▼ Задать Вопрос

ОТПРАВКА СООБЩЕНИЯ


СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Повышение эффективности дистанционных обследований изоляции электрифицированных линий железных дорог с использованием УФ-дефектоскопа CoroCAM6D при пеших обходах

Плотников Ю.И., Милованов С.В., Петроченко И.В., Демидов С.В.

Рассматриваются вопросы методического и аппаратного повышения эффективности УФ диагностики изоляции в процессе пеших обходов электрифицированных линий ОАО «РЖД». Приводятся результаты стендовых и эксплуатационных испытаний, рассматриваются основные направления по использованию портативной УФ камеры CoroCAM6D фирмы UVIRCO (ЮАР) последнего поколения.

Опыт эксплуатации мобильных систем ультрафиолетовой (УФ) диагностики изоляции контактной сети (КС) на базе вагона-лаборатории испытаний КС (ВИКС) показывает, что существенная часть изоляции объективно не попадает в поле зрения мобильной УФ системы [1]. Это изоляторы КС подъездных путей, железнодорожных станций, трансформаторных и тяговых подстанций (ТП), воздушных линий (ВЛ) электропередачи и др. Кроме того, при работе с ВИКС нельзя обследовать изоляцию со всех сторон, также работа камеры невозможна в режиме максимальной чувствительности (накопления и усиления сигнала) из-за появления эффекта «смазывания» УФ изображений. Поэтому уместно устранить эти недостатки путём дополнительного проведения пеших обходов и осмотров изоляции КС, которая объективно не попала в поле зрения мобильной УФ системы, установленной на ВИКС. Опытное обследование изоляции с помощью УФ камер, эпизодически и временно снимаемых с ВИКС показало достаточно высокую результативность обнаружения дефектов при пеших обходах. Это ТРАДИЦИОННЫЙ, используемый во всем мире, подход, когда пропуски дефектов высокопроизводительного и оперативного способа обследований устраняются дополнительными (точечными) проверками, проводимыми в ходе пеших осмотров. Портативная двухспектральная УФ камера CoroCAM6D, которая сертифицирована в РФ и успешно испытана на Горьковской железной дороге, может быть использована для решения таких задач.

ПО статистике данных дорожной электротехнической лаборатории (ДЭЛ) Горьковской дороги методом УФ диагностики было выявлено 216 и 129 дефектных гирлянд изоляторов в 2007 и 2008 г., соответственно. Из рис. 1 видно, что после ввода в эксплуатацию средств УФ диагностики ВИКС в 2005 г. доля отказов изоляторов существенно снизилась, но продолжает оставаться высокой.

Ультрафиолетовые камеры CoroCam: Статистика отказов элементов КС Горьковской железной дороги.
Рис.1. Статистика отказов элементов КС Горьковской железной дороги.

Число изоляторов, не наблюдаемых на базе ВИКС, достаточно велико, и эффективно обследовать их с помощью одной-двух снятых с ВИКС УФ камер в масштабах службы электрификации «Э» железной дороги проблематично. Возникают сложности с организацией передачи камер в электрическую часть (ЭЧ) и их оперативным возвратом в ВИКС, отсутствует методика пеших обследований изоляции. Поэтому необходимо увеличить объёмы исследований «методом обхода» и количество штатных камер для данных нужд. О необходимости повышения эффективности УФ обследований изоляции и дополнительной закупке УФ камер для проведения диагностики путём пеших обходов отмечено в решениях Департамента (протокол № ЦЭт – 16/39 от 21.11.2008).

В настоящее время на рынке переносных диагностических приборов появилась серийная портативная двухспектральная УФ камера CoroCAM6D производства фирмы UViRCO (ЮАР) последнего поколения. Камера имеет вес менее 1,8 кг (включая встроенный аккумулятор), габариты 220×160×80 мм, пригодна для использования в условиях дневного света, дождя, тумана, сильных электромагнитных полей. Позволяет производить достоверные и оперативные УФ обследования высоковольтной изоляции под напряжением от 6 кВ и выше, имеет встроенный цифровой регистратор видео, УФ и аудио информации, как в виде стоп-кадров, так и видеороликов. Встроенный спутниковый GPS-навигатор позволяет производить наглядную привязку к местности участка КС с обнаруженной дефектной изоляцией. Оперативность и простоту восприятия информации обеспечивают цветной 14 см дисплей и лазерный целеуказатель. По сравнению с CoroCAM6D большинство моделей других производителей имеют меньшую чувсствительность. Важнейшее преимущество CoroCAM6D – наличие опции режима накопления (усиления и осреднения) сигнала за счёт его суммирования по кадрам УФ съёмки. При этом визуализированный УФ сигнал от короны на дефектном изоляторе, отображаемый на экране дисплея, многократно увеличивается и появляется возможность обнаружения только зарождающихся дефектов с последующим прогнозированием их развития и технического состояния изоляции. Внешний вид камеры CoroCAM6D при обследовании изоляции КС представлен на рис. 2.

Ультрафиолетовые камеры CoroCam: Ультрафиолетовая камера CoroCAM6D в работе на КС (ст. Муром, август 2013 г.)
Рис. 2. Ультрафиолетовая камера CoroCAM6D в работе на КС (ст. Муром, август 2013 г.).

Стендовые испытания и метрологическая оценка чувствительности дефектоскопа

Важнейшей характеристикой, определяющей способность электронно-оптического дефектоскопа выявлять дефекты изоляции при соответствующем классе напряжения, является его чувствительность к УФ излучению. Как правило, производители УФ камер детально оценивают нижний порог чувствительности только для головных образцов. Так, например, в лаборатории компании RWE EUROTEST (Германия) используется специальный высоковольтный стенд, где формируется искусственный кажущийся электрический заряд между металлическим шаром, заполненный элегазом, и электродом. Появление короны на электроде с определённого расстояния фиксируется УФ камерой. Заряд оценивается количественно по соответствующему уровню сопутствующих радиопомех, которые фиксируются специальным измерителем.

Как показывает практика, оценку чувствительности необходимо производить не только для головных образцов, но и для всех камер заводской серии. Это связано с тем, что электронно-оптические преобразователи камер имеют существенный разброс по уровню чувствительности, присутствуют внутренние шумы преобразователя (которые зачастую сопоставимы с полезным сигналом), часть элементов преобразователя с зарядовой связью (ПЗС) матрицы могут выдавать ложный сигнал при выборе высокой чувствительностью УФ канала. С другой стороны, в процессе эксплуатации камер, особенно в сложных условиях, под воздействием вибрации ВИКС, сильного электромагнитного излучения от КС и других внешних факторов, может произойти механическое рассогласование плоскостей УФ детектора с фокальной плоскостью камеры, изменение электронных настроек, юстировка электроприводов и т.п. Об этом говорит и опыт использования УФ камер с ВИКС. За последние шесть лет было выявлено 6 дефектов, требующих заводского ремонта трёх камер [2]. Поэтому, при регистрации УФ камер в агентстве по техническому урегулированию и метрологии РФ, выдвигаются требования по ежегодной метрологической поверке. Создание и использование для этого специального высоковольтного стенда связано с существенными финансовыми затратами и сложностями организационно-технического характера.

В 2005 г. в метрологической лаборатории ВНИИМ им. Д.И. Менделеева (Санкт-Петербург) была разработана временная методика калибровки УФ камер. Однако в силу перечисленных выше сложностей, она предусматривала только проверку величины геометрического рассогласования изображений (контрольной ртутной лампы) в видео и УФ каналах (1,5-2 см на расстоянии 50 м). По своему содержанию, методика поверки не отвечала целевому назначению, принципу действия и самой физической сущности УФ камеры.

В 2010 г. фирмой UViRCO Technologies был разработан способ метрологической поверки УФ камеры, не требующий сложного, громоздкого и дорогостоящего высоковольтного оборудования. Способ позволяет объективно, оперативно и с высокой точностью оценить чувствительность дефектоскопа к УФ излучению. В основе способа лежит классическое уравнение Планка, определяющее количество излучаемой электромагнитной энергии в единицу времени с единицы поверхности абсолютно черного тела (АЧТ) для данной температуры и длины волны. Под АЧТ понимается поверхность, излучающая и поглощающая энергию электромагнитных волн длиной от 0 до бесконечности. Совместное уравнение Планка и Бугера-Бэра имеет вид [3]:

E0≅ f(T,λ)*S/L2 , Вт/см2

где E0 – спектральная энергетическая плотность излучения; T – абсолютная температура поверхности, λ – длина волны; S – площадь поверхности излучения АЧТ, L – расстояние от АЧТ до поверяемой УФ камеры.

