устройство для испытания электротехнического оборудования

Формула изобретения

Устройство для испытания электротехнического оборудования, содержащее корпус, блок генерации упругих колебаний, блок приемных преобразователей и блок обработки принятых сигналов, последовательно подключенный к блоку приемных преобразователей, отличающееся тем, что корпус снабжен двумя закрепленными на нем направляющими, на одной из которых расположен блок генерации упругих колебаний, на другой блок приемных преобразователей, причем блок генерации упругих колебаний и блок приемных преобразователей снабжены каждый наконечником-иглой, подпружинены и установлены с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для диагностики технического состояния опорно-стержневых фарфоровых высоковольтных изоляторов в условиях эксплуатации.

В настоящее время существует проблема старения стержневых опорных изоляторов. В процессе изготовления и длительной эксплуатации под воздействием внутренних факторов (нарушение технологии изготовления и качество исходных материалов) и внешних (влага, перепады температур, механические нагрузки) в объеме изоляционной детали фарфорового изолятора могут образовываться трещины. Старение фарфоровой изоляционной детали изолятора нередко происходит из-за того, что в фарфоре содержится микроскопическая пористость. В межсезонные периоды (весна, осень) во время чередования дождей с ночными заморозками вода проникает в открытые поры изоляционной детали. При замерзании влаги микропоры перерастают в микротрещины, а в дальнейшем и в трещины, которые приводят к разрушению изолятора под нагрузкой. Насыщение цемента влагой в период дождей может происходить и из воздуха при большой влажности атмосферы (близкой к 100%). Это приводит к авариям, ведущим к отключению потребителей, к несчастным случаям.

В связи с этим возникла необходимость в разработке устройства для диагностики технического состояния опорно-стрежневых фарфоровых изоляторов, способствующего выявлению на ранней стадии внутренних и внешних дефектов изоляторов в процессе их эксплуатации. Визуальное наблюдение за изолятором может выявить лишь явные дефекты. Для выявления внутренних дефектов фарфорового изолятора необходимо обследование с использованием специальной аппаратуры.

Известно устройство для испытания высоковольтных фарфоровых изоляторов "УИФИ", содержащее установленные на раме с крепежными болтами два изолятора, блок силового воздействия, приемное устройство в виде акустических преобразователей и блок обработки принятых сигналов [1].

Блок силового воздействия представляет собой блок нагрузки с динамометром и стяжной втулкой, а блок обработки принятых сигналов выполнен в виде электронного двухканального блока регистрации импульсов акустической эмиссии.

Данное устройство предназначено для выявления дефектных опорно-стержневых изоляторов на действующих подстанциях методом акустической эмиссии. На два испытываемых изолятора, установленных на раме и затянутых крепежными болтами, воздействуют нагрузкой, величина которой определяется стяжным усилием, регистрируемым динамометром. После приложения усилия включается счет импульсов акустической эмиссии. Дефектный изолятор либо разрушается, либо начинает испускать импульсы акустической эмиссии (потрескивание), свидетельствующие о росте трещин в теле изолятора. Если при первом нагружении акустической эмиссии не наблюдается во всем диапазоне нагрузок, то изолятор считается годным.

Данное устройство имеет простое конструктивное исполнение, позволяющее при его использовании быстро получить диагноз технического состояния высоковольтных фарфоровых изоляторов вне зависимости от места расположения дефекта.

Однако данным устройством можно определить дефектный изолятор только при отключении его от рабочего напряжения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в изобретении под названием "Способ обнаружения трещин в твердом теле", содержащее блок генерации упругих колебаний, блок приемных преобразователей и блок обработки принятых сигналов, последовательно подключенный к блоку приемных преобразователей [2]. Данное устройство взято за прототип.

В твердом теле возбуждают первичные акустические волны различных частот путем последовательного возбуждения ультразвуковых волн на ряде частот с одновременным с каждой из частот ультразвуковых волн возбуждением упругих колебаний на собственных частотах посредством ударного воздействия на твердое тело. Возбуждаемые ультразвуковые волны, взаимодействуя на трещине, генерируют вторичные акустические волны на комбинационных частотах, далее измеряют амплитуды первичных и вторичных волн. На основании этих амплитуд определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещины.

С помощью данного устройства, основанного на ультразвуковой дефектометрии, возможно выявить наиболее важный дефект фарфоровых изоляторов, а именно открытую микроскопическую пористость фарфорового тела изолятора - дефект, ответственный за основную часть разрушений изоляторов по вине изготовителей, поэтому данное устройство должно использоваться на заводе-изготовителе изолятора. Кроме этого, при использовании данного устройства изолятор необходимо отключить от рабочего напряжения, изолятор снять и транспортировать на место испытания, что трудоемко, к тому же не исключена возможность повреждения изолятора при его транспортировке.

В связи с этим задачей заявляемого изобретения является создание устройства для испытания электротехнического оборудования, обеспечивающего простоту диагностики повреждения оборудования и относительную безопасность проведения испытаний без отключения от сети.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для испытания электротехнического оборудования, содержащем корпус, блок генерации упругих колебаний, блок приемных преобразователей и блок обработки принятых сигналов, последовательно подключенный к блоку приемных преобразователей, согласно изобретению корпус снабжен двумя закрепленными на нем направляющими, на одной из которых расположен блок генерации упругих колебаний, на другой - блок приемных преобразователей, причем блок генерации упругих колебаний и блок приемных преобразователей снабжены каждый наконечником-иглой, подпружинены и установлены с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещений.

Установка блока генерации упругих колебаний и блока приемных преобразователей на закрепленных в корпусе двух направляющих подпружинено с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещений и снабжение каждого блока наконечником-иглой дает возможность "пробить" сигнал сквозь толщину имеющихся на наружной поверхности электротехнического оборудования (опорно-стержневых фарфоровых высоковольтных изоляторов) слоя краски и возникающей в процессе эксплуатации оборудования коррозии, влияющих на результаты испытаний.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию "новизна".

Новые признаки (корпус снабжен двумя закрепленными на нем направляющими, на одной из которых расположен блок генерации упругих колебаний, на другой - блок приемных преобразователей, причем блок генерации упругих колебаний и блок приемных преобразователей снабжены каждый наконечником-иглой, подпружинены и установлены с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещений) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже приведена схема устройства для испытания электротехнического оборудования (опорно-стержневого фарфорового высоковольтного изолятора).

Устройство для испытания электротехнического оборудования содержит корпус 1, блок 2 генерации упругих колебаний, блок 3 приемных преобразователей и блок 4 обработки принятых сигналов, последовательно подключенный к блоку 3 приемных преобразователей. Корпус 1 снабжен двумя закрепленными на нем направляющими 5. На одной из направляющих 5 расположен блок 2 генерации упругих колебаний, на другой - блок 3 приемных преобразователей. Причем блок 2 генерации упругих колебаний и блок 3 приемных преобразователей снабжены каждый наконечником-иглой 6, подпружинены и установлены с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещений.

Для проведения диагностики изоляторов с помощью данного устройства обеспечивается стационарное вибрационное воздействие на опорно-стержневой фарфоровый изолятор в широком частотном диапазоне с достаточным уровнем вибрационной реакции, исключающее любые повреждения изолятора. Для этого используется случайное вибрационное возбуждение от генератора звуковых колебаний (генератора "белый шум") [3]. Функция механической жесткости для изолятора имеет одни и те же аргументы, что и механическая прочность изолятора. Другими словами, уменьшение механической прочности изолятора (по тем или иным причинам) приводит к уменьшению механической жесткости изолятора. Характеристикой (оценкой) механической прочности является его амплитудно-частотная характеристика или оценка спектральной плотности мощности вибрационной реакции изолятора на динамическое воздействие. В генераторе "белый шум" звуковые колебания разной частоты представлены в равной степени, т.е. существует спектральная плотность распределения ускорений в заданном диапазоне частот, т.к. реализуется вибрационное возбуждение и реакция объекта исследования одновременно во всем исследуемом диапазоне частот.

Устройство работает следующим образом.

Устройство для испытания электротехнического оборудования крепится с помощью резьбового соединения (не показано) к концу штатной диэлектрической штанги 7.

Взяв в руки штангу 7 (как удочку), оператор подводит устройство к нижнему фланцу испытываемого изолятора 8, прижимая наконечниками-иглами 6 блока 2 генерации упругих колебаний и блока 3 приемных преобразователей.

В результате случайного вибрационного возбуждения от блока 2 генерации упругих колебаний (генератора звуковых колебаний (генератор "белый шум") возбуждаемые в теле изолятора колебания поступают на блок 3 приемных преобразователей, далее на блок 4 обработки принятых сигналов, записывающий сигнал отклика. Все блоки устройства электрически соединены через провода 9.

По окончании измерений результаты испытания через USB-соединение 10 переносятся на любой персональный компьютер 11 подстанции, в результате чего получают частотную характеристику изолятора. По форме спектральной плотности мощности вибрации этой характеристики ставят диагноз о наличии трещин в теле изолятора.

Возможность промышленной реализации и практической возможности достижения требуемого технического результата при использовании изобретения иллюстрируется следующим примером.

Пример.

В июле 2002 года был испытан опорно-стержневой фарфоровый изолятор линейного разъединителя ячейки "Новометаллургическая-1" фаза "А". Подстанция "Козырево", ОРУ-220 кВ.

Испытания электротехнического оборудования проходили с помощью предлагаемого устройства, основанного на методе вибоакустической диагностики.

Закрепив устройство для испытания электротехнического оборудования на конце штатной диэлектрической штанги 7, оператор подводил устройство к нижнему фланцу испытываемого изолятора 8, прижимая наконечниками-иглами 6 блока 2 генерации упругих колебаний и блока 3 приемных преобразователей.

В результате случайного вибрационного возбуждения от блока 2 генерации упругих колебаний на тело опорно-стрежневого фарфорового изолятора 8 воздействовали генератором "белого шума", подавая сигнал в диапазоне частот 500 Гц-20 кГц. Возбуждаемые в теле опорно-стержневого изолятора колебания поступали на акселерометр блока 3 приемных преобразователей, далее на блок 4 обработки принятых сигналов, состоящего из аналого-цифрового преобразователя и запоминающего устройства (не показано), записывающего сигнал отклика.

По окончании измерений результаты испытания через USB-соединение 10 переносились на персональный компьютер 11 подстанции. Сигнал обрабатывали известным методом обработки стационарных случайных процессов, в результате которого получали частотную характеристику изолятора. По форме спектральной плотности мощности вибрации был поставлен диагноз о том, что изолятор находился в неудовлетворительном состоянии, имея трещину на нижнем фланце.

Таким образом, применение заявленного устройства для испытания электротехнического оборудования позволит:

- диагностировать техническое состояние опорно-стержневых фарфоровых высоковольтных изоляторов без отключения от сети;

- достаточно просто и оперативно провести оценку технического состояния изоляторов, не допуская как аварийных ситуаций, так и необоснованности вывода изоляторов из эксплуатации.

Производственные испытания устройства подтвердили его простоту в эксплуатации при достоверности результатов контроля без отключения от сети рабочего напряжения.

Источники информации

1. Устройство для испытаний высоковольтных фарфоровых изоляторов "УИФИ" ТУ 343110164-88.

2. Патент РФ №2219538, G 01 N 29/04, опуб. 20.12.2003 г. (прототип).

3. Прохоров A.M. Физический энциклопедический словарь. / М., Советская энциклопедия, 1984 г., стр.50.