СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Электронно-оптические системы обнаружения утечек SF6 на элегазовом оборудовании

Автор: д.т.н., В.И. Завидей, ФГУП ВЭИ.

   Широкое внедрение элегазового электротехнического оборудования, в частности, комплектных распределительных устройств (КРУЭ), выдвигает повышенные требования к обеспечению их безопасной эксплуатации. В состав КРУЭ входят протяженные шинопроводы и отдельные аппараты: выключатели, измерительные трансформаторы с значительным числом механических соединений с высокими требованиями к их герметичности (рис.1).

   Наиболее обычным дефектом элегазовых аппаратов является потеря их герметичности, выражающаяся в повышенной утечке SF₆. Для устранения этой неисправности производится периодическое пополнение аппаратов элегазом. Из-за высокой плотности, данный газ обладает свойствами скапливаться в нижних и слабо вентилируемых помещениях, вытесняя воздух, что представляет значительную опасность для персонала.

   Гексафторид серы SF₆ является одним из наиболее активных парниковых газов, индекс парникового эффекта которого более, чем на четыре порядка выше углекислого газа, что вызывает необходимость снижать его неблагоприятные экологические воздействия на окружающую среду. Взаимодействие SF₆ с водой в электрическом поле коронного или дугового разряда приводит к образованию фтористоводородной кислоты и сернистых соединений, обладающих высокой коррозионной активностью по отношению к стеклянным и керамическим изоляторам и металлической арматуре. Не последним фактором является экономическая составляющая, связанная с необходимостью непрерывного пополнения аппаратов КРУЭ дорогостоящим элегазом.

   В настоящее время поиск мест утечек SF₆ в аппаратах КРУЭ производится локальными датчиками (течеискателями), со сравнительно низкой производительностью.

   Следует отметить, что на некоторых типах элегазового оборудования отсутствуют стационарные системы контроля. В целях предупреждения аварийных отказов, подобные аппараты оснащены упрощенными сигнализаторами потери давления элегаза. Развитие новых методов и средств оперативного контроля утечек элегаза при их вводе КРУЭ в работу и при эксплуатации является важной задачей, актуальность решения которой будет возрастать по мере расширения внедрения этих устройств.

   Целью настоящей работы является прогноз возможности применения электронно-оптических систем, позволяющих провести дистанционный осмотр и оперативный контроль оборудования с возможностью обнаружить зоны утечек элегаза на ранней стадии их возникновения.

   Оптические методы используется для определения возможных электрических дефектов в аппаратах КРУЭ. Так тепловизионный метод, применяется для определения температурных аномалий токоведущих проводников и контактов элегазовых аппаратов в работе [1]. Методы и средства УФ-контроля, активно внедряемые последнее время, служат для определения мест повышенной коронной активности на элементах ошиновки и обнаружения источников электромагнитных помех на элегазовых трансформаторах тока ОРУ [2] (рис.2). 

    Так как уровни ЧР в элегазовом оборудовании согласно (ГОСТ 70074-83) по порядку величины составляют ∼20пКл., то наличие короны на ошиновке трансформатора затрудняет измерение частичных разрядов. Как видно, визуализация невидимого излучения коронного разряда позволяет определить место его возникновения, уровень, а также оценить возможное влияние на результаты измерений частичных разрядов, и принять меры для их устранения.

   Одним из первых положительных примеров развития мультиспектральных сканирующих систем для применения в электроэнергетике явилось создание гибридной системы контроля теплового видимого и ультрафиолетового излучения MultiCAM фирмы MicroTec. Данное направление развития оптических систем диагностики энергетического оборудования прогнозировалось в работе [2]. Методы и системы спектральной радиометрии в ИК-области спектра, основанные на регистрации поглощения или рассеяния излучения в газах, могут быть эффективно использованы и для обнаружения утечек SF₆ в элегазовых аппаратах, а также в технологии его производства и хранения. Пассивный метод удаленного обнаружения утечек газа основан на спектральном анализе излучения в ИК диапазоне спектра, при котором роль опорного сигнала выполняет фоновое излучение. Излучение фоновых объектов распространяется через атмосферу и слой газа, где частично поглощается и регистрируется ИК радиометром. Излучение принимаемое системой содержит как излучение фоновых объектов, так и ослабленное фоновое излучение. Для увеличения контраста оптического изображения в канале контроля обычно используется разностный сигналы в двух близких спектральных областях, одна из которых настроена на полосу поглощения обнаруживаемого газа. Для упрощения интерпретации результатов изображения двух спектральных каналов наложены друг на друга. По такому принципу могут быть обнаружены любые газы, имеющие в ИК области полосы интенсивного поглощения.

   Иллюстрации возможности дистанционного обнаружения утечки SF₆, оптическими методами показана на рис.3 и рис.4. Контроль проводился на вводах элегазового выключателя (рис.3а) экспериментальным образцом камеры GasCAM (рис.3б), который в настоящее время проходит опытные испытания.

а)	б)
Рис 3. Общий вид элегазового выключателя и системы GasCAM

   На рис 4а и рис 4б показаны видео-изображения зон утечек SF6 из зон повреждений вводов элегазового выключателя.

а)	б)
Рис.4. Видео изображения зон утечек SF6 на вводах выключателя: а) - область оголовника ввода, б) - зона под трансформатором тока на вводе.

   Поток элегаза выделен красным цветом, конструктивные элементы выключателя - белым. Чувствительность камеры GasCAM, достигнутая к настоящему времени, по утечкам SF₆, составляет примерно 200 мл/сутки, что достаточно для практических применений.

Выводы

Элегазовые комплексные распределительные устройства и аппараты могут быть отнесены к достаточно надежному типу электрооборудования, однако в целях повышения безопасной эксплуатации требуют применения адекватных систем диагностики, особенно в части оперативного контроля возможных утечек. Электронно-оптические системы обнаружения утечек SF₆ могут в значительной степени существенно снизить трудоемкость при введении их в действие и повысить безопасность эксплуатации.

Литература

   1. Аракелян В.Г., Демина В.Н. Определение утечки элегаза из электротехнических аппаратов. Электротехника. 1992, № 4-5, стр. 65 – 68.

   2. Завидей В.И., Голубев А.В., Крупенин Н.В., Вихров М.А., Милованов С.В., Головичер В.А. Дистанционные методы и системы дефектоскопии высоковольтной изоляции электрооборудования по оптическому излучению. Электро, 2008. №3, с.39-42.