектных устройств, в то время как по отношению к выключателям выявилось два противоположных мнения:
надежность современных выключателей столь высока, что заниматься диагностикой их технического состояния не следует, так как диагностическая техника делает выключатели в этом случае не только более дорогостоящими, но и менее надежными;
диагностикой надо заниматься, чтобы уменьшить число отказов выключателей в эксплуатации и проводить техническое обслуживание только тогда, когда это необходимо по их состоянию.
Однако сейчас наблюдается устойчивая тенденция к расширению применения диагностики выключателей.
Российская электротехническая промышленность и энергосистемы существенно отстают в применении диагностической техники для КА. В связи с созданием отечественных элегазовых выключателей на напряжения 110 кВ и выше, совершенствованием и разработкой новых КРУЭ, необходимостью поддержания в работоспособном состоянии КА, длительное время находящихся в эксплуатации, которые невозможно заменить на современные, отечественным специалистам целесообразно иметь информацию о зарубежных достижениях в области коммутационной аппаратуры.
Эффект применения в выключателях диагностической аппаратуры определяется тем, насколько выполняются следующие требования:
правильный выбор для разных типов выключателей на основании анализа данных по отказам и надежности диагностических методов и аппаратуры;
выбор наиболее важных узлов и информативных параметров для диагностики;
конкретная практическая выгода (количественная оценка в расходуемых средствах, трудозатратах и др.) от применения системы диагностики (повышение надежности, снижение затрат на эксплуатацию выключателя, продление срока службы и др.);
высокая надежность самой диагностической аппаратуры.
Диагностика выключателей производится в виде диагностических испытаний в процессе технического обследования (осмотры, ремонты, ревизии) и мониторинга, когда датчики и процессор связаны с выключателем. При этом различают непрерывный, временный и периодический мониторинги, когда сбор данных производится непрерывно, в течение некоторого времени и периодически.
Сбор и анализ статистических данных по отказам выключателей. Каждая фирма и энергокомпания занимаются сбором и анализом статистических данных, занося их в разработанные ими карты отказов выключателей. Однако из-за конкурентных и коммерческих соображений эти данные не предаются огласке. Поэтому, когда приступили к международному сбору и анализу статистических данных по отказам выключателей, названия стран и фирм зашифровали цифровыми обозначениями и типы выключателей не указывали. Такая обезличенная информация отличается отсутствием конкретики применительно к каждому виду выключателей, но позволяет анализировать отказы выключателей в обобщенном видев международном масштабе.
Все события, приведшие к отказам выключателей, разделяются на две категории: большой отказ и малый отказ.
Под большим отказом понимается потеря выключателем одной ИЛИ нескольких основных функций: невыполнение команд на включение или отключение, самопроизвольное включение или отключение, неспособность проводить, включать или отключать ток нагрузки или ток КЗ, нарушение изоляции на землю, между разомкнутыми контактами или между полюсами, другие отказы, которые из условий обеспечения надежности должны быть устранены за время не более 30 мин.
При малом отказе (утечки, незначительные поломки и др.) выключатель не утрачивает своих основных функций и может продолжать работать до устранения обнаруженного дефекта во время ближайшего ремонта или технического обслуживания.
Большой отказ характеризует аварии или отказы I и II степени, а малый отказ - неисправности.
Сравнительные данные опросов показывают, что общие тенденции отказов (преобладание отказов по механическим причинам, из-за аппаратуры электрического управления и вспомогательных цепей аналогичных узлов выключателей, в которых происходят отказы и др.) сохраняются. Однако интенсивность отказов в элегазовых выключателях примерно в 2,5 раза ниже, чем традиционных (масляных и воздушных), а неисправностей примерно в 1,3 раза выше.
результаты опросов по элегазовым выключателям рассматриваются в плане выполнения выключателем его главных функций: пропускать, включать и отключать токи (дугогасящие устройства), обеспечивать электрическую изоляцию, осуществлять механическое оперирование (управляющий механизм), обеспечивать работу аппаратуры электрического управления и вспомогательных цепей, исключать утечку элегаза (уплотнения в системах, содержащих элегаз).
Дугогасящие устройства (ДУ). Несмотря на то, что на ДУ приходится 14,0% отказов и 9,4% неисправностей, главная их функция «отключать» практически не нарушалась, так как зарегистрировано только несколько отказов по причине «не включает и не отключает ток». Другими словами, риск, что выключатель не отключит ток, намного больше вследствие отказов а работе управляющего механизма, аппаратуры электрического управления и вспомогательных цепей (не отключается по команде), чем ДУ (не отключает ток).
Очевидно, это объясняется тем, что коммутационные испытания в процессе создания выключателей и испытания по гарантии качества в лабораториях больших мощностей достигли высокого уровня совершенства.
Электрическая изоляция: пробой на землю; пробой между полюсами; внутренний пробой отключенного выключателя; наружный пробой отключенного выключателя. Суммарное число электрических пробоев элегазовых выключателей составляет 6,5 на 10000 выключателей-лет и примерно вдвое (против 13,1) ниже, чем выключателей других типов. Число отказов в результате электрических пробоев в выключателях в металлической оболочке примерно такое же: 6,3 на 10000 выключателей-лет, и значительно меньше, чем для оборудования КРУЭ.
Но необходимо учитывать время эксплуатации элегазовых и иных выключателей. Статистика может измениться при больших сроках эксплуатации элегазовых выключателей.
Управляющий механизм. 43 % отказов связано с управляющими механизмами. Наиболее частые причины отказов: не включается по команде, не отключается по команде и блокирование.
Управляющий механизм вызывает наибольший процент отказов и неисправностей. Наиболее часто происходят отказы, из-за компрессоров, насосов и соединяющих их трубопроводов.
Наибольшее число неисправностей происходит из-за утечки воздуха и масла.
Таким образом, в целом уменьшилась интенсивность отказов в элегазовых выключателях по данной причине (0,52-0,29) на 100 выключателей-лет и сохранилась примерно равной интенсивность неисправностей.
Аппаратура электрического управления и вспомогательные цепи вызывают 29 % отказов: большая часть по причине «не отключает» или «не включает по команде».
Увеличилась интенсивность неисправностей в элегазовых выключателях по сравнению с традиционными - 0,92 на 100 выключателей-лет против 0,57.
С точки зрения повышения надежности необходимо упрощать цепи электрического управления и вспомогательные цепи и уменьшать число элементов в важных цепях. Особенно следует тщательно пересмотреть функции блокировок в цепях электрического управления. Желательно повысить надежность аппаратуры электрического управления и вспомогательных цепей.
Уплотнения в системах, содержащих элегаз: 7 % отказов и 40 % неисправностей происходят в этих системах. Интенсивность неисправностей в системах контроля плотности элегаза довольно высокая для контролирующих устройств (10 % неисправностей и 4 % отказов).
Объекты диагностики и контролируемые параметры. Обычно делается различие между диагностической техникой, используемой при осмотрах (манометры, счетчики и др.), для диагностических испытаний (тепловизоры, аппаратура для измерения сопротивлений, времен коммутации и др.) и для мониторинга (контроль плотности элегаза, блокирования, частичных разрядов и др.).
В табл. 7 приведены параметры, характеристики и узлы выключателей, подвергающиеся диагностике в электрокомпаниях, представивших информацию, а далее даются перечни основных параметров, характеристик и методов, которые применяются, как правило, в энергокомпаниях для диагностики выключателей всех видов, разъединителей и КРУЭ.
Выключатели и разъединители.
Диагностические испытания и режим периодического контроля.
Таблица 7
Диагностируемые параметры
+ - один, ++ - два, +++ - много ответов. ++++ - ответили все или большинство
Контроль за состоянием главной изоляции, измерение скоростей и времени движения подвижных контактов, сопротивления главного токоведущего контура и плотности элегаза, анализ газов (присутствие влаги, твердых частиц, других газов и др.), определение возможных утечек газов и масла, визуальный контроль состояния контактов и дугогасительного устройства, контроль функционирования аппаратов управления и. вспомогательных устройств.
