СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G01R31/00 

Изобретение относится к способам шумовой диагностики дефектности электроэнергетического оборудования (ЭЭО) и предназначено для создания промышленных информационно-измерительных комплексов контроля технического состояния такого оборудования.

Известно, что в процессе деградации динамических систем (физических, химических, биологических и пр.) интенсивности шумов в них возрастают на 60-80 dB при изменениях средних параметров систем на 20-30%. Поэтому шумовые методы диагностирования дефектностей различных систем эффективны, обладают исключительно высокой чувствительностью и непрерывно совершенствуются [1-6].

Известен способ контроля технического состояния ЭЭО [4], в котором полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют по электромагнитному излучению этого оборудования.

Известный способ базируется на измерении средней интенсивности импульсного электромагнитного излучения от диагностируемого ЭЭО, обязанного своим происхождением компоненту с равномерным спектром в шуме ионизации изоляции (масляной, целлюлозной, фарфоровой и пр.), возрастающего перед отказом диагностируемого оборудования на 50-60 dB и фильтруемого резонансными колебательными цепями этого оборудования с учетом эффектов регенеративного усиления шумов и генерирования импульсных электромагнитных колебаний, объясненных в [8].

Измерения в этом известном способе выполняют с помощью широкополосной приемной антенны произвольной поляризации, подключенной к входу специально изготовленного регистратора средней интенсивности импульсного электромагнитного излучения от диагностируемого ЭЭО во всей рабочей полосе частот измерительной аппаратуры. Рекомендуемые в данном известном способе частоты измерений составляют f≥150-200 MHz.

По результатам измерений строят зависимость средней интенсивности потока излучаемых импульсов от порога обнаружения, а в качестве диагностических параметров используют: крутизны наклонов отрезков аппроксимирующих прямых на участках этой зависимости, количество интервалов, необходимых для такой аппроксимации, и значения координат точек перегибов указанной зависимости. Причем дефектность контролируемого ЭЭО устанавливают по динамике изменения указанных диагностических параметров при выполнении серий периодических измерений на временных интервалах, разделенных месяцами и годами эксплуатации этого оборудования.

Недостатками известного способа являются неудовлетворительные чувствительность, достоверность и глубина диагностирования дефектности, а, следовательно, и низкая надежность определения технического состояния диагностируемого ЭЭО.

Указанные недостатки обусловлены следующими обстоятельствами:

1. Неудовлетворительная чувствительность - неудачным выбором частот измерений f≥l50-200 MHz, лежащих, в основном, за пределами частотного диапазона наиболее интенсивных излучений ЭЭО, равного 10 MHz≤f≤200 MHz, и использованием для диагностирования дефектности оборудования излучений, связанных с действием компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (включая лавинный шум с равномерным спектром), интенсивность которого ниже и возрастает при приближении к отказу оборудования на 10-20 dB слабее, чем интенсивность фликкерного компонента шума ионизации изоляции (включая лавинный фликкерный шум) со спектром вида A/f, где A - константа, зависящая от состояния изоляции. Отметим, что причина образования фликкерного компонента шума в электрическом оборудовании кроется в ионизации примесей и дефектов изоляции, а образование компонента шума с равномерным спектром связано с ионизацией основного материала изоляции.

2. Неудовлетворительная достоверность - применением в известном способе нестандартной, специально изготовленной измерительной аппаратуры и громоздкой процедуры обработки результатов измерений.

3. Неудовлетворительная глубина диагностирования - поскольку в известном способе удается определять только полную дефектность ЭЭО, без предварительного определения дефектности по каждому из основных конструктивных элементов этого оборудования: внешних - вводов напряжений, расположенных своими основными частями снаружи металлического корпуса оборудования, и внутренних, расположенных внутри металлического корпуса оборудования, т.е. регуляторов напряжений, регуляторов токов, индукционных катушек, металлического корпуса оборудования и пр.

Из сказанного следует, что известный способ контроля технического состояния ЭЭО [4] не обладает требуемой чувствительностью, достоверностью и глубиной, а следовательно, не обладает и требуемой надежностью диагностирования дефектности этого оборудования.

Известен также способ контроля технического состояния ЭЭО [5], в котором полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют с учетом полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании.

Этот известный способ контроля технического состояния ЭЭО обладает, в сравнении со способом [4], увеличенной глубиной диагностирования, поскольку в нем (в способе [5]) полную дефектность контролируемого оборудования определяют с учетом предварительно полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании, т.е. с учетом данных о дефектностях внешних конструктивных элементов, расположенных своими основными частями снаружи металлического корпуса диагностируемого оборудования.

Кроме того, известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] обладает и повышенной достоверностью в сравнении со способом [4], поскольку он (способ [5]) базируется на измерениях энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от проводов вводов напряжений в этом оборудовании. Указанные измерения выполняются с использованием стандартной измерительной аппаратуры, а применяемая в способе [5] обработка результатов измерений проста в сравнении с известным способом [4].

Однако известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] так же, как и известный способ [4], не обладает требуемой чувствительностью, поскольку в нем для диагностирования дефектности по отдельному вводу напряжения используют излучения, связанные с действием в проводе этого ввода компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (включая лавинный шум с равномерным спектром), интенсивность которого ниже и при приближении к отказу оборудования возрастает на 10-20 дБ слабее, чем таковая у фликкерного компонента шума ионизации изоляции (включая фликкерный шум лавинной ионизации).

Кроме того, известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] не обладает и требуемой глубиной диагностирования, поскольку в нем при определении полной дефектности оборудования учитываются только парциальные вклады дефектностей внешних конструктивных элементов оборудования (вводов напряжений) и не учитываются соответствующие вклады дефектностей внутренних конструктивных элементов (элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус).

Из сказанного следует, что известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] также не обладает требуемой чувствительностью и глубиной, а следовательно, не обладает и требуемой надежностью диагностирования дефектности ЭЭО.

Известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] является наиболее близким к заявляемому изобретению и принят нами за прототип.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании способа контроля технического состояния ЭЭО, обладающего, в сравнении с прототипом и другими известными аналогами, повышенными чувствительностью, глубиной и надежностью диагностирования дефектности этого оборудования.

