logo logo

Тепловизионная диагностика подстанций

Для электрических подстанций требуется диагностический подход к обслуживанию, поскольку отказ оборудования может быть дорогостоящим как для энергоснабжающей организации, так и для конечных пользователей в плане потери продукции и выручки, приводя к снижению доходов предприятий энергоснабжения в результате ненадежного обслуживания.
Так как перегрев, как и аномально низкие рабочие температуры, может указывать на ухудшение состояния электрических компонентов, тепловизоры способны предоставить возможности диагностики, необходимые для обслуживания подстанций и распределительных устройств.
В отраслях, специализирующихся на генерации и распределении энергии, термин «подстанция» используется во многих значениях. Подстанциями называют различные наружные установки, от трансформаторных подстанций на электростанциях до оборудования коммунальных или промышленных предприятий, распределяющего или изменяющего напряжение, частоту или другие характеристики электроэнергии, поступающей на входе.
Диагностическое обслуживание, основанное на прогнозировании, помогает обеспечить качество электроэнергии для конечного пользователя, повышая надежность работы подстанций. Диагностическое обслуживание обеспечивает повышение надежности посредством контроля состояния оборудования во времени с целью выявления состояния, указывающего на приближающийся отказ. Цель – определить, требуется ли корректирующее действие, и если да, то выполнить это действие до возникновения отказа оборудования.
К инструментам для контроля состояния оборудования подстанций относятся переносные тепловизоры Fluke (рис. 1).
Тепловизионная диагностика подстанций
Рис. 1. Современные тепловизоры легко использовать, они имеют превосходное качество изображения и являются гораздо более прочными и надежными по сравнению с ранее выпущенными старыми моделями. Менее заметные на первый взгляд особенности, такие, как возможность работать одной рукой или возможность использовать защитные перчатки для соблюдения требований безопасности, либо возможность работы в тяжелых погодных условиях, могут оказать значительное влияние на выбор модели.
Тепловизоры позволяют получить двумерное изображение поверхностных температур электрических компонентов и других объектов (рис. 2).
Провода от линии электропередачи - термограмма и фото
Рис. 2. Провода от линии электропередачи к трансформаторной подстанции. Следует заметить, что измерения можно выполнять непосредственно на видимом изображении, поскольку в программном обеспечении оба изображения совмещаются идеально.

Тепловизоры поддерживают функцию IR- Fusion® (рис. 3, 5) – технологию, объединяющую изображение в видимом свете с ИК-изображением для улучшения идентификации, анализа и управления изображением. Два изображения точно совмещаются на любом расстоянии, повышая детализацию и упрощая обнаружение проблем.
Дефектное соединение на одной из фаз
Рис. 5. Дефектное соединение на одной из фаз имеет перегрев 44,4 °С. Следует обратить внимание, что на данном изображении ИК изображение частично прозрачное (наложение 75%), что позволяет оператору ясно видеть компоненты с более низкими температурами.
Рис. 3. Дефектные соединения на фазах A и B. На данном изображении была установлена цветовая сигнализация для температур выше 50 °С, поэтому на видимом изображении отображаются только температуры выше установленного порога. Данная новая функция делает обследование более простым и надежным для операторов, имеющих небольшой опыт.
Перегревы в месте подключения разъединителя
Рис. 4. Перегревы в месте подключения разъединителя и в месте соединения ножей. На видимом изображении прямоугольник обозначает участок, который охватывает инфракрасное изображение (кадр в кадре). Для облегчения идентификации инфракрасное изображение можно наложить на видимое с изменением прозрачности от 0 до 100%.

Что и когда проверять?

Подробное описание обслуживания подстанций и связанных узлов распределяющих устройств см. в стандарте NFPA Standard 70B, «Рекомендуемая практика обслуживания электрооборудования», глава 8: «Подстанции и узлы распределяющих устройств». Данный стандарт объясняет, что при преобразовании первичной электроэнергии подстанции, помимо изменения напряжения, могут обеспечивать защиту электрической системы, измерение корректировки коэффициента мощности и распределение электроэнергии (рис. 6). Подстанции и распределяющие устройства работают при высоких напряжениях. Стандарт NFPA Standard 70E содержит дополнительные указания по технике безопасности и используемым средствам индивидуальной защиты, необходимым во время проведения обследования подстанций. Специалисты по тепловизионному контролю, помимо другого оборудования, обычно проверяют трансформаторы, регуляторы, переключатели, устройства отключения и конденсаторы.
контроль на подстанции
Рис. 6. Для проверки и измерения величины коэффициента мощности, переходных процессов, просадок напряжения, гармоник и других параметров качества электроэнергии, которые могут привести к серьезным повреждениям трансформаторов, а так же другого оборудования, важно контролировать параметры качества электроэнергии с использованием измерительных приборов в соответствии с требованиями международных стандартов, например, IEC 61000-4-30.
Важным фактором при проведении тепловизионного обследования оборудования подстанции является время суток. Показания, снятые тихим ранним утром, позволяют избежать влияния отраженного солнечного излучения и ветра, которые способны исказить показания температуры. Влияние ветра на температуры нагретых дефектных компонентов может быть значительным, и необходимо избегать проведения обследований при скорости ветра более 8 м/с. Однако самым важным фактором, влияющим на перегрев компонента, является нагрузка. Но в предрассветные часы нагрузки обычно ниже, и проблемы сложнее обнаружить. Чем больше нагрузка, тем проще обнаружить перегревы, а проведение обследований при нагрузках ниже 40% не рекомендуется.
Дефекты изоляторов разрядников
Рис. 7. Дефекты изоляторов разрядников, проявляющиеся за счет тока утечки на землю. В подобных случаях даже незначительные разности температур величиной 3-5 °С уже могут указывать на наличие серьезных проблем с изоляцией разрядника от земли, что влияет на его работу и на безопасность всей подстанции.
Обучение и опыт специалиста также способны оказать влияние при выполнении тепловизионных обследований на улице.

Что искать?

Шины и разъединители в подстанции в помещении имеют перегревы
Рис. 8. Шины и разъединители в подстанции в помещении имеют перегревы в местах соединения шин. Разъединители справа имеют перегрев на фазе B, однако при последующем ремонте не обходимо все фазы. Иногда фазы с низкой температурой «исправляются», после чего невозможно разорвать контакт.

Следуя полному перечню оборудования подстанции, нужно просканировать каждый метр подстанции, сохраняя изображения всех возможных аномалий. Особое внимание следует обратить на похожие элементы оборудования с аналогичными нагрузками, рабочая температура которых по результатам обследования отличается.
При обследовании подстанций обычно начинают с проводников от линий электроснабжения, а затем продолжают обследование компонентов на той же фазе до трансформатора (рис. 3, 4, 5), не забывая проверять критически важные для безопасности подстанции элементы, такие, как грозовые разрядники (рис. 7). А заканчивают компонентами в помещении, такими, как шины, разъединители, кабельные соединения и т.д. (рис. 8).
Хороший термогафический подход к обслуживанию подстанции состоит в создании маршрутов обследования, включающих все подстанции, принадлежащие организации. Следует сохранить на компьютере термограммы всего оборудования подстанции и отслеживать динамику измерений температуры во времени. Это позволяет получить опорные изображения, с которыми будут сравниваться последующие данные. Такой подход поможет определить, отличаются ли уровни температуры от обычных, а после выполнения корректирующих действий определить, было ли обслуживание успешным.

Что такое аварийный дефект?

Состояние оборудования, представляющее угрозу безопасности, должно получать максимальный приоритет с точки зрения ремонта. Кроме того, в указаниях NETA (InterNational Electrical Testing Association, Международная электротехническая ассоциация) говорится, что, когда разница температур (ДТ) между аналогичными элементами при аналогичных нагрузках превышает 15 °C, незамедлительно должен быть выполнен ремонт. NETA также рекомендует аналогичные действия в случае превышения показателем ДТ, разности температуры элемента и окружающего воздуха, 40 °C.
Исходя из этих соображений, один из способов классификации задач обслуживания и выбора оборудования, требующего немедленного ремонта, – это выполнение для оборудования подстанции контроля превышения температуры на заданное количество градусов над заданными опорными значениями. Технически грамотный
персонал, отвечающий за безопасность и обслуживание, может определить соответствующие пороги в диапазоне от «продолжить контроль» до «исправить немедленно» наряду с другими, промежуточными уровнями действий, например «запланировать обслуживание» или «отремонтировать как можно быстрее».
Данный подход может быть еще успешнее, если при выборе опорных значений учитывать различия между обследованиями видимых элементов (например, контактов металл-металл распределительного оборудования) и невидимыми участками (например, внутренними элементами трансформаторов), где тепло рассеивается или скрыто от прямого взгляда специалиста и тепловизора. При сканировании невидимых участков фактическая рабочая температура будет заметно превышать показания тепловизора, поэтому пороги, сообщающие о необходимости выполнения корректирующих действий, должны быть намного ниже. Кроме того, следует контролировать как аномально горячие, так и аномально холодные элементы (рис. 9)

Какова возможная стоимость отказа?

Расходы, связанные с отказавшей электрической подстанцией, зависят от многих факторов, включая количество и типы потребителей, которых затронет авария. Согласно данным источника в сети Интернет*, средняя почасовая стоимость простоя по всем отраслям оценивается приблизительно в 950 000 долл.

*Стратегии измерения и управления ИТ-производительностью: количественное определение показателей и потерь, Meta Group, октябрь 2000; Fibre Channel Industry Association, информация с веб-сайта «Association of Contingency Planners, Washington State Chapter»: www. acp-wa-state.org.
уровни и циркуляцию масла в трансформаторах - термограмма
Рис. 9. С помощью термографии так же можно проверить уровни и циркуляцию масла в трансформаторах. Проверяйте все системы охлаждения, чтобы обеспечить правильную работу. На данном изображении можно увидеть засорение охлаждающих трубок. При повышении температуры оборудования, перегрев может быстро привести к выходу из строя.

Контроль исполнения

В случае обнаружения проблемы с помощью тепловизора Fluke, необходимо использовать входящее в комплект программное SmartView обеспечение для документирования полученных данных в виде отчета, включающего цифровое изображение оборудования в видимом свете и соответствующее ИК-изображение. Это оптимальный способ сообщить о любых обнаруженных проблемах и предложить способы их исправления. После исправляющего действия, чтобы оценить эффективность ремонта, а также используемые материалы и методы, можно использовать новое ИК-изображение. Полученные сведения позволят улучшить программу обслуживания подстанций.

Метки материала: ,

Похожие материалы:

bottom