RU2720638C1 - Device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators - Google Patents
Device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720638C1 RU2720638C1 RU2019134125A RU2019134125A RU2720638C1 RU 2720638 C1 RU2720638 C1 RU 2720638C1 RU 2019134125 A RU2019134125 A RU 2019134125A RU 2019134125 A RU2019134125 A RU 2019134125A RU 2720638 C1 RU2720638 C1 RU 2720638C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric field
- insulator
- insulators
- voltage
- monitoring
- Prior art date
Links
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title claims abstract description 105
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 30
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 67
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 7
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 abstract description 5
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Insulators (AREA)
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к устройствам для мониторинга и диагностики состояния высоковольтных линейных полимерных изоляторов на линиях электропередачи и может быть использовано в электроэнергетике.The invention relates to devices for monitoring and diagnosing the state of high-voltage linear polymer insulators on power lines and can be used in the electric power industry.
Уровень техникиState of the art
В последние десятилетия полимерные линейные изоляторы получили широкое распространение благодаря своим превосходным электрическим характеристикам в условиях загрязнения. У них высокая гидрофобность, трекингостойкость, эрозионная стойкость. Изолятор состоит из несущего стеклопластикового стержня, оребренной защитной оболочки из силиконовой резины вокруг него и металлических оконцевателей. В развитых странах количество полимерных изоляторов в сетях доходит до 50%. Однако у них есть один большой минус это отсутствие возможности оперативно идентифицировать поврежденный в эксплуатации линейный полимерный изолятор.In recent decades, polymer linear insulators have become widespread due to their excellent electrical performance in pollution conditions. They have high hydrophobicity, tracking resistance, erosion resistance. The insulator consists of a supporting fiberglass rod, a finned protective sheath made of silicone rubber around it and metal terminators. In developed countries, the number of polymer insulators in networks reaches 50%. However, they have one big minus is the lack of the ability to quickly identify a damaged linear polymer insulator.
После короткого замыкания (КЗ) и отключения всей линии поврежденный изолятор невозможно определить. Видимых повреждений подвесной изолятор обычно не имеет.After a short circuit (short circuit) and disconnection of the entire line, the damaged insulator cannot be detected. The suspension insulator usually does not have visible damage.
В настоящее время существуют разнообразные методы контроля состояния полимерных изоляторов, но они не соответствуют критериям простоты, эффективности и удобства.Currently, there are a variety of methods for monitoring the condition of polymer insulators, but they do not meet the criteria of simplicity, efficiency, and convenience.
Контроль и диагностику состояния высоковольтной подвесной полимерной изоляции в России и во всем мире, в основном, проводят периодически осмотрами при обходах с земли, либо с помощью летательных аппаратов. Как визуальные осмотры, так и с применением специального оборудования (электронно-оптические дефектоскопы и тепловизоры). Путем анализа изображений полученных в видимом, инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом (УФ) спектре принимается решение о состоянии изоляторов (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации СО 153-34.20.501-2003, утвержденные Приказом Минэнерго России от 19.06.2003 N 229; «Объем и нормы испытаний электрооборудования», утвержденные и введенные в действие Распоряжением ПАО «Россети» от 29.05.2017 №280р; «Методические указания по дистанционному оптическому контролю изоляции воздушных линий электропередачи и распределительных устройств переменного тока напряжением 35-1150 кВ, СТО 56947007-29.240.003-2008, утвержденные заместителем Председателя Правления ОАО «ФСК ЕЭС» В.В. Дорофеевым, протокол №4 заседания Постоянно действующей комиссии по нормативно-техническому обеспечению деятельности ОАО «ФСК ЕЭС» от «_28_» июня 2005 г.Monitoring and diagnostics of the state of high-voltage suspended polymer insulation in Russia and around the world, mainly carried out periodically by inspections when bypassing the ground, or using aircraft. Both visual inspections and the use of special equipment (electron-optical flaw detectors and thermal imagers). By analyzing the images obtained in the visible, infrared (IR) and ultraviolet (UV) spectrum, a decision is made on the condition of the insulators (Rules for the technical operation of power plants and networks of the Russian Federation SO 153-34.20.501-2003, approved by Order of the Ministry of Energy of Russia dated 19.06.2003 N 229; “Scope and norms of testing electrical equipment”, approved and enforced by the Order of PJSC Rosseti dated May 29, 2017 No. 280r; “Methodological instructions for remote optical monitoring of insulation of overhead power lines and switchgears of alternating current voltage of 35-1150 kV, STO 56947007-29.240.003-2008, approved by the Deputy Chairman of the Management Board of JSC FGC UES VV Dorofeev, Minutes No. 4 of the meeting of the Standing Committee on the Normative and Technical Support of the Activities of JSC FGC UES of June _28_
Однако это сопряжено со многими трудностями. Такими методами контроля невозможно вести постоянный мониторинг состояния изоляторов, что, в свою очередь, не позволяет оперативно определять место повреждения. Основные деструктивные процессы в изоляторе происходят в неблагоприятное для обследования время: гроза, дождь, роса, а после высыхания изолятор может показывать вполне приемлемые результаты в ИК и УФ диапазоне. Постоянные изменения температуры, влажности, скорости ветра, грозовые и коммутационные перенапряжения в сети вызывают необходимость учета изменений при настройке дефектоскопического оборудования, что влияет на продолжительность поиска дефектного изолятора, результаты считываемых параметров и несет некоторую вероятность ошибок при обработке. Тепловое излучение деструктивных процессов в изоляторе достаточно сложно установить. Это связано с большим расстоянием от изолятора до прибора, небольшими размерами разогретой поверхности, обычными сильными ветрами на высоте эксплуатации изоляторов, низкой теплопроводностью силиконовой защитной оболочки. Измерения желательно проводить в темное время суток или в пасмурную погоду. В случае же короткого замыкания и отключения линии методы обследования ИК и УФ не могут быть применены в силу отсутствия напряжения в линии и процессов, вызывающих эти излучения.However, this is fraught with many