Анализ уравнения в развёрнутом виде показывает [3], что для дальнего УФ диапазона длин волн UVc (100 - 280 нм) внутри которого работают двухспектральные камеры, с ростом длины волны λ, абсолютной температуры T и площади излучения S, энергия излучения АЧТ увеличивается. Одновременно с этим энергия излучения уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния L от УФ камеры до объекта излучения. Конкретная функциональная зависимость f в приведённом уравнении имеет сложный дробно-экспоненциальный характер. На практике для удобства пользуются табулированными (предварительно рассчитанными) значениями E0 как функции от температуры t°C для фиксированного спектрального диапазона. Фрагмент такой таблицы для температуры АЧТ от 930 до 1250°C и диапазона длин волн от 100 до 280 nm представлен в первом и втором столбцах табл. 1. Отсюда видно, что если постепенно нагревать АЧТ, то можно зафиксировать минимальное значение температуры, при которой УФ камера начнёт реагировать на излучение. Соответствующее значение E0 для данной температуры и будет нижним порогом, определяющим максимальную чувствительность УФ камеры.

В апреле 2011 г., используя изложенную методику, специалист ООО «Панатест» (Москва), официального и эксклюзивного дистрибьютора в РФ камер типа CoroCAM, провёл стендовые метрологические испытания для уточнения чувствительности камеры CoroCAM6D.

В качестве модели АЧТ использовался эталонный источник излучения Black Body Calibration Source Micron M330 EU. Источник («чёрное тело» - ЧТ) имел апертуру излучателя диаметром 25 мм, с возможностью плавного повышения температуры с высокой точностью и пропорциональным увеличением интенсивности излучения, с верхним пределом температуры нагрева – 1700°C. Испытуемая камера устанавливалась на расстоянии 2 м от источника излучения. Для снижения внешних УФ помех, измерения проводились рано утром до восхода солнца в помещении с закрытыми жалюзями на окнах и при выключенном освещении. Внешний вид стенда для измерения чувствительности УФ камер представлен на рис. 3.

Ультрафиолетовые камеры CoroCam: Внешний вид испытательного стенда.
Рис. 3. Внешний вид испытательного стенда: в правом верхнем углу излучатель М330; слева - испытуемая УФ камера; в правом нижнем углу – измерительно-вычислительный комплекс.

Методика испытаний камеры сводилась к следующему. Прибор ММ330 выводился на режим нагрева 850°C. После 1,5 часовой стабилизации температуры оценивались внешние УФ шумы излучателя при закрытой крышке предварительно включенной камеры. При закрытой крышке объектива по показаниям встроенного счётчика УФ импульсов оценивались внутренние шумы камеры. При снятых крышках излучателя и объектива камеры и температуре t = 850°C , усреднённые показания счётчика составили N=0,0 имп./c. Далее температура ЧТ изменялась ступенчато от 850 до 1250°C с выдержкой не менее 5 мин на каждой ступени. Соответствующие показания счётчика усреднялись и записывались в третий столбец табл. 1. Всего в ходе испытаний оценивалось шесть реперных точек. По данным таблицы построена калибровочная зависимость, представленная на (рис. 4,а). В левом верхнем углу графика, для наглядности, представлен его фрагмент в увеличенном масштабе для Е от 0 до 0,0012x10-13 Вт/см2 и N от 0 до 25 имп./с.

Таблица 1. Результаты тестирования CoroCAM6D.

Температура АЧТ,°C

Энергия излучения, E0, Вт/см2 (при апертуре АЧТ 25 мм  и дистанции L=2 м)

Усреднённые показания УФ счётчика, N, имп/с

930

1,33Е·10–19

0,0

940

1,91 Е·10–18

2,5

970

5,46 Е·10–18

11

980

7,66 Е·10–18

16

1000

1,48 Е·10–17

20

1090

2,30 Е·10–16

---

1100

3,04 Е·10–16

30

1190

3,26 Е·10–15

---

1250

1,28 Е·10–14

131

Анализ данных таблицы и графика показывает следующее. Минимальный сигнал, зафиксированный камерой CoroCAM6D, сер. №6D00001, при температуре 940°С имеет среднее значение УФ импульсов N=2,5 (от 1 до 5 при мгновенных отсчётах), что в итоге позволяет фиксировать камерой минимальное излучение E0=1,91 Е•10–18 Вт/см2, при заявленной фирмой производителем UViRCO, минимальной чувствительности CoroCAM6D E0=2,05 Е•10–18 Вт/см2. Серийная модель CoroCAM6D, по сравнению с её действующим макетом 2010 г., имеет более совершенный оптический канал с улучшенной оптикой. Для сравнения на рис. 4, б представлен график калибровочной кривой для портативной УФ камеры пр-ва Израиль, сер. № U08128003. Проведённые стендовые испытания по изложенной методике показали, что камера зафиксировала начальный сигнал лишь в районе температуры ЧТ 1100 °С. Это соответствует её минимальной чувствительности E0=3,04 Е•10–16 Вт/см2, что на 2 порядка хуже, чем у CoroCAM6D (см. табл. 1 и график на рис. 4а). Вместе с тем, израильской фирмой, производящей УФ камеры официально декларируется минимальная чувствительность камеры UVolle E0=3,0 Е•10–17 Вт/см2 [2], что отличается от фактических результатов испытаний на порядок. Ее тестирование показало, что с ростом температуры ЧТ от 1100°С и выше, число соответствующих УФ импульсов счётчика камеры резко (порой скачкообразно) возрастало, а разброс показаний составил от 100 до 150% и выше (от ста до нескольких тысяч имп/с). Для CoroCAM6D, напротив, с увеличением мощности излучения, рост числа N происходит плавно, с дисперсией не более 15%.

Ультрафиолетовые камеры CoroCam: Графики калибровочных кривых для УФ камер.
Рис. 4. Графики калибровочных кривых для УФ камер: а – камера CoroCAM6D (в левом верхнем углу фрагмент графика в увеличенном масштабе); б – камера UVolle (Израиль).

В 2011 г. в Государственном центре испытаний средств измерений – ГЦИ СИ ФГУП ВНИИ оптико-физических измерений (Москва) утверждена и введена в действие методика поверки оптических дефектоскопов, в основе которой лежит изложенный выше способ калибровки с использованием модели ЧТ. CoroCAM6D прошла метрологическую поверку и официально зарегистрирована в РФ как средство измерения (свидетельство № 43480 от 08.08.2011). Каждая камера типа CoroCAM6D заводской серии, выпускаемая фирмой Uvirco Technologies (ЮАР), проходит аналогичное тестирование перед продажей. К пакету эксплуатационных документов прилагается соответствующий акт калибровки.

Результаты эксплуатационных испытаний камеры CoroCAM6D на Горьковской железной дороге

С целью проверки эффективности работы камеры, в августе 2013 г., представителем ООО «ПАНАТЕСТ», совместно с ДЭЛ Горьковской дороги на Муромской дистанции электроснабжения (ЭЧ-5), были проведены эксплуатационные испытания CoroCAM6D, сер. №6D00001. Цель испытаний – получение объективной оценки эффективности её работы по УФ диагностике изоляции в специфических условиях железной дороги при пеших обходах КС. Перед проведением испытаний ставились следующие задачи:

  • проверить чувствительность и фактическую пригодность камеры для УФ диагностирования фарфоровой изоляции КС 27,5 кВ, оценить потенциальную возможность использования камеры для обнаружения дефектов изоляции линий более низкого класса напряжения 10 кВ, а также стеклянных и полимерных изоляторов;
  • проверить возможности встроенного в камеру цифрового регистратора видео и аудио диагностической информации (запись и воспроизведение, оперативный просмотр УФ изображений), оценить разрешающую способность, удобство оптических углов поля зрения камеры для визирования и выделения отдельных изоляторов в гирлянде, чёткость и наглядность обнаружения короны и поверхностных частичных разрядов (ПЧР);
  • проверить влияние прямого солнечного излучения, высокой температуры и сухости воздуха на эффективность работы камеры, выполнить проверку времени автономной работы камеры по энергопитанию, оценить эргономику, удобство и надёжность работы с камерой при пеших обходах, её перенос и транспортировку;
  • оценить минимальную степень необходимых знаний и практических навыков для эффективной работы с камерой персонала ЭЧ, проверить качество получаемой УФ диагностической информации с камеры и встроенного GPS-навигатора для формирования и составления технического отчёта;
  • подтвердить достоверность результатов УФ диагностики изоляции камерой CoroCAM6D, путём проведения контрольных электрических испытаний изоляторов в лаборатории ЭЧ-5.

Испытания камеры проходили в соответствии с распоряжением Дирекции инфраструктуры Горьковской дороги и службы «Э» (письмо «Э» от 8.08.2013 «О назначении полигоном для испытаний УФ системы участок Муром – ст. Вековка»). Время проведения испытаний: 13 – 14 августа 2013 г. Метеоусловия: температура воздуха 25–31 ºС, влажность воздуха 30–40%, ясно, прямое солнце, безветрие. Испытания проводились в утреннее время с 7 до 12 ч.

