СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ИМПУЛЬСНОГО КОНДЕНСАТОРА Российский патент 2023 года по МПК G01R31/64 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проверки, аттестации входного, пооперационного и выходного контроля конденсаторов в организациях и предприятиях, занимающихся разработкой и эксплуатацией высоковольтных импульсных конденсаторов.

Одним из путей повышения работоспособности высоковольтных импульсных конденсаторов является отбраковка потенциально ненадежных изделий при приемо-сдаточных испытаниях.

Из области техники известен способ диагностики высоковольтных вводов маслонаполненного оборудования, описанный в системе диагностики высоковольтных вводов маслонаполненного оборудования [патент RU №75055, МПК G01R 31/00, G01N 30/00, опуб. 20.07.2008 г.]. Способ заключается в том, что производят отбор пробы трансформаторного масла, посредством хроматографического анализа определяют концентрации растворенных в пробе трансформаторного масла газов. В результате обработки данных хроматографического анализа формируют вектор измеренных концентраций, координатами которого служат величины концентраций указанных семи газов. Затем вводят значения пяти характеристик диагностируемого маслонаполненного высоковольтного ввода, из которого взята анализируемая проба масла, а именно: класс напряжения высоковольтного ввода, временной диапазон срока эксплуатации высоковольтного ввода, тип зашиты масла, марка масла и назначение высоковольтного ввода. Осуществляют покоординатное сравнение с выбранным вектором граничных концентраций ранее сформированного вектора измеренных концентраций.

В качестве результата диагностики по сигналу, несущему информацию о наиболее вероятном дефекте или, в сложных случаях, о двух таких дефектах, определяют развивающийся дефект (например, «слабое искрение», «сильное искрение», «частичные разряды», «нагрев», «тепловой пробой», «образование х-воска» и т.д.).

Такая диагностика предназначена для определения технического состояния высоковольтных вводов маслонаполненного оборудования, а именно наличие дефектов, и осуществляется периодически в процессе эксплуатации оборудования, но не дает возможности оценить остаточный ресурс диагностируемого высоковольтного устройства.

Из области техники также известно, что высоковольтные импульсные конденсаторы испытывают импульсами повышенного постоянного напряжения циклами «заряд-разряд». Цель этих испытаний -проверить и подтвердить рассчитанный такой параметр как ресурс высоковольтного импульсного конденсатора при разработке и изготовлении, который может не соответствовать ресурсу, заявленному при изготовлении конденсатора, вследствие возможного нарушения технологических процессов его производства или использования некачественных материалов. При этом критерием отбраковки конденсаторов является пробой секции, обнаруживаемый по факту изменения емкости. Однако, как показывает опыт, этот метод не обеспечивает достаточно надежного контроля состояния изоляции конденсатора.

Известен выбранный в качестве прототипа способ контроля качества высоковольтных конденсаторов [патент RU №2028637, МПК G01R 31/02, опуб. 09.02.1995 г.], заключающийся в том, что осуществляют воздействие на контролируемый конденсатор, по результатам которого оценивают его техническое состояние. В качестве воздействия в прототипе применяют рабочее напряжение заданной величины, возникающее в процессе зарядки контролируемого конденсатора заданным током. При данном напряжении контролируемый конденсатор выдерживают требуемое время, увеличивая его до заданной величины, а о качестве контролируемого конденсатора судят по появлению частичных разрядов в периодическом колебательном режиме указанного конденсатора.