Для решения поставленной задачи предлагается способ контроля технического состояния ЭЭО, в котором полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют с учетом полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании, отличающийся тем, что в нем (в отличие от прототипа и других известных способов-аналогов) дефектность по отдельному i-му вводу напряжения диагностируемого оборудования, где i=1, 2, … - порядковый номер ввода напряжения, определяют на основании сравнения измеренных в эквивалентных условиях спектральных плотностей фликкерных компонентов шумов ионизации изоляции вида A_i/f в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений i-х вводов напряжений для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, где A_i - коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния изоляции образца оборудования, f - частота анализа, затем, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают электрические добротности и резонансные частоты

добротных собственных -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й конструктивный элемент диагностируемого оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где K=R, S, T, … - условное обозначение типа внутреннего конструктивного элемента оборудования (R - регулятор напряжения или регулятор тока, S - индукционная катушка, T - металлический бак регулятора напряжения, регулятора тока или металлический корпус оборудования и пр.), входящего в добротную K_j-ю собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей, выделяют в измеренных в эквивалентных условиях энергетических спектрах токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента его оптимальную информативную частотную полосу Δf_Kj, включающую в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей и резонансных частот добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, фиксируют максимальные интенсивности квазигармонических пиков колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_Kj для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений у однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента диагностируемого оборудования на основании сравнения усредненных по ансамблю вводов фиксированных максимальных интенсивностей вышеуказанных пиков колебаний в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах Δf_Kj для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, а при определении полной дефектности диагностируемого оборудования учитывают, помимо данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений, еще и данные о дефектности каждого из конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус.

Заявляемые в предлагаемом изобретении общие и отличительные признаки обеспечивают достижение поставленной технической задачи - создания способа контроля технического состояния ЭЭО, обладающего, в сравнении с прототипом и другими известными аналогами, повышенными чувствительностью, глубиной и надежностью диагностирования дефектности этого оборудования.

В заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО общим с прототипом [5] существенным признаком является то, что «… полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют с учетом полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании …».

Следовательно, в предлагаемом способе, как и в способе-прототипе, первоначально определяют дефектности по отдельным вводам напряжений в ЭЭО, находящемся под напряжением, т.е. определяют дефектности внешних конструктивных элементов с тем, чтобы в дальнейшем учесть парциальные вклады этих дефектностей в полную дефектность диагностируемого оборудования. Ниже будет показано, что используемый в заявляемом способе алгоритм определения дефектностей по отдельным вводам напряжений ЭЭО существенно отличается от такового в прототипе.

Анализ существенных отличительных признаков заявляемого изобретения свидетельствует о достаточной новизне и неочевидности предлагаемого решения.

Отличительный признак «… дефектность по отдельному i-му вводу напряжения диагностируемого оборудования, где i=1, 2, … - порядковый номер ввода напряжения, определяют на основании сравнения измеренных в эквивалентных условиях спектральных плотностей фликкерных компонентов шумов ионизации изоляции вида A_i/f в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений i-х вводов напряжений для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, где A_i - коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния изоляции образца оборудования, f - частота анализа …» - предполагает:

1. Проверку наличия в диагностируемом ЭЭО контрольных ответвлений от вводов напряжений, предназначенных для выполнения встроенной диагностики технического состояния этого оборудования. У отечественного и зарубежного ЭЭО контрольные ответвления от вводов напряжений в большинстве практических случаев имеются. В случае отсутствия в диагностируемом оборудовании указанных контрольных ответвлений у части вводов напряжений, например у низковольтных (HB) вводов, в предлагаемом способе диагностируют дефектности только высоковольтных (ВВ) вводов, имеющих контрольные ответвления, и с учетом дефектностей этих вводов определяют полную дефектность диагностируемого оборудования. Предприятию-изготовителю ЭЭО в этом случае предлагают заказ на изготовление контрольных ответвлений для всех вводов напряжений с тем, чтобы в дальнейшем углубить диагностику и распространить ее на все вводы напряжений в данном оборудовании, чего нет в прототипе.

2. Измерения энергетических спектров токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений, где i=1, 2, …, - порядковый номер ввода, выполняемые для однотипных образцов диагностируемого и эталонного ЭЭО в эквивалентных условиях, т.е. в одинаковых условиях эксплуатации с применением единых метрических средств, например с применением известного устройства [9], чего также нет в прототипе.

3. Выделение в каждом из измеренных энергетических спектров области действия компонента шума ионизации изоляции с фликкерным спектром (включая фликкерный шум лавинной ионизации) и области действия компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (включая шум лавинной ионизации с равномерным спектром).

4. Выделение в каждом из измеренных энергетических спектров внутри области действия компонента шума ионизации изоляции с фликкерным спектром частотного диапазона (или диапазонов), не занятого (не занятых) регулярными составляющими с частотами промышленной сети f_N=50 Hz и ее высшими гармониками 2f_N, 3f_N, 4f_N …, для последующего выполнения аппроксимации в этом диапазоне (диапазонах) энергетического спектра тока контрольного ответвления отдельного i-го ввода напряжения для каждого i-го образца оборудования (эталонного и диагностируемого) зависимостью A_il/f, где A_il - коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния изоляции l-го образца, l=1, 2, 3, … - порядковый номер образца, f - частота анализа, и фиксации на выбранной частоте анализа f^* (например, на частоте f^*=1 Hz) интенсивности фликкерного компонента шумового тока в проводе контрольного ответвления отдельного i-го ввода напряжения для каждого l-го образца оборудования, величина которой на 10 dB и более (эффект зависит от выбранного значения f^* и растет с уменьшением этого значения) превышает таковую, а при приближении к отказу оборудования дополнительно еще и возрастает на 10-20 dB сильнее таковой для компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром, чего также нет в прототипе.

4. Формирование критериев и определение дефектностей диагностируемого оборудования по отдельным i-м вводам напряжений на основании сравнений фиксированных значений спектральных плотностей фликкерных компонентов токовых шумов в проводах контрольных ответвлений i-х вводов напряжений для диагностируемого и эталонного оборудования на выбранной частоте анализа f^*, чего тоже нет в прототипе.

Отличительный признак «… применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают электрические добротности и резонансные частоты

добротных собственных -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й конструктивный элемент диагностируемого оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где K=R, S, T, … - условное обозначение типа внутреннего конструктивного элемента оборудования (R - регулятор напряжения или регулятор тока, S - индукционная катушка, T - металлический бак регулятора напряжения, регулятора тока или металлический корпус оборудования и пр.), входящего в добротную K_j-ю собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей, выделяют в измеренных в эквивалентных условиях энергетических спектрах токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента его оптимальную информативную частотную полосу Δf_Kj, включающую в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей резонансных частот добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, фиксируют максимальные интенсивности квазигармонических пиков колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_Kj для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений у однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента диагностируемого оборудования на основании сравнения усредненных по ансамблю вводов фиксированных максимальных интенсивностей вышеуказанных пиков колебаний в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах Δf_Kj для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования…» - предполагает:

1. Выполнение с применением известных соотношений и программ ЭВМ (например программ MATLAB, CADGen, ANSYS и пр.) расчетов электрических добротностей и резонансных частот добротных собственных -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й конструктивный элемент диагностируемого оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где К=R, S, T, … - условное обозначение типа внутреннего конструктивного элемента оборудования (R - регулятор напряжения или регулятор тока, S -индукционная катушка, T - металлический бак регулятора напряжения, регулятора тока или металлический корпус оборудования и пр.), входящего в добротную K_j-ю колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот колебательных цепей, чего нет в прототипе.