Осмотру подвергались, в первую очередь фарфоровые изоляторы всех видов КС 27,5 кВ: подвесная, консольная, фиксаторная, анкеровки, линии ДПР (два провода – рельс). Попутно осматривались изоляторы ВЛ 110 кВ, попадающие в поле зрения камеры. Особое внимание было уделено изоляции линии 10 кВ питания устройств СЦБ (сигнализации, централизации, блокировки).

Обнаруженные дефектные гирлянды изоляторов с помощью встроенного цифрового регистратора камеры записывались в виде стоп-кадров и видеороликов с пояснительными голосовыми комментариями о месте нахождения, особенностях изоляции, положении обнаруженной короны в гирлянде. Аудио запись велась с помощью встроенного в CoroCAM6D микрофона. Записи фиксировались на SD карту памяти. В промежутке между осмотрами изоляции КС, диагностическая информация о выявленных дефектах просматривалась на мониторе камеры и прослушивалась с помощью встроенного в камеру миниатюрного динамика в режиме воспроизведения. При необходимости, для наглядности и повышения разрешения УФ изображения дефекта, использовалось оптическое масштабирование 0,5 или 2,0. С этой же целью изменялся цвет изображения визуализированной короны: красный, зеленый. Изменялась степень прозрачности цвета короны, для одновременного наблюдения «за ней» дефекта изоляции.

В качестве обобщенного критерия технического состояния изоляции, использовалось данные, основанные на показаниях встроенного в камеру счётчика УФ импульсов, пересчитанные к интервалу времени минута - N, имп./мин. В соответствии с рекомендациями методики по УФ диагностики изоляции [4], детальному обследованию подвергалась лишь та изоляция, для которой изначально показания счётчика превышали минимальное пороговое значение N=1000 имп./мин. В соответствии с методикой, при 1000<N<3000 делался вывод о наличии зарождающегося дефекта, а при N>3000 имп./мин. – о значительном дефекте, требующем непосредственного осмотра и ремонта изоляции. В дальнейшем для обследования такой изоляции камера переводилась в режим работы с повышенной чувствительностью, путём понижения частоты сканирования по УФ каналу – режиме «интегрирования и накопления» сигнала от 2 до 32 кадров, что соответствовало частоте кадров 12,5 – 1,28 кадров/с.

За два дня испытаний (в общей сложности за 9-10 ч УФ обследований) было выявлено шесть дефектных гирлянд изоляторов. В том числе: КС 27,5 кВ – 4 шт. (фарфор - ПФ70); линия 10 кВ (СЦБ) - 1 шт. (стекло - ШС10); ВЛ 110 кВ - 1 шт. (фарфор – ПФ70).

Простота и наглядность работы с камерой CoroCAM6D позволили на второй день часть УФ обследований проводить старшему электромеханику ЭЧ-5 самостоятельно (см. рис.2). При этом в ходе обследований им был обнаружен один дефектный изолятор. Ниже, в табл. 2, представлена сводная дефектная ведомость изоляции.

В первом столбце табл. 2 содержится информация о месте нахождения забракованной изоляции: номер опоры, вид изоляции, класс напряжения. Показано значение критерия N, как общая характеристика дефекта. Во втором столбце представлено изображение дефектной изоляции в виде наложения УФ и видео изображений. Для удобства восприятия и оценки места расположения дефекта УФ корона показана красным цветом. Коэффициент усиления камеры изменялся от 90-95% (на начальном этапе) до 50-55% после обнаружения короны.

Гирлянды изоляторов (за исключением ВЛ 110 кВ), выявленные УФ системой как дефектные, были сняты с КС и 2-3 сентября 2013 г. подвергнуты электрическим испытаниям в лаборатории ЭЧ-5 Муромской дистанции электроснабжения. Фрагменты протоколов испытаний представлены в третьем столбце дефектной ведомости.

