Опыт применения акустико-эмиссионного метода и прибора ПАК-3М в филиале ОАО «МРСК Центра - Тамбовэнерго»

Анализ состояния дел по диагностике в филиале ОАО «МРСК Центра Тамбовэнерго» и современные средства и методы контроля оборудования

С. И. Чичёв, канд. техн. наук, вед. инженер, Филиал ОАО “МРСК Центра” - “Тамбовэнерго”

Согласно технической политике, определённой и осуществляемой ОАО “Межрегиональная распределительная сетевая компания Центра” до 2015 г. в филиале ОАО “МРСК Центра — Тамбовэнерго”, автором проведён анализ состояния дел по диагностике электрооборудования распределительного электросетевого комплекса (РЭК) 0,4—110 кВ. Приведём результаты анализа по четырём разделам.

Структура координации деятельности, функции и задачи подразделений, состав специалистов по диагностике. Деятельность по диагностике в РСК “Тамбовэнерго” организована по вертикальной цепочке: служба технической эксплуатации РСК — лаборатория СТЭ — службы изоляции и защиты перенапряжений — службы подстанций — службы линий электропередач — районы электрических сетей.

Функции служб и РЭС в части диагностики оборудования определены следующим образом: лаборатория службы технической эксплуатации (СТЭ осуществляет координацию служб изоляции и перенапряжений (СИЗП), подстанций (СПС), линий электропередач (СЛЭП) и районов электрических сетей (РЭС) в производственных отделениях электрических сетей (ПОЭС) в части диагностических проверок, а также хроматографический и химический анализ трансформаторных масел;

• служба ИЗП проводит высоковольтные испытания силового оборудования подстанций 35, 110 кВ и трансформаторного масла, измерения заземляющих устройств, тепловизионный контроль и отыскание мест повреждений оборудования кабельных линий и др.;
• служба ПС осуществляет измерение скоростных, временных характеристик и хода подвижных частей, одновременность замыкания и размыкания контактов выключателей, проверку опорно-стержневой изоляции и др.;
• служба ЛЭП проводит проверки, измерения на линиях электропередачи 35 и 110 кВ, согласно перечню работ и техобслуживанию ЛЭП;
• РЭС проводит проверки, измерения на ЛЭП и КТП 0,4—10 кВ, согласно перечню работ и техобслуживанию оборудования распредсетей.

Персонал лаборатории и служб ИЗП в производственных отделениях электрических сетей РСК “Тамбовэнерго” насчитывает 31 человек, а парк основных приборов по диагностике и измерениям в РСК составляет 511 единиц.

Оснащённость измерительными приборами, их состав и техническое состояние в производственных отделениях электрических сетей (ПОЭС). Анализ наличия приборов контроля и диагностики по подразделениям показал, что 57 % (более половины) приборов (как правило, несложных) находится на балансе в районах электрических сетей ПОЭС, 32 % приборов - в службах ИЗП (наиболее сложные), 9 и 2 % - соответственно в службах ПС и ЛЭП.

Большая часть приборов (259 шт.) находится на балансе в РЭС - это несложные измерительные средства, такие как измерители сопротивлений цепи “фаза—ноль”, тестеры, мегаомметры, токоизмерительньие клещи и приборы измерения расстояний.

Оценка технического состояния приборов с целью определения возможности дальнейшей их эксплуатации проведена по четырём периодам выпуска изделий: до 1980 г.; с 1980 по 1990 гг.; с 1990 по 2000 гг.; после 2000 г. Определено, что только 40 % приборов (214 шт.) выпущено после 2000 г., поэтому парк приборов требует обновления.

Основной парк контролируемого силового оборудования в РСК “Тамбовэнерго”. Диагностируется оборудование классов напряжения 110, 35 и 10 кВ. Отметим, что 45 единиц оборудования 35 и 110 кВ по различным эксплуатационным характеристикам находится в “зоне риска”, а значит, по методикам требуют учащённого контроля.

