Всякое испытание элегазовой изоляции в процессе пусконаладочных работ преследует одну цель: убедиться в соответствии ее качества техническим требованиям. Дополнительную информацию о качестве изоляции может дать высокочастотная дефектоскопия при помощи акустической диагностики.
Известны два метода такой диагностики: один - фиксирует дефекты в изоляции во времени и в пространстве без определения причин их возникновения и характера распространения дефектов; другой - определяет эти дефекты также во времени и в пространстве, но с определением причин их возникновения и перспектив развития. Наиболее эффективным для более полной информации о состоянии оборудования является сочетание обоих методов и рациональное использование средств контроля за состоянием элегазового оборудования.
Создание многоканальной многодатчиковой системы акустической диагностики с использованием микропроцессорной и цифровой техники повышает надежность контроля изоляции крупных объектов, к которым прежде всего следует отнести элегазовые подстанции. Применение акустического метода диагностики дефектов оказывается наиболее эффективным лишь при использовании совершенных методов обработки получаемой информации, сама же информация должна быть как можно ближе к истине. Поэтому датчики, регистрирующие акустические сигналы, устанавливают непосредственно на поверхности отсеков модуля или ячейки элегазового оборудования.
Рис. 39. Структурные схемы многоканальной системы акустической диагностики элегазового оборудования с параллельным построением каналов (о) и с коммутатором каналов (б):
1 — датчик; 2 — усилитель предварительный; 3 — фильтр высокой частоты; 4 — усилитель основной; 5 — демодулятор; б —измеритель уровня акустических сигналов; 7 — детектор; в - коммутатор каналов; 9 — генератор тактовой частоты; 10— усилитель-формирователь сигналов; 11 — магнитофон; 12 — аналого-цифровой преобразователь; 13—ЭВМ; 14— дисплей
При увеличении испытательного напряжения, прикладываемого к испытуемому оборудованию, имеющиеся в нем дефекты могут вызвать частичные разряды, которые воспринимаются датчиками как акустические сигналы. Эти сигналы, проходя через акустический преобразователь, преобразуются пьезоэлементом в электрические сигналы, регистрируемые измерительной аппаратурой.
На рис. 39 приведены структурные схемы системы акустической диагностики. От датчика 1 сигнал поступает в предварительный усилитель 2, оттуда через фильтр 3, основной усилитель 4 и демодулятор 5 на измеритель 6 уровня акустических сигналов.
Для получения более надежных результатов предусилителю предъявляют особые требования, тем более что сигнал от датчика относительно мал (порядка 10 мкВ). Предусипитель должен обеспечивать: наименьшее искажение сигнала (лучше вообще его не давать); оптимальную полосу пропускания с полезным соотношением сигнал/шум; большой коэффициент усиления до 10 дБ от входа приемника до выхода на последующий усилитель; независимость от усиления параметров предусилителя; линейность амплитудной характеристики.
Для ослабления влияния промышленных шумов и внешних акустических помех сигналы специально обрабатывают ранним фильтрованием, а малошумящий предусилитель размещают ближе к датчику, что способствует качественному усилению сигнала (в 100 раз). Вообще размещение датчиков и характер их крепления на поверхностях элементов КРУЭ имеют большое значение для эффективности выявления дефектов. Датчики следует располагать посредине, в центре каждого проверяемого объема, тем более что акустический сигнал, проходя через эпоксидный изолятор, значительно ослабляется (в 10 раз). Число точек для одного проверяемого полюса должно соответствовать числу каналов в данной применяемой для измерения схеме.
Крепление датчиков на поверхности оболочки проверяемого объекта производят через концентраторы, приклеиваемые эпоксидным компаундом с наполнителем из нитрида бора. Такое крепление увеличивает амплитуду акустического сигнала в 2,5 раза.
На рис. 39 приводятся структурные схемы многодатчиковых систем. В обеих схемах сигнал от датчика поступает в предварительный усилитель, но если в одной схеме сигнал далее через фильтр высокой частоты, основной усилитель и демодулятор поступает в измеритель уровня акустических сигналов (рис. 39р), то в другой схеме сигнал через детектор 7 попадает на коммутатор каналов 8 (рис. 39,6 ).
Первая схема, используя одноканальные структурные единицы, уже утвердившие себя в эксплуатации, проста в изготовлении, но громоздка и дорога при многоканальности системы.
Вторая схема использует в десятиканальной системе коммутатор каналов, в который поступают сигналы всей многоканальной системы. Скорость коммутации сигналов в коммутаторе регулирует генератор 9 тактовой частоты. После коммутатора сигнал усиливается и формируется, а затем разделяется, и часть поступает на входное устройство с аналого-цифровым преобразователем АЦП-ПВ 12 и ЭВМ 13, другая часть с усилителя-фор- мирователя - на дисплей 14 для непрерывного визуального контроля за объектом испытания.
Для снижения потерь получаемой высокочастотными пьезоэлектрическими датчиками информации в схеме применена демодуляция высокочастотных каналов, в результате чего выделяется наиболее низкочастотная составляющая спектра частотой 100 Гц и ниже.
При подготовке к работе десятиканальной системы производят калибровку акустической системы регистрации частичных разрядов. Для этого при подъеме испытательного напряжения до значения начала зажигания частичного разряда измеряют 106 величину максимального кажущегося заряда, при этом калибровку измерительной схемы выполняют при помощи генератора РЕТ-2 согласно методике по ГОСТ 20083-74.
Акустические сигналы, появляющиеся при частичных разрядах, усиливают через пьезоэлектрические преобразователи предварительным усилителем, а уж затем поступают на детектор-микросхему. Частоту переключения схемы задают генератором тактовой частоты. Импульсы от генератора поступают на аналого-цифровой преобразователь, формирующий напряжение ступенчатой формы. К входам каналов коммутатора синхронно подают на осциллограф отклоняющие напряжения по горизонтали и вертикали. Таким образом, на экране трубки видно распределение акустических сигналов одновременно от десяти точек испытуемого элемента комплектного элегазового оборудования.
Применение акустического метода диагностики дефектов элегазового оборудования показало его эффективность уже на стадии опытно-промышленного внедрения. Этот метод позволяет регистрировать частичные разряды в момент возникновения одновременно с регистрацией их электрическим методом, а использование при этом многоканальной системы диагностики за состоянием изоляции КРУЭ дает основание считать акустический метод более перспективным в условиях их эксплуатации. К тому же по сравнению с электрическим методом выявления дефектов в КРУЭ акустический метод не требует источника, свободного от частичных разрядов.
Определение вида дефектов элегазового оборудования по акустическим спектрам.
Как показали испытания по выявлению дефектов акустическим методом, отдельным видам дефектов свойственны свои акустические спектры.
Частичные разряды в элегазовом оборудовании вызываются различными дефектами, условно их можно классифицировать:
- неподвижные частицы и микровыступы. Вызывают ионизацию элегаза вблизи частицы или поверхности выступа как в неоднородном поле, значение заряда частичного разряда определяют этим процессом; спектр дан на рис. 40,а;
- небольшие подвижные частицы. Разряд происходит между частицей и электродом, заряд частичного разряда определяется пробивным напряжением промежутка между электродом и частицей, а также емкостью частицы относительно электрода. Спектр дан на рис 40,6;
Рис. 40. Спектры акустических сигналов при различных дефектах: а — в виде микровыступов и неподвижных частиц; б — мелких подвижных частиц на заземленной поверхности оболочки ячейки; в — скользящих разрядов по поверхности изолятора; г — разрядов в газовых пустотах изоляторов; 1— напряжение испытательное; 2 — сигнал акустический при дефектах
- скользящие разряды на поверхности изоляторов. Заряд частичного разряда определяется емкостью элемента, на поверхности которого появился разряд. Спектр приведен на рис. 40,в;
- разряды в газовых включениях твердой изоляции характеризуются быстротой пробоя по сравнению со временем заряда этой емкости. Заряд частичного разряда определяется емкостью газового включения (пустоты) в изоляции. Спектр дан на рис. 40,г.
Таким образом, зная спектры отдельных дефектов, можно по акустическому сигналу определить вид дефекта в элегазовой изоляции. Для этого при дефектоскопии элегазовой изоляции необходимо произвести спектральный анализ полученного акустического сигнала. Спектральный анализ заключается в разложении полученного акустического сигнала во временной и частотной плоскостях, для этого сигнал сначала преобразуют в частотной плоскости и при этом отбирают для анализа первые гармоники частотного спектра, имеющие максимальные амплитуды - наиболее информативные компоненты спектра; затем сигнал восстанавливается во временной плоскости. Такой метод контроля частичных разрядов позволяет выявлять вид дефекта и его геометрию, что особенно важно для прогнозирования развития дефекта в процессе эксплуатации оборудования.
Рис. 41. Осциллограммы акустических сигналов при:
а — отсутствии дефекта (посторонние шумы отфильтрованы или уменьшены до минимального значения); б — коронирующем острие; в — от стружки внутри оболочки; г — от сфероподобной частицы внутри оболочки
Вид дефекта выявляют и при анализе осциллограммы акустического сигнала на экране осциллографа или дисплея. Если частичные разряды на входе преобразователя создают сигналы, не превышающие порога чувствительности измерительного устройства при заданном значении испытательного напряжения (шумы и прочие помехи при этом отфильтровывают), на экране регистрируют сигналы, дающие практически прямую линию (рис. 41,а). Дефекты отсутствуют.
Для нахождения места расположения дефекта при проверке какого-либо объема КРУЭ преобразователи должны располагаться так, чтобы место дефекта было определено с практической точностью. Делается это так: три преобразователя располагают последовательно на поверхности исследуемого объема и место дефекта определяют по точке, в которой амплитуда сигналов была наибольшей по сравнению с амплитудами сигналов в соседних точках справа и слева. Если при этом уровень сигнала от преобразователей превосходит более чем в 2 раза уровень шумов, производят классификацию дефектов. Скорость развертки самописца 250 мм/с.
При сигналах, показанных на рис. 41,6, дефекты проявляются в виде "коронирующего острия", т. е. это могут быть задиры на электроде, заусенцы, острие сварных швов, неподвижные частицы. При сигналах, имеющих импульсный характер (рис. 41,в, г), дефекты оказываются в виде подвижных частиц. Стружка, свободно плавающая в электрическом поле между электродами внутри объема, дает картину рис. 41,в, сфероподобная подвижная частица - рис. 41,г. Таким образом, и визуальный анализ видеограмм позволяет тоже определить вид дефекта и место его расположения.
Следует заметить, кроме того, что изменение геометрии дефекта фиксируют и по характеру зависимости амплитуды акустического сигнала от испытательного напряжения частоты 50 Гц, приложенного к объекту испытания.