2. Выделение в области действия компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (включая шум лавинной ионизации с равномерным спектром) в каждом из измеренных энергетических спектров токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента ЭЭО его оптимальной информативной частотной полосы Δf_Kj (оптимальной с позиций диагностирования дефектности этого элемента и единой для всех измеренных спектров), включающей в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей и резонансных частот добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, при этом набор порядковых номеров t обеспечивает полноту снимаемой информации, а минимизация номеров гармоник m позволяет повысить качество диагностической информации за счет ослабления эффектов наложения резонансов различных колебательных цепей оборудования, чего также нет в прототипе.

3. Фиксацию максимальных интенсивностей пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_Kj для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений у однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, формирование критериев и определение дефектности каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента диагностируемого оборудования на основании сравнения усредненных по ансамблю вводов фиксированных интенсивностей указанных пиков колебаний в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах Δf_Kj для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, причем операция усреднения по ансамблю вводов обеспечивает повышенную надежность диагностирования дефектностей внутренних конструктивных элементов, чего тоже нет в прототипе.

Отличительный признак «… при определении полной дефектности диагностируемого оборудования учитывают, помимо данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений, еще и данные о дефектности каждого из конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус» - предполагает формирование критериев и определение полной дефектности диагностируемого оборудования с учетом полученных выше данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений (т.е. данных о дефектностях внешних конструктивных элементов) и данных о дефектностях внутренних конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус, чего также нет в прототипе.

Выбор эталона в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО осуществляется, как и в способе-прототипе, известным путем.

В качестве эталона может быть выбран отдельный образец оборудования, например новый, только что поступивший с завода-изготовителя или прошедший капитальный ремонт, обладающий минимальными интенсивностями фликкерных шумов в проводах контрольных ответвлений всех диагностируемых вводов напряжений и минимальными значениями усредненных по ансамблю диагностируемых вводов максимальных интенсивностей квазигармонических пиков колебаний в оптимальных информативных частотных полосах для всех внутренних конструктивных элементов, если такой образец имеется.

При диагностировании 3-х и более однотипных образцов оборудования можно использовать в качестве эталона группу образцов, каждый из которых обладает минимальными интенсивностями фликкерных шумов в проводах контрольных ответвлений только у части диагностируемых вводов напряжений (хотя бы у одного ввода, как это делается в способе-прототипе [5]), и(или) минимальными значениями усредненных по ансамблю диагностируемых вводов максимальных интенсивностей квазигармонических пиков колебаний в оптимальных информативных частотных полосах только у части внутренних конструктивных элементов (хотя бы у одного внутреннего элемента).

При диагностировании единственного образца оборудования в качестве эталона можно использовать сам диагностируемый образец на начальной стадии его эксплуатации (первичное включение под нагрузку), как это делается в известном способе-прототипе [5] и аналоге [4].

Как видим, благодаря комплексному использованию для диагностики дефектности отдельных конструктивных элементов ЭЭО (внешних и внутренних) воздействий двух шумовых компонентов в энергетическом спектре тока контрольного ответвления отдельного i-го ввода напряжения этого оборудования, фликкерного компонента шума со спектром вида A_i/f и компонента шума с равномерным спектром, заявляемый способ контроля технического состояния ЭЭО приобрел следующие существенные преимущества перед способом-прототипом и другими известными аналогами:

1. Повышенную на 10-20 dB и более чувствительность диагностирования дефектностей по вводам напряжений в контролируемом оборудовании за счет использования фликкерного компонента шума ионизации изоляции со спектром вида A_i/f, интенсивность которого на выбранной частоте анализа f^* на 10 dB и более (эффект зависит от выбранного значения f^* и растет с уменьшением этого значения) превышает таковую, а при приближении к отказу оборудования дополнительно еще и возрастает на 10-20 dB сильнее таковой для компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (являющегося первоисточником квазигармонических излучений, используемых в способе-прототипе для диагностирования дефектностей вводов напряжений); одновременно выросли чувствительность и надежность диагностирования полной дефектности ЭЭО за счет отмеченных факторов и учета парциальных вкладов дефектностей вводов напряжений в полную дефектность диагностируемого оборудования.

2. Увеличенную глубину диагностирования полной дефектности ЭЭО за счет дополнительного определения дефектностей внутренних конструктивных элементов в этом оборудовании (в прототипе определяются дефектности только внешних конструктивных элементов, т.е. вводов напряжений) и учета парциальных вкладов этих дефектностей в полную дефектность контролируемого оборудования; одновременно выросла надежность диагностирования полной дефектности оборудования за счет указанных факторов.

Из сказанного следует, что предложенная совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО обеспечивает решение поставленной задачи и достижение желаемого технического результата. Именно такая совокупность существенных признаков заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО позволила повысить чувствительность, а также увеличить глубину и надежность диагностирования дефектности этого оборудования.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря этой совокупности существенных признаков изобретение решило поставленную задачу.

Следовательно, заявляемое изобретение является новым и обладает изобретательским уровнем, так как оно не следует явным образом из известных технических решений и пригодно для практического применения.

Практическую реализацию предложенного способа контроля технического состояния ЭЭО рассмотрим на примере диагностирования дефектности силового ВВ однофазного автотрансформатора типа АОДЦТН 16700/500/220, широко применяемого на электростанциях России.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематически изображено устройство диагностируемого автотрансформатора, показаны конструктивные элементы, расположенные снаружи и внутри металлического корпуса автотрансформатора: 1, 2 - ВВ вводы напряжений; 3, 4, 5 - HB вводы напряжений; 6 - основной металлический бак автотрансформатора T₁ (металлический корпус автотрансформатора); 1a, 2a, 3a, 4a, 5a - контрольные ответвления от вводов напряжений (контрольные ответвления 3a, 4a, 5a не предусмотрены типовой конструкцией завода-изготовителя, но могут быть реализованы указанным ниже способом); 7 - металлический бак Т₂ регулятора напряжения R; 8 - ВВ катушка S₁ (S₁₁*, S₁₁** - верхняя и нижняя половинки катушки S₁); 9 - ВВ катушка S₂ (основная); 10 - ВВ катушка S₃ (регулировочная); 11 - НВ катушка S₄ (правая); 12 - НВ катушка S₅ (левая); 13, 14 - ВВ линии электропередачи; 15 - HB линия электропередачи; 16 - ВВ регулятор напряжения R.

