СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Методы и средства ультрафиолетовой диагностики изоляции контактной сети. Часть 3.

Авторы: Ф.Д. Железнов, В.А. Акулов, Ю.И. Плотников, С.В. Демидов, С.В. Милованов.

Помимо УФ метода, диагностирование изоляции КС возможно методом тепловизионных обследований [3].

Изменение сопротивления изоляции, наличие токов утечки вследствие структурных дефектов и загрязнения изоляции, приводят к нагреву и перепаду температур шапок отдельных изоляторов в гирлянде. Особенно это характерно для КС постоянного тока, где токи утечки в несколько раз больше, чем для КС переменного тока. Однако, в большинстве случаев, разности температур достаточно малы и соизмеримы с пределом чувствительности даже самых современных инфракрасных (ИК) камер. Одновременная реализация УФ и ИК методов диагностики изоляции КС имеет существенные преимущества, особенно при выявлении дефектов на ранней стадии развития. Появление ПЧР или короны, а также перепадов температур носит случайный характер. Использование диагностических сигналов в УФ и ИК диапазонах спектра, их корреляционного анализа и формирование комплексного критерия технического состояния - все это способствует повышению чувствительности и достоверности диагностирования изоляции КС. Особенно это актуально для изоляции КС 3,3 кВ постоянного тока, где напряженность электрического поля значительно ниже, чем для КС переменного тока 27,5 кВ и условия возникновения УФ излучения от дефекта изоляции значительно хуже. Нагрев же изоляторов КС постоянного тока при прочих равных условиях, существенно выше, чем для КС переменного тока.

Аппаратная реализация одновременно УФ и ИК методов диагностики изоляции КС с визуальной оценкой ее состояния становится возможной с появлением на рынке трехспектральной ультрафиолетовой камеры MultiCAM фирмы CSIR-UVIRCO, ЮАР. Внешний вид камеры представлен на рис. 8.

В отличие от двухспектральных УФ камер, ультрафиолетовая камера MultiCAM имеет 2 объектива. Верхний – германиевый, для наблюдения в ИК диапазоне, нижний – кварцевый, для оптического тракта УФ и видимого диапазонов. По своим массогабаритным показателям ультрафиолетовая камера MultiCAM практически такая же, как двухспектральная ультрафиолетовая камера CoroCAM504. Основные характеристики ультрафиолетовой камеры MultiCAM представлены в табл.3.

УФ и видеоканалы по своим характеристикам практически идентичны соответствующим характеристикам ультрафиолетовой камеры CoroCAM504. ИК канал ультрафиолетовой камеры MultiCAM работает в диапазоне от 8 до 12 мкм, чувствительность микробалометрической матрицы ИК детектора составляет 0,05 °C. Все три канала оптически совмещены с высокой точностью и имеют углы поля зрения 8×6 градусов. Оцифрованные изображения в УФ, ИК и видео диапазонах могут накладываться друг на друга в различных комбинациях. Высокая чувствительность, развитой цифровой интерфейс, встроенный цифровой регистратор УФ, ИК, видео и аудио информации, малые масса и габариты, низкое энергопотребление – все это дает возможность для использования ультрафиолетовой камеры MultiCAM как для обследования изоляции КС с ВИКС, так и в варианте пеших обходов. На рис.9 в качестве примера представлены результаты трехспектральных обследований изоляции КС постоянного тока 3,5 кВ, проведенные в ноябре 2010 года в районе железнодорожной станции Tswana, Претория, ЮАР. Дефект подвесного фарфорового изолятора на термограмме (рис. 9, б) проявляется характерным избыточным нагревом (показан желтым цветом). В УФ диапазоне наблюдается ярко выраженная корона, показанная красным цветом. Съемка КС в видимом и УФ+ИК диапазонах производилась в различных ракурсах. После наружного осмотра изолятора, обнаружено его сильное загрязнение с характерными следами электрохимической коррозии в районе заделки стержня изолятора вследствие УФ короны и образования азотной кислоты. 

Таблица 3. Основные характеристики трехспектральной ультрафиолетовой камеры MultiCAM

Практическая иллюстрация возможности применения трехспектральной ультрафиолетовой камеры MultiCAM позволяет рассчитывать на ее успешное применение для диагностирования, и в первую очередь, изоляции КС 3,3 кВ постоянного тока, а также для комплексных многоспектральных обследований изоляции КС 27,5 кВ переменного тока как с ВИКС, так и путем пеших обходов.

Выводы и рекомендации

1. Опыт эксплуатации системы УФ диагностики изоляции КС показывает, что основное количество дефектов изоляции обнаруживается путем пеших обходов КС. На долю ВИКС приходится, в среднем, менее 25% от всего числа обнаруживаемых дефектных изоляторов. Одной из основных причин недостаточной достоверности мобильной диагностики является низкая чувствительность УФ системы при отсутствии возможности использования режима накопления диагностического сигнала при движении ВИКС.

2. Одним из путей повышения достоверности УФ системы диагностики на базе ВИКС и снижения количества пропущенных дефектов является расширение спектрального диапазона наблюдения с 240-280 до 240-320 нм. Многократное повышение чувствительности системы в этом случае достигается за счет увеличения полезного сигнала на УФ детекторе камеры в связи с объективным ростом мощности потока УФ излучения от ПЧР и короны в расширенном УФ диапазоне спектра UVb. Техническая реализация данного подхода заключается в автоматическом выключении солнечного фильтра из оптического тракта УФ камеры. Диагностические обследования при этом следует проводить в утренние и вечерние сумерки, а также ночью, с использованием прожектора подсветки, работающего в видимом диапазоне при длине волны более 400 нм.

3. Повышение достоверности диагностирования достигается и за счет использования благоприятных внешних факторов, значительно увеличивающих мощность потока излучения ПЧР и короны на дефектных изоляторах. В этом случае эффективность диагностирования существенно повышается при проведении УФ обследований в жаркую влажную погоду, в условиях тумана, небольших дождевых и снежных осадков.

4. Аппаратная реализация расширенного спектрального диапазона реализована в ультрафиолетовой камере CoroCAM504 фирмы CSIR-UVIRCO (ЮАР). По своей чувствительности, которая при ночном режиме составляет E_min = 1,0×10^-18 Вт/см², она в 3 раза превышает чувствительность камеры DayCorII. Данная характеристика значительно повышает достоверность УФ диагностики изоляции КС, особенно с мобильного носителя – ВИКС. Ультрафиолетовая камера CoroCAM504 имеет встроенный объектив с увеличенными углами поля зрения до 8×6 градусов. Это позволяет повысить производительность УФ обследований за счет наблюдения одновременно всех изоляторов на каждой опоре КС с эффективной дистанции 8-10 м. Камера имеет развитый цифровой интерфейс, включая RS485 для ее дистанционного управления с компьютера, встроенный цифровой регистратор УФ, видео и аудио информации. Ультрафиолетовая камера CoroCAM504 высоконадежна, энергоэкономична и эргономична. По своим характеристикам камера полностью отвечает всем требованиям по модернизации УФ системы [2].

5. Обследования изоляции КС, трансформаторных, тяговых подстанций и воздушных линий электропередачи, не попадающих в поле зрения при обследованиях с ВИКС, выполняются в режиме пеших обходов. Для этого наиболее целесообразно использовать малогабаритную ультрафиолетовую камеру CoroCAM6D. Она имеет основные характеристики ультрафиолетовой камеры CoroCAM504 и несколько упрощенный интерфейс. В отличие от камеры UVolley фирмы Ofil, ультрафиолетовая камера CoroCAM6D имеет большую чувствительность, оптический zoom, опции режима накопления сигнала, аудио записи, в 4 раза большую автономность по энергопитанию. Все это делает ультрафиолетовая камера CoroCAM6D наиболее предпочтительной для широкого использования в масштабах ЭЧ железных дорог. Кроме того, камера имеет сравнительно низкую стоимость, существенно зависящую от масштаба серийной закупки.

6. Трехспектральная ультрафиолетовая камера MultiCAM имеет в своем составе УФ, ИК и видео цифровые каналы. По своим характеристикам ультрафиолетовая камера MultiCAM, на сегодняшний день является потенциально единственно возможным средством мобильной диагностики изоляции КС постоянного тока 3,3 кВ. Иллюстрация ее практических возможностей показана на примере обследований подвесной фарфоровой изоляции КС постоянного тока 3,5 кВ в районе железнодорожной станции Pretoria (Tswane), ЮАР. Рост количества в ОАО «РЖД» высокоскоростных магистралей с КС постоянного тока, дает основание считать использование ультрафиолетовой камеры MultiCAM для диагностирования изоляции особенно актуальным.

7. В отличие от камер DayCorII и UVolley, ультрафиолетовые камеры типа CoroCAM и MultiCAM имеют широкий набор цифровых интерфейсов, что позволяет вывести УФ систему диагностики на новый программно-алгоритмический уровень. Появляется возможность исключить из состава системы АЦП, повысить быстродействие и достоверность программ автоматической обработки УФ измерительной информации. Сокращается участие оператора в «ручном» трудоемком и длительном процессе обработки больших объемов диагностической информации.

8. Практическая аппаратно-программная и организационно-техническая реализация представленных методов и средств УФ диагностики, будет способствовать дальнейшему повышению надежности и эффективности эксплуатации электроизоляции оборудования и систем в хозяйстве электроснабжения ОАО «РЖД».

Литература

1. Мобильная система диагностики изоляторов контактной сети по ультрафиолетовому излучению /В.В. Хананов, А.В. Мизинцев, Ю.И. Плотников [и др.] // Железные дороги мира. 2006. №9. С. 54-62.

2. Ультрафиолетовая диагностика изоляции контактной сети: модернизация мобильной системы / Ю.И. Плотников, Ю.М. Федоришин, С.В. Демидов // Железные дороги мира. 2009. №5. С.53-60.

3. Точность и достоверность контроля при тепловизионном диагностировании оборудования электрифицированных линий / Ю.И. Плотников // Железные дороги мира. 2006. №3. С. 38-46.

4. The design and evaluation of a Multi-Spectral Imaging Camera for the inspection of transmission lines and substation equipment // R. Stolper, J. Hart, N. Mahatho // Applied Optics 11, 2006. CSIR, South Africa.

Ожидается публикация статьи в журнале «Железные дороги мира», №5'2011.

«МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ИЗОЛЯЦИИ КОНТАКТНОЙ СЕТИ»

Ф.Д. Железнов, В.А. Акулов, Ю.И. Плотников, С.В. Демидов.

Рассматриваются вопросы методического и аппаратного повышения эффективности системы УФ диагностики изоляции электрифицированных линий с целью дальнейшего повышения надежности эксплуатации оборудования и систем в хозяйстве электроснабжения ОАО «РЖД».