Недостатком известного способа является относительно низкая достоверность результатов оценки, связанная с тем, что при измерении частичных разрядов на конденсаторы могут влиять параметры электрической цепи, в которую подключен конденсатор. Частичные разряды могут появляться не только в изоляции конденсатора, но и в изоляции электрической цепи измерения, что снижает достоверность показателей при оценке ресурса высоковольтного импульсного конденсатора. Кроме того подтвердить такой параметр, как рассчитанный ресурс высоковольтного конденсатора, затруднительно.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение достоверности диагностики высоковольтного конденсатора, позволяющее на ранней стадии выявлять изменения его технического состояния и прогнозировать его ресурс и выход из строя в процессе эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что способ диагностики высоковольтного импульсного конденсатора, заключающийся в том, что на контролируемый конденсатор осуществляют воздействие, по результатам которого оценивают его техническое состояние, согласно изобретению в качестве воздействия применяют импульсное воздействие рабочим напряжением с последующим после каждого цикла импульсов отбором пробы масла конденсатора и соответствующим определением посредством хроматографического анализа текущих значений концентраций растворенных в пробе масла газов, а об остаточном ресурсе контролируемого конденсатора судят по результатам сравнения текущих значений концентраций растворенных в пробе масла газов с полученными ранее значениями концентраций растворенных в пробе масла газов у контрольных образцов конденсаторов, подверженных импульсному воздействию рабочим напряжением до появления пробоя, при этом при текущих значениях концентраций растворенных в пробе масла газов, не превышающих эталонный уровень ни по одному из газов, подтверждают рассчитанный ресурс контролируемого конденсатора, а при наличии значений, превышающих эталонный уровень хотя бы по одному из газов, бракуют.

Применение, в отличие от прототипа, импульсного воздействия не вызывает повышенного образования частичных разрядов, а также возможного развития критических частичных разрядов, которые могут привести к ускоренному и неконтролируемому старению твердой изоляции. А также не приводит к резкому и неконтролируемому сокращению ресурса контролируемого конденсатора и позволяет процессу старения изоляции происходить в нормальном режиме, как при обычной ресурсной работе конденсатора, что дает возможность повысить достоверность диагностики импульсного конденсатора. Кроме того распределение газов по объекту конденсатора при импульсных воздействиях происходит практически без задержки по времени. Благодаря этому становится возможным оперативный контроль состояния конденсатора, позволяющего на ранней стадии выявлять изменения его технического состояния.

Сравнение текущих значений концентраций растворенных в пробе масла газов с полученными ранее значениями концентраций растворенных в пробе масла газов у контрольных образцов, подверженных импульсному воздействию рабочим напряжением до появления пробоя, позволяет оценить с высокой долей вероятности количество заряд-разрядных импульсов, оставшихся до появления пробоя, т.е. достоверно оценить остаточный ресурс контролируемого конденсатора и выход его из строя в процессе эксплуатации, а именно возможность продолжения и допустимое время его эксплуатации: при условии если текущие значения концентраций газов не превышают эталонный уровень ни по одному из газов, то подтверждают рассчитанный ресурс контролируемого конденсатора, а если превышает уровень хотя бы по одному из газов - то бракуют.

Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия повышения достоверности диагностики (результатов оценки ресурса) высоковольтного импульсного конденсатора, позволяющая на ранней стадии выявлять изменения технического состояния и прогнозировать его ресурс и выход из строя в процессе эксплуатации.

Кроме того, для наглядности контроля сравнение результатов осуществляют по построенному для контрольных образцов эталонному графику зависимости концентраций растворенных в пробе масла газов, выделившихся в результате импульсного воздействия, от количества поданных импульсов «заряд-разряд».

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Способ осуществляется следующим образом.

Основная задача испытаний состоит в том, чтобы правильно и достоверно подтвердить рассчитанный (предполагаемый) ресурс контролируемого импульсного конденсатора или отбраковать его как дефектный. В качестве критерия оценки остаточного ресурса изготовленного конденсатора принимают содержащиеся в пробе касторового масла конденсатора концентрации газообразных продуктов разложения изоляции конденсатора. Предварительно изготавливают эталонную партию импульсных конденсаторов с заданными параметрами.

На конденсаторы из эталонной партии подают циклы импульсов «заряд-разряд» рабочим напряжением до появления пробоя. О наступлении пробоя судят по показаниям измерительных приборов, по внутренним и внешним электрическим разрядам, механическим повреждениям корпуса, а также по изменению емкости конденсаторов после испытаний напряжением.

Между циклами и по окончанию подачи импульсов производят отбор проб касторового масла конденсатора (как основной изоляционной жидкости, применяемой в импульсном конденсаторостоении) и выполняют хроматографический анализ пробы масла для определения концентраций газов (азота, кислорода, углекислого газа, угарного газа, водорода, метана, ацетилена, этилена и этана), выделившихся вследствие появления частичных разрядов после импульсного воздействия. По результатам хроматографического анализа и импульсных воздействий строят эталонный график зависимости концентраций растворенных в пробе масла газов, выделившихся в результате импульсного воздействия, от количества поданных импульсов «заряд-разряд». Контролируемый конденсатор подвергают также импульсному воздействию «заряд-разряд». После подачи импульсов производят отбор проб касторового масла и выполняют хроматографический анализ. В результате полученные значения концентраций газов контролируемого конденсатора сравнивают с эталонным графиком зависимости и оценивают его техническое состояние. Если текущие значения концентраций газов не превышают эталонный уровень ни по одному из газов, то подтверждают рассчитанный ресурс контролируемого конденсатора, а если превышает уровень хотя бы по одному из газов - то бракуют.

На предприятии для оценки остаточного ресурса формирующей линии были проведены на высоковольтном стенде ИВИС-50ФЛ ресурсные испытания, выполненные в соответствии с заявляемым изобретением. Достоверность диагностики, позволяющая на ранней стадии выявлять изменения технического состояния и прогнозировать выход из строя в процессе эксплуатации формирующей линии, была подтверждена. Проведенные испытания показали, что предложенный способ диагностики, основанный на хроматографическом анализе газообразных продуктов разложения изоляции конденсаторов, позволяет выявить на ранней стадии изменения технического состояния контролируемых конденсаторов, прогнозировать ресурс и выход их из строя в процессе эксплуатации, выявить потенциально «ненадежные» изделия и тем самым гарантировать высокие показатели надежности конденсаторов в процессе эксплуатации.

Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявляемый способ при его осуществлении, относится к электротехнике, и может быть использовано для проверки, аттестации, входного и выходного контроля конденсаторов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для обеспечения повышения достоверности диагностики высоковольтного импульсного конденсатора, позволяющее на ранней стадии выявлять изменения его технического состояния и прогнозировать ресурс и выход его из строя в процессе эксплуатации;

- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам диагностики технического состояния высоковольтных конденсаторов в условиях эксплуатации. Сущность: на контролируемый конденсатор осуществляют импульсное воздействие рабочим напряжением с последующим после каждого цикла импульсов отбором пробы масла конденсатора и определением посредством хроматографического анализа текущих значений концентраций растворенных в пробе масла газов. Об остаточном ресурсе конденсатора судят по результатам сравнения текущих значений концентраций растворенных в пробе масла газов с полученными ранее значениями концентраций растворенных в пробе масла газов у контрольных образцов конденсаторов, подверженных импульсному воздействию рабочим напряжением до появления пробоя. При текущих значениях концентраций растворенных в пробе масла газов, не превышающих эталонный уровень ни по одному из газов, подтверждают рассчитанный ресурс контролируемого конденсатора. При наличии значений, превышающих эталонный уровень хотя бы по одному из газов, бракуют. Технический результат: повышение достоверности диагностики высоковольтного импульсного конденсатора. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ диагностики высоковольтного импульсного конденсатора, заключающийся в том, что осуществляют воздействие на контролируемый конденсатор, по результатам которого оценивают его техническое состояние, отличающийся тем, что в качестве воздействия применяют импульсное воздействие рабочим напряжением с последующим после каждого цикла импульсов отбором пробы масла конденсатора и соответствующим определением посредством хроматографического анализа текущих значений концентраций растворенных в пробе масла газов, а об остаточном ресурсе контролируемого конденсатора судят по результатам сравнения текущих значений концентраций растворенных в пробе масла газов с полученными ранее значениями концентраций растворенных в пробе масла газов у контрольных образцов конденсаторов, подверженных импульсному воздействию рабочим напряжением до появления пробоя, при этом при текущих значениях концентраций растворенных в пробе масла газов, не превышающих эталонный уровень ни по одному из газов, подтверждают рассчитанный ресурс контролируемого конденсатора, а при наличии значений, превышающих эталонный уровень хотя бы по одному из газов, бракуют.

2. Способ диагностики высоковольтного импульсного конденсатора по п. 1, отличающийся тем, что сравнение результатов осуществляют по построенному для контрольных образцов эталонному графику зависимости концентраций растворенных в пробе масла газов, выделившихся в результате импульсного воздействия, от количества поданных импульсов «заряд-разряд».