На фиг.2 показан качественный вид энергетического спектра тока i-го ввода напряжения (или тока в проводе контрольного ответвления i-го ввода) для диагностируемого автотрансформатора на частотах анализа f=5·10^-2-5·10⁸ Hz. Использованы следующие обозначения: S_i/I_i ² в Hz - относительная спектральная плотность тока i-го ввода напряжения (или тока в проводе контрольного ответвления i-го ввода); i=1, 2, … - порядковый номер ввода напряжения; I_i в A - эффективное значение тока i-го ввода напряжения (или тока в проводе контрольного ответвления i-го ввода) с частотой промышленной сети f_N=50 Hz.

На фиг.3 показан в увеличенном масштабе качественный вид энергетического спектра тока i-го ввода напряжения (или тока в проводе контрольного ответвления i-го ввода) для диагностируемого автотрансформатора на частотах анализа f=2·10⁶-2·10⁸ Hz. Использованы те же обозначения, что и на фиг.2.

В диагностируемом автотрансформаторе (см. фиг.1) вводы 1, 2, 3, 4, 5 имеют внешнюю фарфоровую изоляцию, внутреннюю масляную изоляцию и твердую целлюлозную изоляцию, нанесенную на поверхность проводящего стержня. Провода индукционных катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ также имеют целлюлозную изоляцию. Масленое наполнение основного бака автотрансформатора T₁ - общее с HB вводами 3, 4, 5 и изолировано от ВВ вводов 1, 2 и от металлического бака Т₂ регулятора напряжения R.

Основными рабочими вводами в данном автотрансформаторе являются ВВ вводы 1, 2 и HB заземленный ввод 3, обеспечивающие ввод однофазного линейного напряжения U_l3=500 kV (вводы 1, 3) и вывод фазы напряжения питания основного потребителя U₂₃=220 kV (вводы 2, 3).

НВ вводы 4, 5 с напряжением между ними U₄₅=11 kV являются вспомогательными, обслуживающими потребности местного потребителя.

При практической реализации предлагаемого способа контроля технического состояния ЭЭО необходимо соблюдать определенную последовательность выполнения процедур и учесть следующие рекомендации.

На первом этапе уточняем наличие в диагностируемом автотрансформаторе контрольных ответвлений у всех вводов напряжений и при отсутствия таковых у конкретных вводов напряжений формируют заказ предприятию-изготовителю на создание контрольных ответвлений от всех вводов напряжений в этом оборудовании для реализации в полном объеме предложенного способа контроля технического состояния ЭЭО.

У типового промышленного образца диагностируемого автотрансформатора отечественного производства имеются встроенные штатные контрольные ответвления у ВВ вводов 1, 2, но отсутствуют таковые у HB вводов 3, 4, 5. При этом коэффициент деления по напряжению у встроенных штатных контрольных ответвлений ВВ вводов 1, 2 составляет величину K_U1,2=10², при требуемом расчетном значении для реализации предлагаемой диагностики K_U1,2calc=10⁶ (максимальное значение напряжения промышленной сети с частотой f_N=50 Hz на входе аппаратного средства, предназначенного для измерения энергетических спектров токов контрольных ответвлений вводов диагностируемого автотрансформатора, не должно превышать величину (U_{N max})_{meas inp}=IV при значении напряжения на ВВ вводе 1 по отношению к заземленному HB вводу 3, равном U₁₃=500 kV).

Проблема может быть решена путем включения в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО на входе измерительного устройства дополнительного НВ емкостного делителя с коэффициентом деления по напряжению K_{U add}=10⁴. Указанное значение коэффициента деления K_{U add} соответствует требуемому расчетному в контрольных ответвлениях HB вводов 3, 4, 5 для заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО и с учетом реального значения коэффициента деления по напряжению у встроенных штатных контрольных ответвлений ВВ вводов 1, 2, равного K_U1,2=10², обеспечит также требуемое расчетное значение коэффициента деления напряжений ВВ вводов 1, 2 на входе измерительного устройства, равное K_U1,2calc=10⁶.

На втором этапе, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, например программу «MATLAB» (или программы «CADGen», «AN-SYS» и прочие), рассчитывают электрические добротности и резонансные частоты

добротных собственных внутренних и внешне-внутренних -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент диагностируемых автотрансформаторов, определяют для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента его оптимальную информативную частотную полосу Δf_Kj (оптимальную с позиций диагностирования дефектности этого элемента) и выбирают необходимый диапазон частот анализа для измерения энергетических спектров токов контрольных ответвлений i-х вводов напряжений диагностируемых автотрансформаторов, обеспечивающий реализацию предлагаемого способа контроля технического состояния ЭЭО.

Внутренние колебательные цепи диагностируемого автотрансформатора, состоящие из основного металлического бака T₁, внутренних частей вводов напряжений h₁₁, h₂₁, h₃₁, h₄₁, h₅₁, отрезков соединительных проводников, индукционных катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ и регулятора напряжения R с его баком Т₂ (см. фиг.1), являются по своему типу экранированными высокочастотными (ВЧ) и сверхвысокочастотными (СВЧ) волноводными или коаксиальными резонаторами и могут обладать достаточно высокими собственными электрическими добротностями, .

Внешне-внутренние колебательные цепи диагностируемого автотрансформатора, включающие в себя наружные части вводов напряжений h₁, h₂, h₃, h₄, h₅, (отрезки двухпроводных линий передачи электромагнитных колебаний) и внутренние ВЧ и СВЧ резонаторы, могут также обладать сравнительно высокими добротностями, .

Отметим, что электрические добротности колебательных цепей типа ВЧ и СВЧ резонаторов на гармониках с m=2, 3, … могут быть столь же высокими, как и на основных (первых) резонансных частотах с m=1.

Влияние добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей проявляется в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений i-х вводов напряжений диагностируемого автотрансформатора (и в спектрах токов i-х вводов напряжений) в виде квазигармонических пиков колебаний [6-8].

Полученные с применением программы «MATLAB» расчетные значения частот основных (первых) резонансов (далее для упрощения записей будем обозначать ) для наиболее добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей диагностируемого автотрансформатора приведены ниже. Одновременно указаны расчетные значения электрических добротностей колебательных цепей (далее для упрощения записей будем обозначать ) на частотах основных (первых) резонансов. При расчетах добротностей учитывались электрические длины колебательных цепей, наличие в них внутренних неоднородностей и условия отражения электромагнитных волн на границах.

Самой низкочастотной и самой высокодобротной внутренней колебательной цепью в диагностируемом автотрансформаторе является ВВ катушка S₁ с емкостными витками C₁ и вверху и внизу катушки, расположенная внутри металлического бака T₁ (см. фиг.1). Рассчитанные значения частоты первого резонанса и электрической добротности для нее на этой частоте составляют

Частоты первых резонансов остальных добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей диагностируемых автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, основной бак трансформатора T₁ и регулятор напряжения R с его баком Т₂, выше частоты , а их добротности на первых резонансных частотах ниже значения .

Рассчитанные значения частот первых резонансов и добротностей на этих частотах для нижней S₁₁* и верхней S₁₁** половинок ВВ катушки S₁, расположенной внутри металлического бака 6, составляют

Рассчитанные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах для колебательных цепей, образованных нижней половинкой S₁₁* катушки S₁, отрезком внутреннего проводника и внешне-внутренними частями A₁d₁, A₁e₁, A₁g₁, ВВ ввода 1, составляют

Рассчитанные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах для колебательных цепей, образованных катушками S₂, S₃, S₄, S₅ с отрезками внутренних проводников , с₅b₅с₄, расположенными внутри металлического бака T₁, и внешне-внутренними частями x₃d₃, х₃е₃, x₃g₃, x₄d₄, х₄е₄, x₄g₄ HB вводов 3, 4 составляют

Прямоугольный основной металлический бак автотрансформатора T₁ представляет собой колебательную цепь с основным резонансом на его высоте H₁ и с рассчитанными значениями первой резонансной частоты и добротности на этой частоте, равными

ВВ регулятор напряжения R делит металлический цилиндрический бак Т₂ по высоте на две неравные части: более протяженную верхнюю - yx и укороченную нижнюю - xz. Рассчитанные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах (резонансы по высотам частей бака) для колебательных цепей, образованных нижней и верхней частями металлического бака Т₂, включающими в себя ВВ регулятор напряжения R, составили

Рассчитанные значения резонансных частот наиболее добротных собственных колебательных цепей диагностируемого автотрансформатора (резонансы на основных тонах и на гармониках этих тонов) показаны на фиг.3. Там же нанесены оптимальные информативные частотные полосы для определения дефектностей основных внутренних конструктивных элементов диагностируемого автотрансформатора Δf_S1, Δf_S2, Δf_S3, Δf_S4, Δf_S5, Δf_T1, Δf_R, включающие в себя компактные серии из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей и резонансных частот добротных собственных колебательных цепей K_j-го конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m.

Из фиг.3 видно, что оптимальные информативные частотные полосы внутренних конструктивных элементов у диагностируемого автотрансформатора занимают частотный диапазон D₃(f)=2·10⁶-2·10⁸ Hz шириной в две декады, расположенный внутри области действия шумов ионизации изоляции с равномерным спектром. При этом максимальное рекомендуемое значение верхней частоты анализа f_max при измерениях энергетических спектров токов контрольных ответвлений вводов автотрансформатора определяется положением высокочастотного края оптимальной информативной частотной полосы Δf_R для регулятора напряжения R с его баком Т₂ и равно f_max≈2·10⁸ Hz.

Минимальное значение рекомендуемой нижней частоты анализа f_min при измерениях энергетических спектров токов контрольных ответвлений вводов диагностируемого автотрансформатора не ограничено, и его выбирают таким образом, чтобы интенсивные регулярные составляющие указанных спектров с частотами промышленной сети f_N=50 Hz и ее высшими гармониками 2f_N, 3f_N, 4f_N,…, не мешали измерениям шумовых фликкерных участков спектров, протяженностью около двух декад изменения частоты анализа.

По полученным нами данным интенсивности указанных регулярных составляющих в энергетических спектрах токов вводов напряжений (и в контрольных ответвлениях этих вводов) в диагностируемом автотрансформаторе превышают уровень фликкерного шума только на частотах f=5·10¹-10⁴ Hz (см. фиг.2). Следовательно, в нашем случае минимальное значение рекомендуемой нижней частоты анализа может составить величину f_min≈10^-1 Hz. При этом в области действия фликкерных шумов ионизации изоляции вне части спектра тока, занятой интенсивными регулярными составляющими с частотой промышленной сети f_N≈50 Hz и ее высшими гармониками, окажутся два частотных диапазона D₁(f)≈10^-1-10¹ Hz и D₂(f)≈10⁴-10⁶ Hz, каждый протяженностью около двух декад изменения частоты анализа f.

На третьем этапе выбирают аппаратное средство, например устройство [9], позволяющее с повышенной достоверностью и чувствительностью измерять энергетические спектры токов контрольных ответвлений вводов диагностируемого автотрансформатора в определенном нами частотном интервале

Отметим, что указанный частотный интервал измерений (7) является минимально необходимым для реализации предложенного способа контроля технического состояния применительно к диагностируемому автотрансформатору, и возможность выполнения спектральных измерений в этом диапазоне зависит, в частности, от параметров выходного индикатора измерительного устройства [9]. В качестве индикатора целесообразно применить персональный компьютер, реализующий быстрое Фурье-преобразование временного процесса в требуемом интервале частот анализа (7).

Требования к селективности индикатора Δf_ind на низкочастотном и высокочастотном краях частотного интервала (7) с учетом характера измеряемого спектра в диапазонах D₁(f) и D₂(f) области действия фликкерных шумов и многочастотного квазигармонического - в диапазоне D₃(f) области действия шумов с равномерным спектром (см. фиг.2) обычные

где Q_{eq max} - максимальное значение эквивалентной добротности отдельного квазигармонического пика колебаний в энергетическом спектре тока контрольного ответвления ввода напряжения ЭЭО. В диагностируемом автотрансформаторе с учетом наложений резонансов колебательных цепей на гармониках Q_{eq max}≈200 (см. [6]).

Подставляя в (8) значения f_min=10^-1 Hz, f_max=200 MHz и Q_{eq max}≈200, получим

Требования (9) вполне приемлемы для индикатора, выполненного на персональном компьютере.