Анализ данных табл. 2 показывает следующее. На изображениях всех шести дефектных гирляндах изоляции, при соответствующем напряжении 27,5; 10 и 110 кВ, отчётливо просматривается УФ корона. Показания счётчика УФ импульсов, как правило, больше критического значения N>3000 практически для всех дефектных гирлянд. Исключение составила гирлянда на линии ДПР (опора 230, ст. Теша, п. 4 табл. 2), где показания счётчика составили N=2200 имп./мин. Для фарфоровых изоляторов линии 27,5 кВ представлены результаты замеров сопротивления изоляторов (порядковый номер изолятора в гирлянде начинался от линии напряжения). При норме Rном>300 МОм, замеры показали резкое снижение сопротивления дефектной изоляции в отдельных случаях до Rфакт<1 МОм. Для всех четырёх дефектных гирлянд изоляторов на КС 27,5 кВ, как правило, УФ корона соответствует изолятору с пониженным сопротивлением. Однако соответствующее перераспределение напряжений на дефектных и исправных изоляторах в гирлянде приводит к тому, что УФ корона может присутствовать и на изоляторе не с самым низким сопротивлением. Как, например, для гирлянды линии ДПР, состоящей из 3 изоляторов ПФ70, на опоре №230 ст. Теша. Корона наблюдается на нижнем изоляторе с сопротивлением 5,5 МОм, в то время как минимальное сопротивление имеет средний изолятор – 0,5 МОм. Более точную картину состояния изоляции дают измерения тангенса угла диэлектрических потерь, которые проводились в лаборатории ЭЧ-5. В табл. 2 для изоляторов КС 27,5 кВ эти данные, в связи с информационной насыщенностью таблицы, не показаны.

Таблица 2. Дефектная ведомость результатов УФ обследований.

№ п/п, местонахождение, опора, вид изоляции, класс напряжения. Общая характеристика дефекта

УФ изображение

Данные протокола электрических испытаний ЭЧ-5

1. Ст. Вековка, оп. 13ПГ, пункт группировки секция 24П. Гирлянда из 4-х изоляторов ПФ70,  фарфор., КС 27,5 кВ. Сильная корона в районе шапки третьего (от U – напряжения) изолятора, показатель N=3460 имп./мин

 

№ п/п от Uф

Сопротивление изолятора,  МОм

Rфакт

 Rном

1

0,9

>300

2

100

>300

3

3,5

>300

4

20000

>300

2. ТП Муром, оп. 43Г. Гирлянда из 3-х изоляторов ПФ70 (врезной между питающим проводом и КП),  фарфор., КС 27,5 кВ. Мощная корона в районе стержня первого от U изолятора N=88860 имп./мин

Ультрафиолетовые камеры CoroCam: УФ изображение

1

500

>300

2

20000

>300

3

20000

>300

-

-

-

3. Ст. Теша, оп. 19, анкеровка из 4-х изоляторов ПФ70,  фарфор., КС 27,5 кВ. Сильная корона в районе шапки первого от U изолятора N=3460 имп./мин

Ультрафиолетовые камеры CoroCam: УФ изображение

1

10,2

>300

2

4500

>300

3

30

>300

4

4000

>300

4. Ст. Теша, оп. 230. Линия ДПР (ближний), гирлянда из 3-х изоляторов ПФ70,  фарфор., КС 27,5 кВ. Корона в районе стержня нижнего изолятора N=2220 имп./мин

 Ультрафиолетовые камеры CoroCam: УФ изображение

1

5,5

>300

2

0,7

>300

3

10000

>300

 

 

 

5. ТП центр, оп. ЛР43, штыревой изолятор ШС10, стекло, 10 кВ, питание линии СЦБ. Очень мощная корона в верхней части изолятора. Возможно сильное загрязнение или дефект N=77640 имп./мин

Ультрафиолетовые камеры CoroCam: УФ изображение

 

tgSф, %

tgSнорм, %

В таблице:
tgSф - тангенса угла диэлектрических потерь фактический
tgSнорм, - тангенса угла диэлектрических потерь нормальный
№ п/п от Uф – порядковый номер изолятора от провода с напряжением (фазой)

Ультрафиолетовые камеры CoroCam
Рис. 5. Штыревой стеклянный изолятор ШС10, линия 10 кВ, питание устройств СЦБ (двукратное оптическое увеличение, коэффициент усиления камеры снижен до 55%): а – УФ изображение; б – видео изображение (стрелкой показано место потемнения и окисления изолятора в районе вязальной проволоки, дефектов заделки не наблюдается).

В п. 5 дефектной ведомости представлены данные по дефектной изоляции линии 10 кВ (питание СЦБ, ТП Центр, опора ЛР43, ближе к ТП) - одиночный штыревой стеклянный изолятор ШС10. В районе верхней части шапки изолятора присутствует мощная УФ корона. На рис. 5а показано изображение изолятора при двукратном оптическом увеличении. Показание счётчика УФ импульсов N=2193 имп./с (представлено в левой нижней части рис. 5а), что соответствует 77640 имп./мин, и свидетельствует о значительном дефекте изоляции. В табл. 2 представлены данные по значению тангенса угла диэлектрических потерь изолятора ШС-10. При норме <2,0 фактическое значение составило 34,7%.

На рис. 5б показано изображение изолятора ШС10 только в видимом диапазоне. Наличие дефектов в части заделки вязальной проволоки при креплении провода к изолятору не обнаружено. После снятия и осмотра изолятора отмечено место потемнения, и окисления стекла изолятора, вследствие электрохимического воздействия УФ короны в районе его верхней части – шапки изолятора. Выявление дефектов стеклянного изолятора ШС10 на линии 10 кВ произошло впервые за 8 лет применения УФ диагностики на сети ОАО «РЖД».

В последнем, п.6 ведомости, представлены данные по изоляции ВЛ 110 кВ – район Ждановской ПС, ст. Муром, опора ЛЭП, гирлянда из 7 подвесных изоляторов ПФ70, фарфор. Наблюдается сильная корона со стороны стержня первого снизу изолятора (N = 5220 имп./мин). В связи с организационно-техническими сложностями, данная изоляция контрольным электрическим испытаниям не подвергалась.

Представленные в табл. 2, все пять дефектных гирлянд изоляторов (кроме ВЛ 110 кВ) были заменены на новые, в соответствии с протоколами электрических испытаний.

Камера CoroCAM6D имеет встроенный спутниковый GPS-навигатор, позволяющий с точностью до 3-4 м определить местоположение оператора и соответствующий район нахождения опоры с дефектной изоляцией. Координаты места, широта и долгота (как и несколько десятков значений других параметров настройки камеры) записываются параллельно с УФ изображением на SD карту в виде отдельного файла - таблицы Microsoft Excel. Возможность позиционирования места нахождения дефектной изоляции (соответствующей опоры) на фотографии со спутника, облегчает последующий поиск при выезде для проведения соответствующих осмотров или замены изоляции ремонтными бригадами. На рис. 6, в качестве примера, представлены фотографии со спутника ст. Вековка в районе опоры №13ПГ Муромской дистанции электроснабжения Горьковской железной дороги. Местонахождение опоры с дефектной изоляцией (см. п. 1 дефектной ведомости), показано красными стрелками. Координаты места: 55º 29' 23" cеверной широты и 40º 46' 18" восточной долготы взяты из соответствующего файла записи УФ изображения дефектной гирлянды. Фотографии получены после ввода соответствующих координат в систему спутникового слежения за перемещениями вагонов контейнеров ОАО «РЖД»: Find-Container. Для удобства поиска на рис. 6а и 6б снимки приведены в различных масштабах. В левой нижней части рис. 6а представлен соответствующий фрагмент железнодорожной карты.

Ультрафиолетовые камеры CoroCam
Рис. 6. Снимки со спутника КС ст. Вековка: координаты: 55º 29' 23" северной широты; 40º 46'18" восточной долготы: а – вид с высоты 4 км и фрагмент карты железной дороги; б – вид с высоты 500 м; в – УФ изображение дефектной изоляции (красными стрелками показано место расположения опоры 13ПГ с дефектной гирляндой изоляции - п. 1 табл. 2).

Наряду с GPS-навигатором, цифровой интерфейс камеры CoroCAM6D позволяет сформировать автономную портативную информационно-диагностическую систему. Подключив камеру к планшетному (карманному) компьютеру, мобильным средствам связи, можно осуществлять оперативную передачу УФ изображений дефектной изоляции с голосовыми комментариями на пульт энергодиспетчера дистанции электроснабжения. Например, для консультации электромеханика, производящего УФ обследования, оперативного принятия диспетчером (или персоналом ДЭЛ) квалифицированного решения при распознавании ложных дефектов (коронирование кронштейнов, замков крепления изоляции и т.п.), необходимости назначения того или иного вида ремонтных работ или замены изоляции.