difficulties. It is impossible to conduct continuous monitoring of the condition of the insulators by such monitoring methods, which, in turn, does not allow to quickly determine the place of damage. The main destructive processes in the insulator occur at a time unfavorable for the examination: thunderstorm, rain, dew, and after drying the insulator can show quite acceptable results in the IR and UV ranges. Constant changes in temperature, humidity, wind speed, lightning and switching overvoltages in the network make it necessary to take into account changes when setting up flaw detection equipment, which affects the duration of the search for a defective insulator, the results of the read parameters and carries some probability of processing errors. The thermal radiation of destructive processes in the insulator is quite difficult to establish. This is due to the large distance from the insulator to the device, the small size of the heated surface, the usual strong winds at the height of operation of the insulators, and the low thermal conductivity of the silicone protective sheath. Measurements are preferably carried out in the dark or in cloudy weather. In the case of a short circuit and disconnection of the line, the IR and UV examination methods cannot be applied due to the absence of voltage in the line and the processes that cause these emissions.
Специалисты по обследованию оборудования методом УФК должны иметь высокий уровень технической подготовки, должны знать:Specialists in the inspection of equipment by the UVC method must have a high level of technical training, they must know:
устройство, принцип функционирования и основные виды УФ камер;device, principle of operation and main types of UV cameras;
конструкцию обследуемого оборудования и виды возможных дефектов;design of the examined equipment and types of possible defects;
виды и причины появления разрядных процессов;types and causes of discharge processes;
техногенные и климатические факторы, влияющие на интенсивность разрядов;technogenic and climatic factors affecting the intensity of discharges;
возможные источники помех.possible sources of interference.
технологию и физические основы теплового контроля (ИК)technology and physical foundations of thermal control (IR)
технологию и физические основы визуального и измерительного контроля электрооборудованияtechnology and physical fundamentals of visual and measuring control of electrical equipment
правильно документировать, интерпретировать и оценивать результаты УФ контроля.correctly document, interpret and evaluate the results of UV monitoring.
оформлять результаты контроля с выдачей заключения (СДОС-10-2015 Положение об аттестации персонала в области ультрафиолетового неразрушающего контроля // Принято решением бюро Наблюдательного совета от 26.06.15 №74-БНС ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность»).to draw up the results of the inspection with the issuance of an opinion (SDOS-10-2015 Regulation on the certification of personnel in the field of ultraviolet non-destructive testing // Adopted by the Bureau of the Supervisory Board dated 06.06.15 No. 74-BNS of the Scientific and Technical Center "Industrial Safety").
Известно устройство дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов (патент RU 2597962 С1, МПК G01R 31/08, опубл. 20.09.2016) при котором используют электрооптический датчик по значению коэффициента отражения от него лазерного пучка, которое пропорционально напряженности электрического поля. При этом предварительно электрооптический датчик градуируют путем внесения его в калиброванное переменное электрическое поле. Затем для каждого типа опорных высоковольтных изоляторов, которые подлежат диагностике, определяют в ходе стендовых измерений усредненные значения напряженности переменных электрических полей, соответствующие рабочему высокому напряжению и предельные границы градиентов напряженности электрических полей, не создающих электрический пробой или перекрытие изоляторов. Далее электрооптический датчик, размещенный на диэлектрической штанге и соединенный, через поляризационный дискриминатор и волоконный световод, с лазерным излучателем, а также с фотоприемником, сканируют по поверхности опорного высоковольтного изолятора, регистрируя одновременно по определенной компьютерной программе пространственное положение электрооптического датчика на поверхности изолятора и соответствующую ему напряженность электрического поля, измеряют нормальные и тангенциальные компоненты градиентов напряженности электрического поля. Затем пространственное распределение повышенных нормальных и тангенциальных к поверхности градиентов напряженности электрического поля сравнивают по определенной компьютерной программе с ранее записанным распределением значений напряженности для эталонного опорного высоковольтного изолятора и выделяют области возможных внутренних пробоев и поверхностных перекрытий в изоляторе путем выделения градиентов напряженности электрического поля, превышающих уровень, безопасный для нормального функционирования высоковольтных опорных изоляторов данного типа.A device for remote diagnostics of the state of high-voltage insulators (patent RU 2597962 C1, IPC G01R 31/08, published September 20, 2016) is used in which an electro-optical sensor is used according to the value of the laser beam reflection coefficient from it, which is proportional to the electric field strength. In this case, the electro-optical sensor is graduated by introducing it into a calibrated alternating electric field. Then, for each type of reference high-voltage insulators that are to be diagnosed, average values of the intensity of alternating electric fields corresponding to the working high voltage and the limit boundaries of the gradients of the intensity of electric fields that do not create an electrical breakdown or overlap of insulators are determined during bench measurements. Next, an electro-optical sensor located on a dielectric rod and connected, through a polarizing discriminator and a fiber optic cable, to a laser emitter, as well as to a photodetector, is scanned along the surface of the reference high-voltage insulator, simultaneously recording the spatial position of the electro-optical sensor on the surface of the insulator and its corresponding electric field strength, measure the normal and tangential components of the gradients of the electric field strength. Then, the spatial distribution of elevated normal and tangential to the surface gradients of the electric field strength is compared using a specific computer program with the previously recorded distribution of the voltage values for the reference high-voltage insulator and the areas of possible internal breakdowns and surface overlap in the insulator are identified by highlighting the electric field strength gradients exceeding the level safe for the normal functioning of this type of high voltage support insulators.
Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- контроль изоляторов проводится периодически;- control of insulators is carried out periodically;
- работы по диагностике проводятся в ручном режиме специалистом на действующем электрооборудовании;- Diagnostic work is carried out in manual mode by a specialist on existing electrical equipment;
- необходимо градуировать датчик в переменном калиброванном электрическом поле;- it is necessary to graduate the sensor in an alternating calibrated electric field;
- для каждого типа изоляторов необходимо предварительно определять значения распределения напряженности электрического поля вдоль его оси;- for each type of insulators, it is necessary to first determine the values of the distribution of electric field strength along its axis;
- необходимо регистрировать пространственное положение датчика при измерениях.- it is necessary to register the spatial position of the sensor during measurements.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения являются тестер канадской компании Positron Inc. (патент US 4760343, МПК G01R 29/12, опубл. 26.07.1988 г.), а именно: устройство для обнаружения дефектных изоляторов в изолирующей колонне, поддерживающей электрический проводник (кабель) линии электропередачи, в которой указанная колонна состоит из последовательно соединенных изоляторов. Указанное устройство содержит: чувствительное к электрическому полю средство в виде зонда электрического поля; средство для направления и смещения упомянутого зонда электрического поля вдоль оси, параллельной продольной оси упомянутой колонны для выполнения измерения электрического поля в предварительно определенных положениях вдоль колонны; средства для подсчета упомянутых изоляторов (когда упомянутый датчик электрического поля смещен) и для определения местоположения упомянутых предварительно определенных положений для получения значений электрического поля; средства для передачи значений электрического поля и сигналов положения; средства для приема и записи указанного количества изоляторов и упомянутых значений электрического поля, а также средства для анализа и соотнесения упомянутых значений электрического поля с состоянием целостности отдельных изоляторов, составляющих указанную изолирующую колонну. Чувствительное к электрическому полю средство, выполненное в виде зонда, содержит пару отстоящих друг от друга электродов, поддерживается параллельно друг другу на опорной раме зонда. Электроды указанного зонда ориентированы по существу вдоль плоскости, поперечной к продольной оси изолирующей колонны. Средство для подсчета изоляторов содержит детектор, который приводится в действие для замыкания, когда внешний обод каждого изолятора в упомянутой колонне определяется приемным элементом, посредством чего производится измерение упомянутого электрического поля. Средство передачи представляет собой передатчик частоты для передачи сигналов, представляющих упомянутые измеренные значения электрического поля и сигналы положения. Средство перемещения представляет собой удлиненную изолированную стрелу, шарнирно соединенную на одном конце с указанной направляющей рамой, посредством чего оператор может сместить указанную направляющую рамку к упомянутой колонне, манипулируя противоположным концом упомянутой стрелы.The closest analogue of the claimed technical solution is a tester of the Canadian company Positron Inc. (US patent 4760343, IPC G01R 29/12, published July 26, 1988), namely: a device for detecting defective insulators in an insulating column supporting an electrical conductor (cable) of a power line in which said column consists of series-connected insulators . The specified device contains: sensitive to the electric field means in the form of a probe of an electric field; means for directing and displacing said electric field probe along an axis parallel to the longitudinal axis of said column for performing electric field measurement at predetermined positions along the column; means for counting said insulators (when said electric field sensor is offset) and for locating said predefined positions to obtain electric field values; means for transmitting electric field values and position signals; means for receiving and recording the indicated number of insulators and the mentioned electric field values, as well as means for analyzing and correlating the said electric field values with the integrity state of the individual insulators making up the specified insulating column. Sensitive to the electric field means, made in the form of a probe, contains a pair of spaced apart electrodes, supported parallel to each other on the support frame of the probe. The electrodes of said probe are oriented substantially along a plane transverse to the longitudinal axis of the insulating column. The means for counting the insulators comprises a detector that is actuated to close when the outer rim of each insulator in said column is determined by a receiving element, whereby said electric field is measured. The transmission medium is a frequency transmitter for transmitting signals representing said measured electric field values and position signals. The moving means is an elongated insulated boom pivotally connected at one end to said guide frame, whereby the operator can shift said guide frame to said column by manipulating the opposite end of said boom.
Тестеры изолятора компании Positron Inc воспринимают и записывают распределение электрического поля вдоль изоляторов, показывая все проводные дефекты изолятора.Positron Inc Insulator Testers perceive and record the distribution of the electric field along the insulators, showing all wired defects in the insulator.
В результате исследований было установлено, что изменения в распределении электрического поля происходят вблизи дефектной части изолятора высоковольтной линии под напряжением. Эта зависимость была подтверждена не только в лабораторных условиях многих ведущих энергетических компаний, но и в ходе десятков тысяч практических испытаний с использованием оборудования компании PositronAs a result of studies, it was found that changes in the distribution of the electric field occur near the defective part of the insulator of the high-voltage line under voltage. This dependence was confirmed not only in the laboratory conditions of many leading energy companies, but also during tens of thousands of practical tests using Positron equipment
Тестеры компании Positron обеспечивают получение надежных и точных результатов в отличие от других испытательных приборов, таких как ультрафиолетовый или инфракрасный детектор, которые основаны на визуальных показаниях и могут обнаружить только очень серьезные дефекты, которые уже очевидны и выходят далеко за пределы безопасности.Positron testers provide reliable and accurate results, unlike other test instruments, such as an ultraviolet or infrared detector, which are based on visual indications and can only detect very serious defects that are already obvious and go far beyond safety.
Метод измерения электрического поля позволяет выявить даже очень незначительные дефекты изоляторов задолго до того, как они создадут реальную опасность.The method of measuring the electric field makes it possible to detect even very insignificant defects in insulators long before they create a real danger.
Недостатком данного тестера является значительная трудоемкость при проведении диагностики. Работы проводятся при участии человека на включенной линии электропередачи. Измерения такого вида выполняются выборочно на тех изоляторах, которые по данным визуальных и ИК/УФ наблюдений идентифицированы как проблемные. Невозможно выявить дефект, расположенный ближе 15 сантиметров от оконцевателя. При проведении измерений тестер передвигается вручную по изоляторам при помощи изолирующей штанги. Оператор располагается или на вышке, или на траверсе опоры.The disadvantage of this tester is the significant complexity in the diagnosis. Work is carried out with the participation of a person on an included power line. Measurements of this kind are performed selectively on those insulators that are identified as problematic according to visual and IR / UV observations. It is not possible to identify a defect located closer than 15 centimeters from the terminal. During measurements, the tester moves manually along the insulators using an insulating rod. The operator is located either on the tower or on the support beam.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества диагностики высоковольтных полимерных изоляторов за счет постоянного мониторинга в режиме реального времени напряженности резко неоднородного электрического поля вдоль оси высоковольтных линейных полимерных изоляторов и своевременном информировании о начале возникновения дефектов и их развитии в автоматическом режиме.The technical result of the claimed invention is to improve the quality of diagnosis of high-voltage polymer insulators by constantly monitoring in real time the intensity of a sharply inhomogeneous electric field along the axis of high-voltage linear polymer insulators and timely informing about the onset of defects and their development in automatic mode.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для мониторинга и диагностики высоковольтных линейных полимерных изоляторов, содержащем средства для измерения напряженности электрического поля вдоль оси высоковольтного линейного полимерного изолятора, температуры изолятора, температуры и влажности воздуха в районе расположения изолятора, места расположения опоры и передачи этих данных на сервер центра мониторинга и диагностики для анализа, согласно изобретения, указанное средство содержит датчики напряженности электрического поля с элементами их крепления к высоковольтным полимерным изоляторам, каждый из которых расположен в корпусе, выполненным из диэлектрика, например из силиконовой резины, и состоит из емкостного источника питания, представляющего собой конденсатор отбора мощности с обкладками, расположенными параллельно друг другу, зазор между которыми заполнен слоем диэлектрика и электронного блока; одна из обкладок емкостного источника питания представляет собой металлическую пластину, а вторая обкладка выполнена в виде металлического плоского полого корпуса, в котором расположен электронный блок, состоящий из накопителя электрической энергии периодического действия, к которому подсоединены контроллер и радиопередатчик с антенной; причем, накопитель электрической энергии содержит диодный мост, вход которого соединен с обкладками емкостного источника питания, а к его выходу параллельно подсоединен промежуточный конденсатор, к которому через разрядный элемент присоединен накопительный конденсатор. Причем к входу контроллера присоединен датчик температуры, а к его выходу - радиопередатчик.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators, containing means for measuring the electric field along the axis of the high-voltage linear polymer insulator, the temperature of the insulator, temperature and humidity in the region of the insulator, the location of the support and transmission of these data to the server of the monitoring and diagnostic center for analysis, according to the invention, this tool contains electric field strength sensors with elements for their attachment to high-voltage polymer insulators, each of which is located in a housing made of a dielectric, for example silicone rubber, and consists of a capacitive source power, which is a power take-off capacitor with plates parallel to each other, the gap between which is filled with a layer of a dielectric and an electronic unit; one of the plates of the capacitive power source is a metal plate, and the second plate is made in the form of a metal flat hollow body in which an electronic unit is located, consisting of a batch of electrical energy, to which a controller and a radio transmitter with an antenna are connected; moreover, the electric energy storage device contains a diode bridge, the input of which is connected to the plates of the capacitive power source, and an intermediate capacitor is connected to its output in parallel, to which a storage capacitor is connected through the discharge element. Moreover, a temperature sensor is connected to the controller input, and a radio transmitter is connected to its output.
На каждой опоре линии электропередачи датчики напряженности электрического поля с элементами крепления расположены по одному на каждом высоковольтном полимерном изоляторе над оконцевателем, поддерживающим фазный провод, и прикреплены к центральному стержню изолятора для обеспечения расположения обкладок емкостного источника питания указанного датчика перпендикулярно оси изолятора.On each support of the power line, electric field sensors with fasteners are located one on each high-voltage polymer insulator above the terminal supporting the phase wire and are attached to the central core of the insulator to ensure that the plates of the capacitive power source of the specified sensor are perpendicular to the axis of the insulator.
Место для установки датчика выбрано исходя из того, что наблюдаемое на практике электрическое старение полимерных изоляторов чаще всего берет начало под защитной оболочкой на тройной границе «оконцеватель - стеклопластиковый стержень - воздух» со стороны высокого потенциала (F. Schmuck, J. Seifert, I. Gutman, A. Pigini: "Assessment of the condition of overhead line composite insulators", Paris, CIGRE-2012, B2-214.).The place for installing the sensor was chosen on the basis that the observed electrical aging of polymer insulators most often originates under a protective shell at the triple border “terminal - fiberglass rod - air” from the high potential side (F. Schmuck, J. Seifert, I. Gutman, A. Pigini: "Assessment of the condition of overhead line composite insulators", Paris, CIGRE-2012, B2-214.).
Кроме того, устройство снабжено базовыми станциями с элементами крепления к опоре для приема данных от датчиков напряженности электрического поля, каждая из которых содержит металлический корпус, в котором размещены контроллер, соединенный с источником питания, трансивером с передающей и принимающей антеннами, постоянным запоминающим устройством, GPS-модулем с антенной, датчиком температуры и влажности. Причем каждая опора линии электропередач имеет одну базовую станцию, принимающую данные от датчиков напряженности электрического поля, расположенных на изоляторах указанной опоры линии электропередачи. Базовая станция дополняет данные, полученные от датчиков напряженности электрического поля, данными по температуре и влажности в текущий момент времени, координатами места расположения опоры, временном сохранении и через запрограммированные промежутки времени эстафетным способом передает их через базовые станции, расположенные на других опорах, в заданном направлении на сервер центра мониторинга и диагностики для сохранения и анализа.In addition, the device is equipped with base stations with fastening elements for support for receiving data from electric field strength sensors, each of which contains a metal case in which a controller is connected, connected to a power source, a transceiver with transmitting and receiving antennas, read-only memory, GPS -module with antenna, temperature and humidity sensor. Moreover, each transmission line support has one base station receiving data from electric field strength sensors located on the insulators of said transmission line support. The base station supplements the data received from the electric field strength sensors with data on temperature and humidity at the current time, the coordinates of the location of the pylon, temporary storage and relay them through the programmed time intervals through the base stations located on other pylons in a given direction to the server of the monitoring and diagnostic center for saving and analysis.
На основании информации, поступающей с датчиков напряженности электрического поля и базовой станции этой опоры через другие базовые станции на сервер центра мониторинга и диагностики, проводится анализ изменения электрического поля в месте установки датчика с учетом климатических факторов. По результатам анализа фиксируются начало и динамика развития дефекта и обеспечивается планирование замены изоляторов на линиях электропередачи до возникновения аварийной ситуации. Заявленное устройство работает в автоматизированном режиме, не требует участия линейного персонала.Based on the information received from the electric field strength sensors and the base station of this support through other base stations to the server of the monitoring and diagnostic center, an analysis of the electric field changes at the sensor installation site is carried out taking into account climatic factors. According to the results of the analysis, the beginning and dynamics of the defect development are recorded and planning for the replacement of insulators on power lines is provided before an emergency occurs. The claimed device operates in an automated mode, does not require the participation of linear staff.
Устройство иллюстрируется следующими чертежами.The device is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для мониторинга и диагностики высоковольтных линейных полимерных изоляторов. На фиг. 2 изображен внешний вид датчика напряженности электрического поля. На фиг. 3 приведена схема расположения датчика напряженности электрического поля на высоковольтном полимерном изоляторе. На фиг. 4 представлена схема датчика напряженности электрического поля. На фиг. 5 представлена схема базовой станции. На фиг. 6 показано распределение напряженности электрического поля вдоль оси изолятора на поверхности оболочки для «полноценного» изолятора (Е) и упрощенной модели изолятора (D) и место установки датчика (Electric Field & Voltage Distribution Along Non-Ceramic Insulators. INMR. July 15, 2017.). На фиг. 7 приведен график относительных изменений времени заряда накопителя полученные экспериментально и график расчетной разности потенциалов наведенного на обкладках датчика напряженности электрического поля в % от начальных значений в зависимости от длины (в мм) трека (дефекта) в изоляторе.In FIG. 1 is a schematic diagram of a device for monitoring and diagnosing high-voltage linear polymer insulators. In FIG. 2 shows the appearance of an electric field strength sensor. In FIG. Figure 3 shows the location of the electric field strength sensor on a high-voltage polymer insulator. In FIG. 4 is a diagram of an electric field strength sensor. In FIG. 5 is a diagram of a base station. In FIG. Figure 6 shows the distribution of electric field along the axis of the insulator on the surface of the shell for a “full” insulator (E) and a simplified model of the insulator (D) and the installation location of the sensor (Electric Field & Voltage Distribution Along Non-Ceramic Insulators. INMR. July 15, 2017. ) In FIG. Figure 7 shows a graph of the relative changes in the charge time of the drive obtained experimentally and a graph of the calculated potential difference induced on the sensor plates of the electric field in% of the initial values depending on the length (in mm) of the track (defect) in the insulator.