Статистическая погрешность β₁ измерения относительной спектральной плотности шумового тока с помощью устройства [9] в частотном диапазоне D₁(f)≈10^-1-10 Hz, расположенном в области действия фликкерных шумов ионизации изоляции в энергетическом спектре тока контрольного ответвления ввода диагностируемого автотрансформатора (см. фиг.2), при селективности индикатора Δ_{find 1}≈10^-1 Hz и времени усреднения τ₁=15 min, равна

т.е. около 1.0 dB, что допустимо при измерениях шумов.

Статистическая погрешность β₂ измерения относительной спектральной плотности шумового тока с помощью устройства [9] в частотном диапазоне D₂(f)≈10⁴-10⁶ Hz, расположенном также в области действия фликкерных шумов ионизации изоляции в энергетическом спектре тока контрольного ответвления ввода диагностируемого автотрансформатора (см. фиг.2), при селективности индикатора Δf_ind2≈10² Hz и времени усреднения τ₂=1 sec, равна

т.е. менее 1.0 dB, что также вполне приемлемо.

Статистическая погрешность β₃ измерения относительной спектральной плотности тока с помощью устройства [9] в частотном диапазоне D₃(f)≈2·10⁶-2·10⁸ Hz, расположенном внутри области действия шумов с равномерным спектром в энергетическом спектре тока контрольного ответвления ввода диагностируемого автотрансформатора (см. фиг.2, 3), при селективности индикатора Δf_ind3≈5·10⁴ Hz и времени усреднения τ₃=0.02 sec, равна

т.е. менее 0.3 dB, что тоже вполне приемлемо.

На четвертом этапе с помощью аппаратного средства [9] для всех имеющихся в наличии однотипных диагностируемых образцов автотрансформаторов в одинаковых режимах эксплуатации измеряют энергетические спектры токов в контрольных ответвлениях i-х вводов напряжений этих автотрансформаторов в выбранном интервале частот анализа 10^-1 Hz≤f≤2·10⁸ Hz и определяют дефектность по внешним (вводам напряжений) и внутренним конструктивным элементам для каждого l-го образца автотрансформатора, где l=1, 2, …

Для определения дефектностей исследуемых образцов автотрансформаторов по внешним конструктивным элементам (вводам напряжений) фликкерные участки шумов D₁(f) и D₂(f) в энергетическом спектре тока контрольного ответвления для каждого i-го ввода напряжения у каждого l-го образца диагностируемого автотрансформатора аппроксимируют зависимостями вида A_il/f и фиксируют значение спектральной плотности фликкерного шума тока на выбранной частоте анализа f^*, например на средней частоте диапазона D₁ в логарифмическом масштабе, равной f^*=1 Hz, т.е. применительно к i-му вводу напряжения для образца автотрансформатора, энергетический спектр которого на частотах анализа 10^-1 Hz≤f≤2·10⁸ Hz представлен на фиг.2, фиксируют интенсивность фликкерного шума , помеченную жирной квадратной точкой.

Отметим, что фиксируемая интенсивность фликкерного компонента шумов на выбранной частоте f^* на 10 dB и более (эффект зависит от выбранного значения f^* и растет с уменьшением этого значения) превышает таковую, а при приближении к отказу оборудования дополнительно еще и возрастает на 10-20 dB сильнее таковой для компонента шумов ионизации изоляции с равномерным спектром (см. фиг.2). Благодаря этому обстоятельству чувствительность диагностирования дефектностей по вводам напряжений в предлагаемом способе контроля технического состояния ЭЭО будет по минимуму на 10-20 dB выше (величина зависит от выбранного значения f^* и уровня дефектности оборудования), чем в прототипе и в других известных способах-аналогах; при этом повышается также и чувствительность диагностирования полной дефектности контролируемого автотрансформатора.

Затем среди исследованных образцов автотрансформаторов выбирают эталонный по каждому i-му контрольному ответвлению соответствующего ввода напряжения (или, что то же самое, эталонный по каждому i-му вводу напряжения) с минимальным значением фиксированной спектральной плотности фликкерного шума тока на выбранной частоте анализа f^* и разрабатывают критерии для определения дефектностей диагностируемых автотрансформаторов по отдельным i-м вводам напряжений на основании сравнения спектральных плотностей фликкерных шумовых токов в проводах контрольных ответвлений i-х вводов диагностируемых и эталонных образцов оборудования. Эти критерии формируют таким образом, чтобы с учетом имеющихся экспериментальных данных получить не менее трех различимых градаций дефектностей для однотипных образцов диагностируемых автотрансформаторов, например градаций слабая, умеренная и сильная дефектности.

Критерии для определения дефектностей по отдельным вводам напряжений могут быть простыми и общими для различных видов ЭЭО, поскольку известно, что непосредственно перед отказом оборудования интенсивности фликкерных шумов возрастают на 70-80 dB.

Слабая дефектность по вводу напряжения - спектральная плотность фликкерного компонента шумового тока на выбранной частоте анализа f^* в контрольном ответвлении этого ввода у диагностируемого l-го образца оборудования превышает таковую в эталонном образце на величину до 30 dB.

Умеренная дефектность по вводу напряжения - спектральная плотность фликкерного компонента шумового тока на выбранной частоте анализа f^* в контрольном ответвлении этого ввода у диагностируемого l-го образца оборудования превышает таковую в эталонном образце на величину от 30 dB до 60 dB.

Сильная дефектность по вводу напряжения - спектральная плотность фликкерного компонента шумового тока на выбранной частоте анализа f^* в контрольном ответвлении этого ввода у диагностируемого l-го образца оборудования превышает таковую в эталонном образце на величину 60 dB и более. (14)

Далее, используя критерии (14), определяют дефектность каждого из образцов автотрансформаторов по каждому из диагностируемых вводов напряжений в этом образце, т.е. по каждому из внешних конструктивных элементов, и приступают к определению дефектностей исследуемых образцов автотрансформаторов по отдельным K_j-м внутренним конструктивным элементам.

Для определения дефектностей исследуемых образцов автотрансформаторов по отдельным K_j-м внутренним конструктивным элементам в энергетическом спектре тока контрольного ответвления для каждого i-го ввода напряжения у каждого l-го образца диагностируемого автотрансформатора фиксируют максимальные интенсивности пиков квазигармонических колебаний в пределах выделенных оптимальных информативных частотных полос Δf_S1, Δf_S2, Δf_S3, Δf_S4, Δf_S5, Δf_T1, Δf_R в частотном диапазоне D₃(f), т.е. применительно к i-му вводу напряжения для образца автотрансформатора, энергетический спектр которого в частотном диапазоне D₃(f)=2·10⁶-2·10⁸ Hz показан на фиг.3, фиксируют интенсивности следующих пиков колебаний, помеченных жирными круглыми точками:

в оптимальной информативной полосе Δf_S1 для катушки S₁ - интенсивность пика на частоте анализа ;

в оптимальной информативной полосе Δf_S2 для катушки S₂ - интенсивность пика на частоте анализа ;

в оптимальной информативной полосе Δf_S3 для катушки S₃ - интенсивность пика на частоте анализа ;

в оптимальной информативной полосе Δf_S4 для катушки S₄ - интенсивность пика на частоте анализа ;

в оптимальной информативной полосе Δf_S5 для катушки S₅ - интенсивность пика на частоте анализа ;

в оптимальной информативной полосе Δf_T1 для основного бака автотрансформатора T₁ - интенсивность пика H₁ на частоте анализа f_H1=32.0 MHz;

в оптимальной информативной полосе Δf_R для регулятора напряжения R с его баком Т₂ - интенсивность пика R¹ на частоте анализа . (15)

Используя данные (15), полученные по каждому i-му вводу напряжений для каждого l-го образца диагностируемого оборудования, выполняют для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента операцию усреднения по ансамблю диагностируемых вводов фиксированных максимальных интенсивностей пиков колебаний в пределах выделенной оптимальной информативной частотной полосы этого конструктивного элемента Δf_Kj, в энергетических спектрах токов

контрольных ответвлений i-х вводов напряжений.

Затем среди исследованных образцов автотрансформаторов выбирают эталонный по каждому K_j-му внутреннему конструктивному элементу с минимальным средним значением (средним для образца по ансамблю диагностируемых вводов) фиксированных максимальных интенсивностей пиков квазигармонических колебаний в пределах выделенной оптимальной информативной частотной полосы этого конструктивного элемента Δf_Kj в энергетических спектрах токов

контрольных ответвлений i-х вводов напряжений этих автотрансформаторов и разрабатывают критерии для определения дефектностей диагностируемых автотрансформаторов по каждому K_j-му внутреннему конструктивному элементу на основании сравнения указанных средних значений фиксированных интенсивностей пиков квазигармонических колебаний в диагностируемых и эталонных образцах оборудования. Эти критерии формируют, как и предыдущие, таким образом, чтобы с учетом имеющихся экспериментальных данных получить не менее трех различимых градаций дефектностей для однотипных образцов диагностируемых автотрансформаторов, т.е. градаций слабая, умеренная и сильная дефектности.

Критерии для определения дефектностей по отдельным K_j-м внутренним конструктивным элементам могут быть простыми и общими для различных видов ЭЭО, поскольку известно, что непосредственно перед отказом оборудования интенсивности шумов с равномерным спектром, являющихся первоисточником квазигармонических пиков колебаний в частотном диапазоне D₃(f), возрастают на 50-60 dB:

Слабая дефектность по K_j-му внутреннему конструктивному элементу - среднее значение (среднее по ансамблю вводов напряжений) максимальных интенсивностей пиков колебаний в пределах выделенной оптимальной информативной частотной полосы этого конструктивного элемента Δf_Kj в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений вводов напряжений в диагностируемом l-м образце оборудования превышает таковое в эталонном образце на величину до 20 dB.

Умеренная дефектность по K_j-му внутреннему конструктивному элементу - среднее значение (среднее по ансамблю вводов напряжений) максимальных интенсивностей пиков колебаний в пределах выделенной оптимальной информативной частотной полосы этого конструктивного элемента Δf_Kj в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений вводов напряжений в диагностируемом l-м образце оборудования превышает таковое в эталонном образце на величину от 20 до 40 dB.

Сильная дефектность по K_j-му внутреннему конструктивному элементу - среднее значение (среднее по ансамблю вводов напряжений) максимальных интенсивностей пиков колебаний в пределах выделенной оптимальной информативной частотной полосы этого конструктивного элемента Δf_Kj в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений вводов напряжений в диагностируемом l-м образце оборудования превышает таковое в эталонном образце на величину 40 dB и более. (16)

Применяя критерии (16), определяют дефектность каждого из образцов автотрансформаторов по каждому из внутренних конструктивных элементов в этом образце.

Далее приступают к разработке критериев для определения полных дефектностей диагностируемых образцов автотрансформаторов.

Эти критерии следует формулировать таким образом, чтобы с учетом имеющихся экспериментальных данных получить не менее четырех различимых градаций полных дефектностей для однотипных образцов диагностируемого ЭЭО, т.е. градаций слабая, умеренная, сильная и опасная дефектности. При этом полагается, что при обнаружении «опасной» полной дефектности отдельного образца контролируемого оборудования этот образец незамедлительно исключается из эксплуатации и поступает в распоряжение службы ремонта и профилактики.

Критерии для определения полной дефектности оборудования по предварительно определенным дефектностям отдельных внешних (вводов напряжений) и внутренних конструктивных элементов, как и предыдущие критерии (14), (16), могут быть простыми и общими для различных видов ЭЭО:

Слабая полная дефектность оборудования соответствует слабым дефектностям по всем диагностированным внешним (вводам напряжений) и внутренним конструктивным элементам в этом оборудовании.

Умеренная полная дефектность оборудования соответствует умеренной дефектности любого количества из общего числа диагностированных внешних (вводов напряжений) и внутренних конструктивных элементов при слабых дефектностях по остальным диагностированным элементам в этом оборудовании.

Сильная полная дефектность оборудования соответствует сильной дефектности не более половины от общего числа диагностированных внешних (вводов напряжений) и внутренних конструктивных элементов при слабых и(или) умеренных дефектностях по остальным диагностированным элементам в этом оборудовании.

Опасная полная дефектность оборудования соответствует сильной дефектности более половины от общего числа диагностированных внешних (вводов напряжений) и внутренних конструктивных элементов при слабых и(или) умеренных дефектностях по остальным диагностированным элементам в этом оборудовании. (17)

Выше рекомендовалось диагностировать в исследуемом силовом BB автотрасформаторе 12 его основных конструктивных элементов:

- 5 внешних элементов (5 вводов напряжений);

- 7 внутренних элементов (5 индукционных катушек, регулятор напряжения с его металлическим баком и основной металлический корпус оборудования).

Применительно к такому набору основных диагностируемых элементов критерии для определения полных дефектностей рассматриваемых автотрансформаторов можно конкретизировать:

Слабая полная дефектность автотрансформатора соответствует слабым дефектностям по всем 12-ти его основным диагностированным конструктивным элементам.

Умеренная полная дефектность автотрансформатора соответствует умеренной дефектности по 1-му и более его основным диагностированным конструктивным элементам при слабых дефектностях по остальным элементам.