Современные средства, приборы и методы контроля и диагностики оборудования, применяемые в электросетевом комплексе 0,4—410 кВ. Согласно “Положению о технической политике в распределительном электросетевом комплексе”, в период до 2015 г. в сетях РСК “Тамбовэнерго” необходимо осуществлять следующие мероприятия по диагностике основного оборудования подстанций:

• внедрение неразрушающих методов контроля;
• применение средств диагностики и мониторинга основного оборудования, обеспечивающих достоверность информации о состоянии оборудования;
• диагностику состояния оборудования и мониторинг преимущественно без отключения напряжения;
• внедрение единых информационно-диагностических систем для получения оперативного доступа к информации о техническом состоянии оборудования.

Вместе с тем, как показала практика, каждый вышеперечисленный пункт Положения требует некоторого пояснения применительно к региональным сетевым компаниям:

• внедрение неразрушающих методов контроля осуществимо практически для каждого производственного отделения электрических сетей в РСК, так как требует приобретения относительно недорогих мобильных средств диагностики электрооборудования различными способами: акустическими, тепловизионными, безразборного контроля и др.;
• особое внимание необходимо уделять опытным образцам средств и приборов для РСК, которые отдельные фирмы-производители характеризуют положительно (что не всегда подтверждается на практике). Так, в результате опытной эксплуатации акустического прибора по диагностике опорно-стержневой изоляции “МИК-1” производства НПО “Логотех” в РСК “Ярэнерго” выявлены факты недостоверных сведений о состоянии оборудования, диагностируемого данным прибором, в связи с чем применение данного прибора для целей диагностики в сетевых компаниях не рекомендуется. Мост переменного тока СА-7100 российского производства (г. Зеленоград) в комплекте лаборатории ЛВИ- 1 (г. Ярославль), приобретённой для РСК “Тамбовэнерго” в 2009 г., показал невысокую надёжность в эксплуатации, дважды отказав в течение гарантийного срока. В результате была произведена замена на более надёжный мост данного типа производства фирмы “Олтест” (г. Киев, Украина);
• диагностика состояния оборудования и мониторинг преимущественно без отключения напряжения относятся, в основном, к силовым трансформаторам узловых подстанций 110 кВ и требуют организации целого направления диагностики с применением дорогостоящих стационарных систем мониторинга и контроля, внедрение которых требует технико-экономического обоснования;
• внедрение единых информационно-диагностических систем подразумевает достижение достаточно высокого уровня информационной диагностической базы по оборудованию, что, в свою очередь, требует разработки или приобретения соответствующего программного обеспечения, а также организации, по сути, нового направления работы в региональной сетевой компании.

Дальнейший анализ раздела 4 проведён по двум блокам: “Современные средства и приборы диагностики электрооборудования” и “Современные методы контроля и диагностики электрооборудования”.

Современные средства диагностики и измерений. В РСК используются передвижные высоковольтные электролаборатории различных производителей, например, передвижные преобразовательные установки серии ППУ (испытательные 6—35 кВ, кабельные 6—10 кВ или универсальные), а также лаборатории высоковольтные испытательные ЛВИ-НУТ (35 кВ) производства Ярославского механического завода. Такая лаборатория приобретена в 2009 г. для ПОЭС “Моршанские электрические сети”; планируется приобрести её и для ПОЭС “Жердевские электрические сети”. В стационарных лабораториях используют различные приборы отечественного производства по определению качества трансформаторного масла: измерители проводимости; хроматографы (такие как “Кристалл”, “Цветаналитик” или “Цвет-800”, который установлен в лаборатории службы технической эксплуатации “Тамбовэнерго”); аппараты испытательного напряжения АИИ-70, АИМ-80 или АИМ-90, используемые практически во всех производственных отделениях электрических сетей.

К современным стационарным средствам диагностики на подстанциях относятся сложные системы непрерывного анализа растворённых газов в трансформаторе MINITRANS и измерения влажности изоляции трансформатора TRANSFIX, а также отечественные и зарубежные системы мониторинга и диагностики силовых трансформаторов 110 кВ и выше на основе датчиков температуры, давления, нагрузки и др. Подобные системы мониторинга я диагностики базируются, как правило, на результатах тестов, выполняемых в автоматическом режиме датчиками, установленными на работающем трансформаторе, и позволяют определить текущее техническое состояние и остаточный ресурс его работы. Набор тестов (датчиков), используемых системой мониторинга для конкретного трансформатора, определяется ещё на этапе её создания (проектирования) и практически никогда не модернизируется в процессе дальнейшей эксплуатации, поэтому при создании системы мониторинга важно не допустить двух крайностей: упрощения и чрезмерного усложнения системы. Упрощение приводит к получению ненадёжной оценки технического состояния и невозможности определить остаточный ресурс, усложнение — к получению избыточной информации и неиспользуемых заключений о состоянии отдельных частей оборудования.

Глубина предлагаемых системой мониторинга рекомендаций может быть различной, от простой регистрации превышения параметрами пороговых значений до достаточно обоснованных предложений по проведению ремонтных работ. Чем более продуманной и совершенной является встроенная экспертная система, тем выше достоверность оперативной информации о текущем техническом состоянии контролируемого трансформатора, что полностью соответствует требованиям технической политики в распределительном электросетевом комплексе, проводимой в каждой региональной сетевой компании.

Всё основное оборудование системы располагается рядом с трансформатором, оно монтируется в защитном контрольном шкафу и состоит из модулей, к которым подключаются датчики.

Число датчиков может быть различным, в зависимости от контролируемых системой мониторинга параметров, например:

• температуры (верхних и нижних слоёв масла, окружающей среды);
• вибрации;
• напряжения и тока;
• контроля изоляции высоковольтных вводов;
• газосодержания и влагосодержания в масле;
• давления масла во вводах;
• уровня масла в расширителе трансформатора и РПН;
• контроля состояния РПН и др.

Современные мобильные или переносные средства диагностики электрооборудования — это различные приборы неразрушающего принципа действия:

• отечественный прибор акустического контроля ПАК-3М с универсальным нагружающим устройством УКИ- 1 для контроля опорно-стержневой изоляции, единственный экземпляр которого находится в службе подстанций Тамбовских электрических сетей;
• тепловизионные камеры для обследования нагрева контактных соединений оборудования в инфракрасном диапазоне — например, совместная американо-шведская разработка Flir I 50 (используется в ПОЭС “Моршанские электрические сети”), китайская SАТ 280 (в лаборатории службы технической эксплуатации РСК “Тамбовэнерго”);
• приборы безразборного контроля — например, ПКВ/М для контроля выключателей серии ПКВ для измерения скоростных характеристик высоковольтных выключателей (в службе подстанций Тамбовских и Моршанских электрических сетей);
• приборы для измерения сопротивления цепи “фаза—ноль”- например “Поиск” и “Квант”, которые применяются в различных службах и РЭС всех ПОЭС, или более современный ИФН-200 (применяется в службе ИЗП МоЭС).

К мобильным средствам в составе передвижных электролабораторий относятся, прежде всего, современные высоковольтные блоки измерения тангенса диэлектрических потерь и ёмкости (БВН-2П, МЭП-4СА и др.), высоковольтные автоматические мосты переменного тока для измерения сопротивления параметров твёрдой высоковольтной изоляции (“Вектор-2.0М”, “Тангенс-2000” и “СА-7100”). Мост СА-7100 применяется в составе передвижных электролабораторий в ПОЭС ТЭС и МоЭС.

Современные методы контроля и диагностики электрооборудования. В настоящее время существует ряд традиционных методов определения качества трансформаторного масла по его влагосодержанию в лабораторных условиях:

• в гидрид-кальциевом методе реагент взаимодействует с водой, образуя газообразные соединения, объём которых измеряется (на моль воды выделяется моль водорода);
• кулонометрический или электрохимический метод использует окислительно-восстановительную реакцию взаимодействия йода с сернистым газом в присутствии воды и в избытке пиридина; этот простой метод титрования применим при содержании воды в достаточно узком диапазоне измерений (от 2 До 100 г/т);
• при хроматографическом методе ввод масла в испаритель хроматографа при 250—300 °С позволяет определить количество (объём) всей содержащейся в образце воды, вне зависимости от её состава;
• химический метод определения массовой доли растворённой воды является наиболее простым и точным методом с небольшим количеством применяемых индикаторов и реагентов; этот метод применяется в ПОЭС “Тамбовские электрические сети”, а с 2009 г. — и в лаборатории службы технической эксплуатации “Тамбовэнерго”.

Вместе с тем следует учесть, что процесс внедрения современных средств, приборов и методов контроля электрооборудования в региональной сетевой компании требует организации подготовительных работ в три этапа:

• Определение перечня диагностируемого оборудования и контролируемых параметров.
• Определение используемых и необходимых средств диагностики в зависимости от критичности состояния оборудования.
• Подготовка квалифицированного персонала.

Кроме того, для эффективного внедрения и использования современных средств и систем диагностики необходимо менять идеологию их построения и предъявляемые требования. Например, большинством российских производителей разработаны системы диагностики и мониторинга силовых трансформаторов с учётом того, что оперативный персонал имеет квалификацию “эксперт-диагност” и способен по текущей диагностической информации от системы делать какие-то заключения о состоянии силовых трансформаторов для последующего принятия решения. В действительности на оперативный персонал ложится лишь дополнительная нагрузка по непрерывному контролю текущих параметров контролируемого трансформатора, не представляющих для него интереса в связи с отсутствием соответствующей квалификации.

Стоимость системы мониторинга и её монтажа такова, что на деньги, затрачиваемые на поставку и установку одной системы мониторинга, можно выполнить комплексное обследование 4—8 трансформаторов. По этой причине системами диагностического мониторинга целесообразно оснащать трансформаторы мощностью свыше 25 МВА с загрузкой более 50 %, установленные на крупных узловых подстанциях, питающих ответственных потребителей. В этом случае стоимость установки системы мониторинга будет составлять не более 3—7 % от стоимости трансформатора.

Тепловизионный контроль. Для оценки состояния электрооборудования такой контроль не получил ещё широкого распространения, в основном из-за необработанности технологии получения информационных и достоверных результатов. Однако по мере оснащения ПОЭС современными тепловизорами проведение этого вида испытаний будет оправданным, поскольку не требует останова и отключения оборудования, не является трудоемким и помогает выявлять дефекты, на ранних стадиях их развития. Вместе с тем для обеспечения эффективности тепловизионной диагностики оборудования электросетевого комплекса необходимо объединение трёх составляющих:

• методической базы по организации тепловизионного контроля, позволяющей надёжно и достоверно оценивать состояние электрооборудования;
• технических средств, имеющих необходимые характеристики для проведения тепловизионного обследования;
• квалифицированного персонала с необходимой базой знаний в области физических процессов нагревания металлов и термографии, освоившего методику проведения тепловизионного обследования и обработки его результатов.

Проведённый анализ состояния дел по диагностике электрооборудования в РСК “Тамбовэнерго” позволил сделать следующие выводы.

• В настоящее время структура координации деятельности подразделений производственных отделений электрических сетей в РСК “Тамбовэнерго” в части диагностики электрооборудования соответствует переходной модели управления.
• Приборы и средства измерений достаточно изношены (60 % — со сроком эксплуатации свыше 10 лет), поэтому требуется их обновление. Передвижные электролаборатории требуют замены в ПОЭС “Жердевские электрические сети” и “Кирсановские электрические сети”.
• Электросетевой комплекс 35 и 110 кВ имеет 45 единиц оборудования, находящегося по различным контролируемым параметрам в “зоне риска” и требующего учащённого контроля.
• Внедрение современных систем контроля и мониторинга электрооборудования требует экономического обоснования большой подготовительной работы организации рабочих мест и специального обучения персонала.