Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Бесконтактный метод и устройство контроля состояния высоковольтных изоляторов со светодиодной индикацией Балобанов Руслан Николаевич

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Балобанов Руслан Николаевич. Бесконтактный метод и устройство контроля состояния высоковольтных изоляторов со светодиодной индикацией: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.11.13 / Балобанов Руслан Николаевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»], 2018.- 168 с.

Введение к работе

Актуальность и степень разработанности темы исследования

Согласно брошюре «Основные результаты функционирования объектов электроэнергетики в 2016 году. Итоги прохождения осенне-зимнего периода (ОЗП) 2016–2017 годов», выпущенной Министерством энергетики России в 2017 году, число аварий, приведших к прекращению электроснабжения потребителей мощностью 10 МВт и более по причине повреждения изоляторов воздушных линий (ВЛ), составило 12% от общего числа аварий с таким ущербом на воздушных линиях электропередачи (ВЛЭП), подстанциях (ПС) и открытых распределительных устройствах (ОРУ). Если рассматривать только ВЛ, то это 22,6%. Данные показатели уступают только показателям из-за экстремальных внешних воздействий и значительно превосходят эти показатели вследствие, например, гроз или гололеда. Повреждение изоляторов в большинстве случаев происходит в результате старения, поверхностного загрязнения, производственных дефектов и случайных повреждений при ремонтных работах.

Особое место среди видов повреждений изоляции ВЛ занимают повреждения подвесных полимерных изоляторов, связанные с их пробоем или перекрытием. Согласно данным Научно-исследовательского института электроэнергетики (EPRI) в США, где опыт эксплуатации полимерных изоляторов на ВЛ составляет более 30 лет, за последние 10 лет электросетевые предприятия США начали испытывать все большее число отказов полимерных изоляторов на линиях передачи 115 и 138 кВ. Исследования EPRI показали, что эти сбои обычно связаны с высокой напряженностью электрического поля, возникающего вблизи или на высоковольтных оконцевателях изолятора. Снижение надежности ВЛ обусловлено постоянной активностью электрических разрядов на металлических оконцевателях. Постоянное воздействие на изоляцию этих коронных разрядов приводит к образованию трещин в полимерной оболочке и разрушению торцевого уплотнения, поэтому необходим постоянный контроль за состоянием данного типа изоляторов.

В настоящее время в электроэнергетике находят применение радиоволновой, акустический, оптический и тепловизионный методы контроля изоляторов. Использование данных методов удобно и эффективно при диагностировании опорных и подвесных изоляторов подстанций, но затруднительно при обследовании протяженных объектов, каковыми являются ВЛ. Приборное обследование ВЛ с летательных аппаратов так же не нашло широкого применения. Поэтому, по данным исследователей, более 40% компаний по-прежнему используют в основном визуальный осмотр оборудования. Инфракрасная диагностика и наблюдения приборами ночного видения применяются примерно на 15% предприятий, и лишь отдельные предприятия используют измерения радиоизлучения и ультразвуковой контроль. В разработку современных дистанционных методов и средств диагностики изоляторов ВЛ значительный вклад внесли Арбузов Р.С., Овсянников А.Г., Голенищевы-Кутузовы А.В. и В.А., Хренников А.Ю. и др.

Таким образом можно констатировать, что указанные выше

дистанционные методы контроля изоляторов на ВЛ так и не смогли вытеснить простой визуальный осмотр ВЛ и являются лишь дополнением к нему. В то же время при визуальном осмотре полимерных изоляторов не всегда удается выявить дефекты, так как в большинстве случаев они не видны.

Следовательно, актуальной является научная задача, связанная с недостаточной эффективностью существующих сегодня методов контроля изоляторов ВЛ и заключающаяся в разработке и исследовании новых способов контроля изоляции с помощью устройств, устанавливаемых на изоляторы, которые позволяли бы при визуальном осмотре ВЛ непосредственно сигнализировать о их состоянии.

Объект исследования – высоковольтные изоляторы ВЛ и ОРУ.

Предмет исследования – методы дистанционного контроля состояния изоляторов ВЛ и ОРУ

Цель диссертационного исследования – разработка способа и создание устройства, способного выявлять и визуализировать дефектные изоляторы при проведении периодических осмотров, работающих ВЛ и ОРУ.

Основные задачи диссертации:

  1. Проанализировать существующие методы контроля состояния изоляторов ОРУ и ВЛ, их достоинства и недостатки.

  2. Разработать метод контроля состояния изоляторов на линиях электропередачи и в распределительных устройствах, позволяющий визуализировать наличие дефектных изоляторов и за счет этого повысить эффективность их визуальных осмотров.

  3. Разработать, изготовить и исследовать устройство контроля состояния высоковольтных изоляторов.

  4. Подтвердить эффективность применения разработанного устройства состояния высоковольтного изолятора в лабораторных условиях и при эксплуатации на ВЛ и ОРУ.

Методология и методы исследования

При выполнении диссертационной работы использовались следующие методы: теоретический анализ состояния вопроса, анализ опыта эксплуатации изоляционных конструкций ВЛ и ОРУ, решение методом конечных элементов дифференциальных уравнений, определяющих требования к электронным компонентам разработанной схемы индикатора, компьютерное моделирование, экспериментальные исследования метода контроля состояния изоляторов под высоким напряжением в лабораторных и полевых условиях.

Степень достоверности результатов проведенных исследований

Достоверность полученных результатов подтверждается в работе сопоставлением данных теоретических исследований с экспериментальными, лабораторными и натурными испытаниями, воспроизводимостью результатов в различных условиях проведения эксперимента на различных образцах изоляторов. Полученные результаты не противоречат основным положениям науки и опубликованным результатам других авторов.

Научная новизна

  1. Разработаны метод и устройство контроля состояния изолятора на линиях электропередачи и в распределительных устройствах, основанные на регистрации изменения электрического поля в области изолятора при появлении дефекта. Устройство не требует автономного источника питания и позволяет фиксировать как пробои части изолятора, так и возникновение на нем электрических разрядов.

  2. Теоретически обоснована, в том числе путем компьютерного моделирования, и экспериментально подтверждена возможность светодиодной индикации дефекта изолятора с помощью устройства, созданного на основе бесконтактного метода.

  3. В лабораторных условиях и при опытной эксплуатации на ВЛ и ОРУ доказана эффективность разработанного устройства контроля на основе светодиодного индикатора и возможность его использования на подвесных и опорных изоляторах различных типов ВЛ 35 кВ и выше без конструктивных изменений этих изоляторов.

Теоретическая значимость работы состоит в развитии теории диагностики состояния изоляторов, работающих на ОРУ и ВЛ. На основе полуэмпирических расчтов и расчтов характеристик электрического поля исправных и дефектных изоляторов методом конечных элементов были определены оптимальные характеристики и ориентация мкостного зонда для подключения к нему светодиодного индикатора, реагирующего на дефекты в изоляции.

Практическая значимость работы

  1. Определены и сформулированы технические требования к индикаторам и условиям проведения контроля состояния изоляторов ВЛ и ОРУ под рабочим напряжением.

  2. Предложен бесконтактный метод контроля состояния высоковольтных изоляторов ВЛ и ОРУ под рабочим напряжением.

  3. Доказана применимость индикатора для контроля состояния изоляторов на любых воздушных линиях электропередачи и в открытых распределительных устройствах напряжением 35 кВ и выше, что подтверждается результатами работы опытных образцов индикаторов в ОАО «Сетевая компания» и ОРУ ТГК-16.

Личный вклад автора

Автор лично участвовал на всех этапах получения результатов, представленных в диссертации и публикациях: в разработке и создание светодиодного индикатора состояния изоляции, самостоятельно проводил теоретические и лабораторные исследования и натурные эксперименты, участвовал в создании модели в среде «COMSOL Multiphysics», в анализе и сравнении теоретических и экспериментальных результатов, в подготовке докладов, выступлениях на конференциях и написании статей.

На защиту выносятся:

1. Новый метод и устройство контроля состояния изоляторов на линиях электропередачи и в распределительных устройствах, основанные на

регистрации изменения электрического поля в области изолятора при появлении дефекта.

  1. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности светодиодной индикации дефекта в изоляции с помощью устройства, не требующего автономного источника питания и позволяющего определять пробой части изолятора и возникновение в нем разрядов.

  2. Положительные результаты экспериментального исследования эффективности разработанного индикатора и возможности его использования без конструктивных изменений на подвесных и опорных изоляторах различных типов ВЛ 35 кВ и выше.

Апробация работы

Основные положения и практические результаты диссертационной
работы докладывались и обсуждались на: XVI аспирантско-магистерском
научном семинаре, посвященного «Дню Энергетика» (Казань, КГЭУ, 2013), III
международном форуме «ENES-2014» «Энергоэффективность и

энергосбережение» (Москва, ВК Гостиный двор, 2014), I научной конференции молодежной организации ТЭЦ-3 (Казань, 2015), Международном молодежном форуме и ХI Международной научно-технической конференции «Энергия – 2016» (Иваново, ИГЭУ, 2016), VII международной молодежной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи – 2016» (Казань, КГЭУ, 2016), II международной научно-технической конференции «Энергетические системы» (Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2017).

Практическая реализация результатов работы

Результаты диссертации внедрены в филиале ОАО «Сетевая компания» –
Альметьевские электрические сети, г. Альметьевск, и в учебный процесс КГЭУ
при проведении лабораторных работ по курсу «Диагностика

электрооборудования электрических станций и подстанций», о чем имеются соответствующие акты. Имеется также протокол результатов обследования опорных изоляторов ОРУ 110 кВ с помощью светодиодного индикатора состояния изолирующей конструкции в ОАО «ТГК-16» «Казанская ТЭЦ-3».

Публикации

Основное содержание работы изложено в 8 научных публикациях: 1 статья в журнале, включенном в международную систему цитирования SCOPUS, 4 статьи в рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК (в том числе 1 по группе научных специальностей диссертации), 3 публикации в материалах всероссийских и международных научных конференций.

Соответствие диссертации научной специальности

Диссертация соответствует специальности 05.11.13 – «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» и охватывает следующие области Паспорта специальности:

– п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование

существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» – разделы научной новизны 1, 2, 3;

– п. 3. «Разработка, внедрение и испытания приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами» – разделы научной новизны 2, 3.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитированной литературы и приложения. Диссертация изложена на 168 страницах, имеет 4 приложения на 11 страницах, иллюстрирована 14 таблицами и 99 рисунками. Библиографический список состоит из 139 наименований.