Сильная полная дефектность автотрансформатора соответствует сильной дефектности по 1-6 из его основных диагностированных конструктивных элементов при слабых и (или) умеренных дефектностях по остальным элементам.

Опасная полная дефектность автотрансформатора соответствует сильной дефектности по 7-ми и более его основным конструктивным элементам при слабых и (или) умеренных дефектностях по остальным элементам. (18).

Заключения о полной дефектности конкретного диагностируемого образца автотрансформатора формируют в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО, используя критерии (18) и результаты выполнения описанных выше процедур определения дефектностей по отдельным основным внешним и внутренним конструктивным элементам этого образца.

Следует обратить внимание, что в отдельных случаях диагностирования дефектностей рассматриваемых автотрансформаторов с применением заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО предложенный выше набор основных диагностируемых элементов может быть дополнен еще и другими конструктивными элементами, например отрезками внутренних соединительных проводников A₂b₂, x₅c₅b₅ и прочими, образующими вместе с основным металлическим корпусом оборудования самостоятельные колебательные цепи со своими резонансными частотами. Однако вероятность пробоя изоляции указанных проводников, как правило, ниже вероятности пробоя изоляции во вводе напряжения и вероятности межветкового пробоя изоляции в индукционной катушке. Стоит опасаться скорее искрений зажимных контактов в точках присоединений указанных выше соединительных проводников, вероятность появления которых тоже ниже, чем таковая для искрений прижимных контактов в ВВ регуляторе напряжения R.

Отметим также, что благодаря сравнению с эталоном (эталонами) сформулированные в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО критерии для определения дефектностей по отдельным внешним и внутренним конструктивным элементам (14), (16) и критерии для определения полных дефектностей конкретных образцов оборудования (17, 18) проявляют такую же слабую чувствительность к воздействию паразитных сторонних излучений, как и в способе-прототипе (где определяют дефектности только внешних конструктивных элементов и на их основе устанавливают полную дефектность диагностируемого оборудования).

Следовательно, достоинства прототипа сохранены и умножены в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО.

Приведенный пример реализации заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО убедительно показывает преимущества этого способа в сравнении с прототипом и другими способами-аналогами.

Применение заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО позволяет существенно повысить чувствительность, глубину и надежность диагностирования дефектности такого оборудования.

Источники информации

1. Ван дер Зил А. Шум (источники, описание, измерения). Пер. с англ. под ред. А.К.Нарышкина, Москва, Сов. Радио, 1973.

2. Бржезинский А.А., Лосев В.Л., Ри Бак Сон. Неразрушающий контроль и диагностика устройств электроники по фликкер-шуму. Материалы школы-семинара ВНТОРЭС, Владивосток, ДВО АН СССР, 1990.

3. Бржезинский А.А., Лосев В.Л., Ри Бак Сон. Диагностика электронных и биологических систем по фликкер-шуму. Сборник трудов 10-й сессии Российского Акустического общества, секция Шумы и вибрации, т.3, Москва, РАЕН, 2000 (стр.131-134).

4. Глухов О.А. и др. Методика оценки параметров частичных разрядов в высоковольтной изоляции при относительных измерениях их импульсных электромагнитных полей. Труды 4-го Международного симпозиума по электромагнитной совместимости, С.-Петербург, 2001 (стр.30-35).

5. Патент RU 2311652 C1, опубликован 27.11.2007 - прототип.

6. Klokov V., Losev V., Popovich A., Silin N. Diagnostics of power electric equipment according to its parasite electromagnetic radiation. Proc. of the 8-th Internat. Symp. on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology. S.Petersburg, June 16-19, 2009 (p.33-35).

7. Klokov V., Losev V., Popovich A., Silin N. Emitting model of the power electric equipment. Proc. of the 8-th Internat. Symp. on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology. S.Petersburg, June 16-19, 2009 (p.36-38).

8. Dima M., Losev V. Generating electromagnetic fluctuations by electric condenser. Proc. of the 8-th Internat. Symp. on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology. S.Petersburg, June 16-19, 2009 (p.39-40).

9. A.C. SU 1255954 A1, опубликовано 07.09.1986, Бюл. №33.

Изобретение относится к способам шумовой диагностики электроэнергетического оборудования (ЭЭО) и предназначено для построения промышленных информационно-измерительных комплексов контроля технического состояния такого оборудования. Технический результат: повышение чувствительности, глубины и надежности диагностирования дефектности. Сущность: полную дефектность оборудования, находящегося под напряжением, определяют на основании полученных данных о дефектностях отдельных конструктивных элементов, расположенных снаружи и внутри металлического корпуса этого оборудования. Дефектность конкретного конструктивного элемента, внешнего (ввода напряжения) или внутреннего (регулятора напряжения, индукционной катушки, металлического корпуса оборудования и пр.) определяют на основании сравнения измеренных в эквивалентных условиях спектральных плотностей токов в проводах контрольных ответвлений соответствующих вводов напряжений для однотипного диагностируемого и эталонного оборудования на выбранных частотах, определяемых расчетно-экспериментальным путем. 3 ил.

Способ контроля технического состояния электроэнергетического оборудования, в котором полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют с учетом полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании, отличающийся тем, что в нем дефектность по отдельному i-му вводу напряжения диагностируемого оборудования, где i=1, 2, … - порядковый номер ввода напряжения, определяют на основании сравнения измеренных в эквивалентных условиях спектральных плотностей фликкерных компонентов шумов ионизации изоляции вида A_i/f в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений i-х вводов напряжений для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, где A_i - коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния изоляции образца оборудования, f - частота анализа, затем, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают электрические добротности и резонансные частоты добротных собственных -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й конструктивный элемент диагностируемого оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где K=R, S, Т, … - условное обозначение типа внутреннего конструктивного элемента оборудования (R - регулятор напряжения или регулятор тока, S - индукционная катушка, Т - металлический бак регулятора напряжения, регулятора тока или металлический корпус оборудования и пр.), входящего в добротную -ю собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей, выделяют в измеренных в эквивалентных условиях энергетических спектрах токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента его оптимальную информативную частотную полосу включающую в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей и резонансных частот добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, фиксируют максимальные интенсивности квазигармонических пиков колебаний в оптимальной информативной частотной полосе для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений у однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента диагностируемого оборудования на основании сравнения усредненных по ансамблю вводов фиксированных максимальных интенсивностей вышеуказанных пиков колебаний в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, а при определении полной дефектности диагностируемого оборудования учитывают, помимо данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений, еще и данные о дефектности каждого из конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус.