Современные методы и приборы для технической диагностики изоляторов: Ультрафиолетовый и Тепловой контроль

Проблема оценки технического состояния и надежности опорно-стрежневой и подвесной изоляции актуальна, и востребована практикой, что подтверждается ежедневным опытом и статистикой эксплуатации различных типов изоляторов, как на энергетических предприятиях, так и на объектах железных дорог.

В настоящее время существуют различные виды технической диагностики изоляторов, контактные (сопротивление изоляции, ультразвуковой – требующие отключение объектов контроля, либо трудоемкие – измерение напряжение по изоляторам измерительной штангой) и бесконтактные-дистанционные (акустический, ультрафиолетовый, тепловой) – не требующие отключений. Последние - УФ и ИК методы (в отличие от акустического метода), позволяют не только определить направление поиска дефекта, но и точно визуализировать место дефекта.

Впервые тепловой метод неразрушающего контроля был включен в РД 34.45-51.300-97 («Объем и нормы испытаний электрооборудования») в 1997 году. В этой редакции РД (см. п. 30.6.4, стр. 177) был также рекомендован контроль изоляторов с использованием тепловизоров и электронно-оптического дефектоскопа «ФИЛИН». Однако в редакции РД с изменениями и дополнениями на 01.03.2001 г. пункт 30.6.4 был исключен. Пункт 30.6.3 изложен в редакции, не предусматривающей испытания стеклянных подвесных изоляторов ВЛ, изоляторов всех типов для подвески грозозащитного троса и полимерных изоляторов. Предлагается осуществлять контроль внешним осмотром. Однако внешний осмотр изоляции не всегда может предотвратить аварию, поскольку процесс разрушения изоляционных свойств, имеет временной интервал.

В качестве примера на рисунке 1, приведен процесс перекрытия полимерного изолятора, где начало развития аварии фиксируется изначально в ультрафиолетом спектре, затем в ИК (тепловом) и только заключительная часть (пробой) видна невооруженным глазом.

Тепловой контроль также способен выявлять дефекты изоляторов, однако необходимо принимать во внимание условия окружающей среды, при которых осуществляется диагностика. Так в сухую погоду тепловизор может не выявить дефект изолятора, поскольку только при повышенной влажности возникают условия (повышенный ток утечки), изменяющий тепловое состояние объекта, которое и фиксируется прибором. На рисунке 2 приведен классический пример дефекта керамического изолятора (продольная трещина), зафиксированный с использованием тепловизора (слева) и ультрафиолетовым дефектоскопом справа (испытания в высоковольтной лаборатории).

И еще один пример на рисунке 3, когда дефект изолятора, выявленный тепловизором, был подтвержден и результатами контроля в ультрафиолетовом спектре.

Было бы неправильно говорить о преимуществах теплового метода контроля перед ультрафиолетовым, или наоборот, поскольку объективную картину технического состояния можно получить, только по результатам комплексного контроля в обоих спектрах (УФ + ИК). Достоверность результатов диагностики изоляторов, подтверждена многолетним опытом применения УФ дефектоскопов в ОАО «РЖД» России.

Например, по результатам эксплутационных испытаний ультрафиолетовых камер, проведенных в 2005-2006 годах в ОАО «РЖД» достоверность результатов составила 96%. Дефектные изоляторы, выявленные ультрафиолетовой камерой при объезде (камера установлена на ВИКС - вагон испытаний контактной) и при работе с камерой в пешем порядке (обход – камера в руках оператора), проверялись измерительной штангой. На рисунке 4 показаны результаты этих испытаний (журнал «Железные Дороги Мира», №9, 2006 год, стр.62).

На сегодняшний день все электрофицированные железные дороги России 27,5 кВ переменного тока, используют в составе ВИКС ультрафиолетовые камеры для диагностики подвесной изоляции контактной сети и тепловизоры для оценки теплового состояния контактных соединений. По данным Дорожной электротехнической лаборатории (ДЭЛ) Горьковской дороги с 2007 по 2011 гг., число перекрытий изоляции КС было снижено примерно в 2-2,5 раза (журнал «ЛОКОМОТИВ», №9, 2012 год, стр.41), см. рисунок 5. Поскольку после выявления дефектов изоляция заменялась, число обнаруженных неисправных изоляторов постоянно снижалась.

Анализ повреждаемости по видам и типам изоляторов показал, что основная часть повреждений приходится на подвесную фарфоровую (более 50%) и подвесную стеклянную (20-25%) изоляцию. На рисунке 6 показана дефектная гирлянда из трех фарфоровых изоляторов типа ПФ-70, а- двухспектральное (УФ+Видео) изображение гирлянды; б – внешний вид дефекта нижнего изолятора (скол фарфора в районе стержня).

За последние годы на мировом рынке приборов неразрушающего контроля появились новейшие мобильные двух- и трехспектральные дефектоскопы «CoroCAM» и «MultiCAM», производства компании «CSIR-UVIRCO» (ЮАР). Их основное отличие от камер более раннего поколения типа «DayCor», производства «OFIL» (Израиль) заключается в повышенной чувствительности, увеличенных углах поля зрения, наличии современных цифровых интерфейсах. Малый вес и эргономичность приборов «CoroCAM» и «MultiCAM», позволяет оператору комфортно работать в течение рабочего дня. На рисунке 7 и 8 показаны примеры работы (2004 год) с камерой «DayCor» (Израиль) – снаряженный вес около 7 кг, и современным (2011 год) прибором «CoroCAM 504» (ЮАР) – вес 2,3 кг, «CoroCAM 6D» - вес 1,7 кг - рисунок 9.

Ведущий мировой производитель Фирма «CSIR-UVIRCO» (ЮАР), изготавливает приборы, работающие не только в ультрафиолетовом спектре, но и предлагает прибор «MultiCAM», работающий в трех спектрах (ИК+УФ+Видео). На рисунке 9, приведена фотография этого прибора.

Ультрафиолетовые дефектоскопы «CoroCAM» и «MultiCAM» внесены в реестр средств измерений РФ (регистрационный №47413-11). Многолетний опыт применения тепловизоров и ультрафиолетовых дефектоскопов, накопленный ООО «ПАНАТЕСТ» показал их высокую эффективность для технической диагностики не только изоляторов различных типов, но и других элементов электрооборудования, воздушных линий электропередач, см. рисунок 10, а также при диагностике электродвигателей и генераторов, см. рис.11.

Литература:

«Объем и нормы испытаний электрооборудования», РД 34.45-51.300-97, 6-е издание, Москва, ЭНАС, 1998 г.
«Объем и нормы испытаний электрооборудования», РД 34.45-51.300-97, 6-е издание, с изменениями и дополнениями по состоянию на 01.03.2001 г., Москва, Издательство НЦ ЭНАС, 2003 г.
«Железные Дороги Мира», №9, 2006 год, В.В.Хазанов, А.В.Мизинцев, Ю.И.Плотников, Ю.М.Федоришин, В.Ф.Грачев, С.В.Демидов.
«ЛОКОМОТИВ», №9, 2012 год, В.Г. Лосев, Ф.Д. Железнов, Ю.И. Плотников, Ю.М.Федоришин, С.М.Шевяков, С.В.Демидов.