Cистема анализа частичных разрядов возникающих в высоковольтной изоляции, с использованием среды LabVIEW

Cистема анализа частичных разрядов возникающих в высоковольтной изоляции, с использованием среды LabVIEW

Отрасли, категории, применение: Энергетика

Краткое описание:

Метод контроля высоковольного оборудования на основе компьютерного анализа ряда параметров частичных разрядов (ЧР) возникающих задолго до полного пробоя изоляции

Организация

Казанский государственный энергетический университет, г. Казань

Постановка задачи

Основным вопросом, на который должна ответить измерительная система является возможность или невозможность дальнейшей безопасной эксплуатации высоковольтного оборудования. Одним из таких методов является метод контроля на основе компьютерного анализа ряда параметров частичных разрядов (ЧР) возникающих задолго до полного пробоя изоляции. Этот метод позволяет выявлять дефекты изоляции на самых ранних стадиях их возникновения, отслеживать их развитие, оценивать текущее состояние изоляции и возможность дальнейшей эксплуатации оборудования.

Решение

Стендовые исследования на созданной лабораторной установке (рис.) позволяют определить основные параметры частичных разрядов электротехнического фарфора и высокополимерных материалов и сформировать теоретическую и экспериментальную базу для контроля высоковольтных изоляторов в рабочих условиях.

Измерительный тракт системы составляют: электромагнитный датчик (ЭД) и ультразвуковой датчик (УД), регистрирующие вызванные ЧР импульсы тока в цепи разрядной ячейки; устройство амплитудной регистрации ЧР выполненное с использованием программного пакета LabVIEW 8.2 и персонального компьютера, осуществляющего управление процессом измерения, отображением данных о ЧР.

Расстояние от ультразвукового и электромагнитного датчиков до изолятора должно составлять 3-5 метров. До начала измерений на персональном компьютере должна быть установлена программа LabVIEW 8.2 с запущенным виртуальным прибором (ВП) для измерения параметров ЧР. После подачи высокого напряжения на экране компьютера наблюдается сигнал с датчиков, амплитуда шума входного сигнала не должна превышать уровень в 100 мВ (задаётся приемником антенны), а максимальная амплитуда ЧР ограничивается на уровне 3 В в настройках инструмента DAQ Assistant. Виртуальным прибором производится подсчет импульсов ЧР одновременно по превышению ими определенных пороговых амплитуд в течение 18 секунд и отображается на рабочей панели виртуального прибора. После чего по полученным данным строятся графики зависимостей амплитуды ЧР от приложенного напряжения.

Проведя ряд измерений, выбор был остановлен на частоте 411,9 МГц, с полосой пропускания 110 кГц и амплитудной модуляцией сигнала. Для всех измерений с электромагнитного датчика частота приема и уровень сигнала оставались неизменными, коэффициент шумоподавления равнялся нулю. Для акустического датчика используется ультразвуковой диапазон 40кГц. С приемника электромагнитного датчика AR5000A (чувствительность составляет от 0,14 мкВ до 1,25 мкВ) и с приёмника ультразвукового датчика SDT270 сигнал поступает на вход ai8 разъема кабеля SCXI – 1302, и далее на плату сбора данных NI PCI – 6221. Работа ВП для регистрации ЧР с помощью ультразвукового датчика.

Для регистрации ультразвуковых колебаний использовался ультразвуковой датчик (параболическая антенна), сигнал с которого поступал на прибор SDT270. С выхода прибора сигнал поступает на плату сбора данных NI PCI – 6221 и затем на вход компьютера, где с помощью инструмента DAQ Assistant осуществляется разложение сигнала по фазам и амплитуде, результат отображается на индикаторе FFT-(Peak) в диапазоне 0 – 40 кГц. Так же сигнал поступает на ВП для дальнейшего разделения его по фазам. В условиях сравнения выбрана опция Greater (больше). ВП регистрирует все импульсы с амплитудой, большей определенного заданного значения. Цифровым регулятором на лицевой панели ВП устанавливается амплитуда детектирования ЧР прибором сравнения. С выхода Result при превышении входным сигналом заданного порогового напряжения поступает единичный импульс с амплитудой 1 В., далее эти отдельные импульсы поступают на счетчик, который производит подсчет импульсов по каждому заданному значению пороговой амплитуды. Сумма в счетчиках выводится с помощью цифровых индикаторов sum1…sum4. Инструментом Elapsed Time (истекшее время) устанавливаем время работы ВП, по истечении которого останавливается подсчет импульсов ЧР. На лицевой панели ВП отображаются результаты измерений, время подсчета импульсов и четыре графических индикатора: счетные импульсы поступающие на вход счетчика, отфильтрованный сигнал, входной сигнал, распределение по частоте и амплитуде входного сигнала. Также на лицевой панели задаются пороговые амплитуды детектирования ЧР.