Устройство для мониторинга и диагностики высоковольтных линейных полимерных изоляторов содержит средство для измерения электрического поля вдоль оси высоковольтного линейного полимерного изолятора, температуры изолятора, температуры и влажности окружающего воздуха, места расположения опоры для передачи на сервер центра мониторинга и диагностики с целью обработки и анализа.A device for monitoring and diagnosing high-voltage linear polymer insulators contains means for measuring the electric field along the axis of the high-voltage linear polymer insulator, insulator temperature, ambient temperature and humidity, and the location of the support for transmission to the monitoring and diagnostic center server for processing and analysis.
Указанное средство содержит датчики 1 напряженности электрического поля с элементами их крепления (на чертежах не показаны) к высоковольтным полимерным изоляторам 2, базовые станции 3 с элементами их крепления к опорам 4 и сервер центра мониторинга и диагностики 5 размещенный на подстанции (фиг. 1, 3).The specified tool contains sensors 1 of the electric field with their fastening elements (not shown in the drawings) to high-
Каждый из датчиков 1 напряженности электрического поля (фиг. 2, 4) расположен в корпусе 6, выполненным из диэлектрика, например из силиконовой резины, и состоит из электронного блока 7 и емкостного источника питания 8, представляющего собой конденсатор отбора мощности с двумя обкладками 9, 10 расположенными параллельно друг другу. Зазор между обкладками 9, 10 заполнен слоем 11 диэлектрика. Обкладка 9 емкостного источника питания 8 представляет собой металлическую пластину 12, а обкладка 10 выполнена в виде металлического плоского полого корпуса 13. В корпусе 13 расположен электронный блок 7, состоящий из накопителя 14 электрической энергии периодического действия, к которому подсоединены контроллер 15 и радиопередатчик 16 с антенной 17. К контроллеру 15 подсоединен датчик температуры 18. Накопитель 14 электрической энергии содержит диодный мост 19, вход которого соединен с обкладками 9, 10 емкостного источника питания 8, а к его выходу подсоединен промежуточный конденсатор 20, к которому через разрядный элемент 21 присоединен накопительный конденсатор 22.Each of the sensors 1 of the electric field strength (Fig. 2, 4) is located in a
Датчики 1 напряженности электрического поля с элементами крепления расположены на траверсах 23 (фиг. 3) каждой опоры 4 линии электропередачи по одному на каждом высоковольтном полимерном изоляторе 2 (в зоне «А» с резко неоднородным электрическим полем, как показано на фиг. 3 и фиг. 6) над оконцевателем 24, поддерживающим фазный провод 25 и прикреплены к центральному стержню изолятора 2 для обеспечения нахождения обкладок 9, 10 емкостного источника питания 8 указанного датчика 1 перпендикулярно оси изолятора 2 в зоне «А» с резко неоднородным электрическим полем для обеспечения функционирования источника питания 8 и электронного блока 7.Sensors 1 of the electric field with mounting elements are located on the traverses 23 (Fig. 3) of each
Каждая из базовых станций 3 состоит из металлического корпуса 26 с элементами крепления к опоре 4, в котором расположены (фиг. 5) источник питания 27, контроллер 28 к входу которого присоединены датчик температуры и влажности 29, GPS-модуль 30. К входам и выходам контроллера 28 присоединены постоянное запоминающее устройство 31 и трансивер 32. К GPS-модулю 30 присоединена антенна 33. К трансиверу 32 присоединены приемная антенна 34 и передающая антенна 35.Each of the
Причем каждая опора 4 линии электропередачи имеет одну базовую станцию 3, принимающую данные от датчиков 1 напряженности электрического поля, расположенных на изоляторах 2 указанной опоры 4 линии электропередачи.Moreover, each
Устройство для мониторинга и диагностики высоковольтных линейных полимерных изоляторов работает следующим образом.A device for monitoring and diagnosis of high-voltage linear polymer insulators works as follows.
Датчик 1 устанавливается на изолятор 2 в зоне «А» воздействия резко неоднородного электрического поля (фиг. 3, 6).The sensor 1 is installed on the
При появлении дефектов в стеклопластиковом стержне изолятора 2 (в виде проникновения влаги и образования трека) происходит изменение потенциала вдоль оси изолятора 2 и изменение напряженности поля в зоне «А» расположения датчика 1 напряженности электрического поля устройства.When defects appear in the fiberglass core of the insulator 2 (in the form of moisture penetration and the formation of a track), the potential changes along the axis of the
За счет емкостной связи между источником электрического поля и обкладками 9, 10 емкостного источника питания 8 (фиг. 2) датчика 1, на указанных обкладках наводятся разные потенциалы. В подключенном к источнику питания накопителе 14 электронного блока 7 возникает переменный ток который выпрямляется диодным мостом 19 и заряжает промежуточный конденсатор 20 (фиг. 4). Как только напряжение на конденсаторе 20 достигает напряжения срабатывания разрядного элемента 21, последний открывается и происходит зарядка накопительного конденсатора 22. Заряженный накопительный конденсатор 22 питает контроллер 15, который формирует сигнал и через радиопередатчик 16 передает его на базовую станцию 3 (фиг. 1). При уменьшении напряжения разрядный элемент 21 закрывается, конденсаторы 20 и 22 вновь последовательно заряжаются и процесс повторяется.Due to the capacitive coupling between the electric field source and the
Изменение напряженности электрического поля в зоне «А» установки датчика 1 на изоляторе 2 (фиг. 6) оценивается по изменению времени зарядки емкостного накопителя 14 энергии от емкостного источника питания 8. Время зарядки накопителя 14 пропорционально напряженности электрического поля в зоне «А» установки датчика 1 на изоляторе 2. Таким образом, накопитель 14 электрической энергии периодического действия обеспечивает работу датчика 1 напряженности электрического поля в циклическом режиме. Емкости конденсаторов 20 и 22 рассчитываются таким образом, чтобы на контроллере 15 и радиопередатчике 16 было необходимое для работы напряжение. Время зарядки накопителя 14 до заданного напряжения зависит от величины напряженности электрического поля и меняется по мере развития дефекта в изоляторе 2. При появлении напряжения на контроллере 15 и радиопередатчике 16, контроллер 15 считывает из энергонезависимой памяти счетчик срабатываний, инкрементирует его, записывает обновленные данные в память и генерирует кодовую посылку, состоящую из идентификатора датчика 1, счетчика срабатываний, температуры изолятора и контрольной суммы. Данные сформированные контроллером 15 передаются радиопередатчиком 16 на базовую станцию 3, расположенную на опоре 4, где дополняются данными по температуре и влажности окружающего воздуха, текущем времени, координатами места расположения опоры 4, временно сохраняются и через заданный временной промежуток эстафетным способом через базовые станции 3, расположенные на других опорах 4 передаются в заданном направлении на сервер 5 центра мониторинга и диагностики расположенный на подстанции для сохранения и анализа.The change in the electric field in the zone "A" of the sensor 1 on the insulator 2 (Fig. 6) is estimated by the change in the charging time of the capacitive
По полученным данным строятся графики (фиг. 7) изменения электрического поля (времени заряда емкостного накопителя 14 энергии) в зависимости от состояния изолятора 2 и климатических условий, анализируя которые можно идентифицировать как появление дефекта и его развитие в изоляторах 2, так и изменение уровня загрязнения указанного изолятора 2.According to the data obtained, graphs are plotted (Fig. 7) of changes in the electric field (charge time of the capacitive energy storage 14) depending on the condition of the
Предлагаемое устройство мониторинга и диагностики изоляторов 2 позволяет одновременно в текущем режиме времени контролировать все изоляторы 2 на линии электропередачи и при появлении отклонений принимать плановые решения об их замене.The proposed device for monitoring and diagnostics of
Таким образом, технический результат достигается тем, что анализируя изменение времени зарядки накопителя 14 датчика 1 между срабатываниями, в зависимости от температуры изолятора 2, температуры и влажности воздуха в месте установки изолятора 2, можно судить о причинах изменения напряженности электрического поля в зоне «А» установки датчика 1 на изоляторе 2 (фиг. 6). Изменение электрического поля в сухую погоду говорит о развитии токопроводящего дефекта в изоляторе 2 и необходимости принимать решение о его замене до возникновения аварийной ситуации. По изменению электрического поля во влажную погоду, образовании точки росы на поверхности изолятора 2 либо в окружающем его воздухе можно оценивать уровень загрязнения поверхности изолятора 2.Thus, the technical result is achieved by analyzing the change in the charging time of the
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019134125A RU2720638C1 (en) | 2019-10-23 | 2019-10-23 | Device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019134125A RU2720638C1 (en) | 2019-10-23 | 2019-10-23 | Device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2720638C1 true RU2720638C1 (en) | 2020-05-12 |
Family
ID=70735261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019134125A RU2720638C1 (en) | 2019-10-23 | 2019-10-23 | Device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2720638C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111766434A (en) * | 2020-08-06 | 2020-10-13 | 苏州康力丰纳米科技有限公司 | High-voltage safety indicating device based on nematic polymer polarization and application method |
CN112881818A (en) * | 2021-01-15 | 2021-06-01 | 广州穗能通能源科技有限责任公司 | Electric field intensity measuring method, electric field intensity measuring device, computer equipment and storage medium |
CN114047386A (en) * | 2021-10-29 | 2022-02-15 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局 | Equalizing ring surface electric field intensity measuring device and equalizing ring system |
CN114184853A (en) * | 2021-12-14 | 2022-03-15 | 中国电力科学研究院有限公司 | A power frequency electric field measuring device |
RU2785093C1 (en) * | 2022-02-24 | 2022-12-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Apparatus for diagnosing the technical condition of a high-voltage insulator |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4760343A (en) * | 1986-03-17 | 1988-07-26 | Hydro-Quebec | Apparatus for detecting defective insulators in an insulating column supporting an electrical conductor in a power circuit line |
JPH05203695A (en) * | 1992-01-24 | 1993-08-10 | Ngk Insulators Ltd | Device for detecting failure of lighting insulator |
RU2058559C1 (en) * | 1993-09-16 | 1996-04-20 | Николай Михайлович Шмидт | Method for contactless and remote high-voltage test of insulator strings on high-voltage overhead power transmission lines |
CN201464577U (en) * | 2009-05-08 | 2010-05-12 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | A composite insulator electric field strength acquisition device and fault detection device |
RU2597962C1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method for noncontact remote diagnostics of high-voltage insulators |
-
2019
- 2019-10-23 RU RU2019134125A patent/RU2720638C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4760343A (en) * | 1986-03-17 | 1988-07-26 | Hydro-Quebec | Apparatus for detecting defective insulators in an insulating column supporting an electrical conductor in a power circuit line |
JPH05203695A (en) * | 1992-01-24 | 1993-08-10 | Ngk Insulators Ltd | Device for detecting failure of lighting insulator |
RU2058559C1 (en) * | 1993-09-16 | 1996-04-20 | Николай Михайлович Шмидт | Method for contactless and remote high-voltage test of insulator strings on high-voltage overhead power transmission lines |
CN201464577U (en) * | 2009-05-08 | 2010-05-12 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | A composite insulator electric field strength acquisition device and fault detection device |
RU2597962C1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method for noncontact remote diagnostics of high-voltage insulators |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111766434A (en) * | 2020-08-06 | 2020-10-13 | 苏州康力丰纳米科技有限公司 | High-voltage safety indicating device based on nematic polymer polarization and application method |
CN112881818A (en) * | 2021-01-15 | 2021-06-01 | 广州穗能通能源科技有限责任公司 | Electric field intensity measuring method, electric field intensity measuring device, computer equipment and storage medium |
CN114047386A (en) * | 2021-10-29 | 2022-02-15 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局 | Equalizing ring surface electric field intensity measuring device and equalizing ring system |
CN114184853A (en) * | 2021-12-14 | 2022-03-15 | 中国电力科学研究院有限公司 | A power frequency electric field measuring device |
RU2785093C1 (en) * | 2022-02-24 | 2022-12-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Apparatus for diagnosing the technical condition of a high-voltage insulator |
RU2788070C1 (en) * | 2022-03-01 | 2023-01-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Method for diagnostics of single-element insulators of the overhead line and the device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2720638C1 (en) | Device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators | |
Volat et al. | New method for in live-line detection of small defects in composite insulator based on electro-optic E-field sensor | |
CN106771924A (en) | A kind of utilization photoelectricity field sensor detects the detecting system and method for defects of insulator | |
US4758792A (en) | Method for utilizing a spherical dipole probe for detecting faults in high voltage transmission line insulators | |
EP1984749B1 (en) | Method and apparatus for evaluating the level of superficial pollution of a medium/high voltage outdoor insulator | |
CN203396898U (en) | Insulator discharge detection device | |
CN109540834A (en) | A kind of cable aging monitoring method and system | |
CN113777450A (en) | A system and method for non-contact detection of deteriorated insulator strings | |
CN113720508A (en) | Pillar porcelain insulator stress monitoring device and method based on double laser scanning | |
Pavlinic et al. | Direct monitoring methods of overhead line conductor temperature | |
RU2597962C1 (en) | Method for noncontact remote diagnostics of high-voltage insulators | |
Shumaker et al. | Cable condition monitoring for nuclear power plants | |
Glass et al. | Inter-digital capacitive sensor for evaluating cable jacket and insulation aging | |
Li et al. | UV detection technology of insulator discharge based on UAV platform | |
CN206431236U (en) | A kind of utilization photoelectricity field sensor detects the detecting system of defects of insulator | |
Akhmedova et al. | Analysis of existing diagnostic methods for the linear insulator risk-based maintenance | |
Ferreira et al. | Technological development of a composite insulator for high voltage transmission line monitoring | |
CN109239540A (en) | High-voltage arrester defect diagnostic method and voltage distribute measuring device | |
CN113433167B (en) | Condition monitoring method and system of power cable terminal equipment based on infrared heat map | |
KR100352507B1 (en) | Long term reliability test system for distribution lightning | |
Breido et al. | Prediction of the high voltage insulators service life based on the effective values of leakage currents | |
CA2178822C (en) | Method and apparatus for the verification of an electrical insulator device based on the analysis of the electric field along the insulator | |
BR102016016197A2 (en) | INSULATOR FAULT SIGNALING SYSTEM IN HIGH-VOLTAGE STRUCTURES USING ULTRASOUND. | |
Cheng et al. | Online detecting composite insulators by two dimensions electric field distribution | |
Ivanov et al. | Non-Contact Methods for High-Voltage Insulator Diagnosis |