Выводы и предложения

  1. Для повышения результативности УФ диагностики целесообразно более активно и масштабно проводить обследования изоляции посредством пеших обходов КС. Особенно это касается мест, где изоляция объективно не попадает в поле зрения камеры с ВИКС (подстанции, анкерная изоляция, 10 кВ (СЦБ), ВЛ). При непосредственной работе электромеханика с изоляцией появляется возможность её обследования со всех сторон. Кроме того, при пеших обходах камера может работать с максимальной чувствительностью (режим накопления УФ сигнала), для удобства наведения и удержания объекта в поле зрения целесообразно использовать жесткий штатив с киносъёмочной головкой. При мобильной работе с ВИКС, из-за возникновения смазывания УФ изображений, работа камеры в режиме максимальной чувствительности и накопления УФ сигнала невозможна. О необходимости проведения пеших обследований изоляции отмечено в решениях «ЦЭ» (протокол № ЦЭт – 16/39 от 21.11.2008).
  2. Результаты эксплуатационных испытаний камеры CoroCAM6D на Муромской дистанции электроснабжения (ЭЧ-5) Горьковской железной дороги, проведённые в августе 2013 г., следует признать положительными и результативными. За два дня дистанционных УФ обследований выявлено шесть дефектных гирлянд изоляторов. В том числе: КС 27,5 кВ – 4 шт. (фарфор - ПФ70); линия 10 кВ (СЦБ) – 1 шт. (стекло – ШС10); ВЛ 110 кВ – 1 шт. (ПФ70). Контрольные электрические испытания дефектных изоляторов в лаборатории ЭЧ-5 (замеры электрического сопротивления и тангенса угла диэлектрических потерь изоляции), полностью подтверждают достоверность УФ обследований и эффективность камеры.
  3. Высокая чувствительность, разрешение и избирательность CoroCAM6D, в отличие от камер других сторонних производителей, позволяет выявлять дефекты как фарфоровой, так и стеклянной изоляции, в том числе линий 10 кВ. За более чем 8-летний период УФ диагностики КС на Горьковской дороге, дефект изоляции линии 10 кВ был обнаружен впервые. Расширение области применения УФ камеры на линию 10 кВ требует соответствующей корректуры номенклатуры и регламента УФ обследований изоляции.
  4. Камера CoroCAM6D характеризуется более чем в 3 раза меньшими массой и габаритами, чем у конкурентов и на 2 порядка более высокой чувствительностью. Позволяет оперативно записывать и просматривать видео и аудио диагностическую информацию на встроенный цифровой носитель. Точность визирования изоляторов в гирлянде обеспечивается с помощью лазерного целеуказателя, а место нахождения фиксируется с помощью встроенного спутникового GPS-навигатора. Развитый цифровой интерфейс камеры CoroCAM6D, позволяет использовать инновационные технологии и создать автономную online информационно-диагностическую систему в масштабах ЭЧ и службы «Э» дороги.
  5. Простота, наглядность и удобство работы с камерой, а также обработка УФ диагностической информации, не требует специальной подготовки технического персонала ЭЧ. Камера имеет действующее свидетельство о регистрации в РФ и откалибрована по типовой методике с использованием ЧТ.
  6. Камера CoroCAM6D имеет цифровой порт USB для управления, а также видео выход PAL (NTSC) для передачи УФ информации на компьютер в режиме реального времени. Это позволяет наряду с пешими обходами, использовать её в качестве второй (дополнительной) камеры в составе бортовой УФ системы в ВИКС. При этом появляется возможность обследовать изоляцию с 2-х сторон и повысить результативность УФ обследований при одном проходе ВИКС [1]. Не менее эффективно камера может использоваться и с автомотрис, в составе действующего автоматизированного комплекса по измерению параметров КС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Испытания системы ультрафиолетовой дефектоскопии контактной электросети железных дорог/ Ю.И. Плотников и др. // Энергетик. 2006. № 4, 5, 6.
  2. Повышение достоверности ультрафиолетовой диагностики изоляции контактной сети / Ф.Д. Железнов, Ю.И. Плотников, В.А. Акулов, С.В. Демидов, С.В. Милованов // Железные дороги мира. 2011. № 4. С. 60-68.
  3. Физические величины: Справочник /А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.
  4. Методические рекомендация по раннему выявлению дефектов внешней изоляции, токоведущих частей электрооборудования АЭС, с использованием средств УФ контроля. МД 1.3.3.99.041-2009. ОАО «Концерн Энергоатом», 2009.
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика

©2000-2014, ООО "ПАНАТЕСТ", г. Москва, Ул. Авиамоторная 12, офис 405; тел. +7 (495) 789-37-48, +7 (495) 587-82-98, +7 (985) 803-70-73.