Работа ВП для регистрации ЧР с помощью электромагнитного датчика.

Для работы с платой служит инструмент DAQ Assistant. В инструменте устанавливаются назначения выводов платы, в этом приборе они служат для измерения напряжения, ограничение входного сигнала в пределах ±3В, устанавливается частота обращения к плате и число выборок. С аналогового выхода data устройства DAQ Assistant получаем аналоговый сигнал эквивалентный сигналу с приемника. Далее сигнал поступает на инструменты FFT, Formula и Amplitude and Level Measurements. Инструмент FFT производит распределение входного сигнала по частоте и амплитуде, результат отображается на графическом индикаторе. Инструмент Amplitude and Level Measurements производит определение постоянной составляющей входного сигнала, которая далее в инструменте Formula из входного сигнала. Это необходимо для удаления незначительного дрейфа входного сигнала. С выхода Result инструмента Formula получаем переменный сигнал, привязанный к нулевому значению напряжения. Этот сигнал для наглядности отображается на графическом индикаторе Radio. Постоянный уровень шумов оценивается с помощью прибора Amplitude and Level Measurements 2 и отображается на индикаторе Mean (DC). Это необходимо для оценки уровня радиочастотных помех и для коррекции уровня пороговой амплитуды в счетчиках. Аналогично с ВП для регистрации акустических сигналов ЧР сигнал поступает на четыре подключенных параллельно элемента сравнения. В условиях сравнения выбрана опция Greater (больше). ВП регистрирует все импульсы с амплитудой, большей определенного заданного значения. Цифровым регулятором на лицевой панели ВП устанавливается амплитуда детектирования ЧР прибором сравнения. С выхода Result при превышении входным сигналом заданного порогового напряжения поступает единичный импульс с амплитудой 1 В., далее эти отдельные импульсы поступают на счетчик, который производит подсчет импульсов по каждому заданному значению пороговой амплитуды. Сумма в счетчиках выводится с помощью цифровых индикаторов sum1…sum4. Инструментом Elapsed Time (истекшее время) устанавливаем время работы ВП, по истечении которого останавливается подсчет импульсов ЧР. На лицевой панели ВП отображаются результаты измерений, время подсчета импульсов и два графических индикатора: входной сигнал, распределение по частоте и амплитуде входного сигнала. Также на лицевой панели задаются пороговые амплитуды детектирования ЧР.

Разработанная в настоящее время система представления данных, предусматривает возможность регистрации большого количества импульсов ЧР и их интегральное распределение по амплитудам. Из этой характеристики определяются такие параметры как средний кажущийся заряд, максимальный кажущийся заряд, частоты следования импульсов ЧР и средний ток ЧР. Анализ различных экспериментальных данных показал, что наиболее эффективным представлением данных являются амплитудно-фазовые диаграммы (АФД) сигналов ЧР. Наиболее важными характеристиками сигналов ЧР являются временные зависимости различных характеристик импульсов ЧР в пределах одного периода высокого напряжения. Именно, так называемые, “фазовые распределения” параметров ЧР позволяют в принципе определять тип источника сигналов ЧР. Наиболее точно фазовые распределения параметров ЧР можно осуществлять путем разбиения периода переменного напряжения на ряд временных интервалов. Накопление информации о частичном разряде позволит разработать математическую модель разрядов. Создание базы данных позволит описать развитие дефектов в изоляторах под действием частичных разрядов и прогнозировать дальнейшую безаварийную службу изолятора.

Описание решения

Используемое оборудование и программное обеспечение

Данная система состоит из следующих элементов и устройств:

  • Установка контроля и диагностики диэлектриков УКД-70, позволяющая плавно изменять подаваемое напряжение переменного тока частотой 50Гц на диагностируемый изолятор в диапазоне от 0 до 50кВ (действующее значение).
  • Изолятор с системой электродов.
  • Параболическая антенна подключённая к прибору SDT270.
  • Усилитель.
  • Персональный компьютер с установленным лицензионным пакетом LabVIEW 8.2 и устройством ввода- вывода NI SCXI-1302.
  • Приемник.
  • Электромагнитный датчик.

Внедрение и его перспективы

Как показали предварительные испытания данной системы вполне возможно измерять параметры ЧР в различных видах полимерной и керамической изоляции, определяя места возникновения дефектов и степень их влияния на рабочее состояние и остаточный ресурс.

Список литературы

  • А.Я. Суранов LabVIEW 8.2. Справочник по функциям – М: ДМК Пресс. 2007. 536с.
  • А.В. Голенищев-Кутузов, В.А. Голенищев-Кутузов, Д.Ф. Губаев, А.Ю. Черномашенцев, Л.И. Евдокимов «Частичные разряды в полимерных изоляторах». Казань: Известия вузов. Проблемы энергетики. 2010. №7-8. С. 76-83.
 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика