RU2597962C1 - Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов - Google Patents
Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597962C1 RU2597962C1 RU2015131658/28A RU2015131658A RU2597962C1 RU 2597962 C1 RU2597962 C1 RU 2597962C1 RU 2015131658/28 A RU2015131658/28 A RU 2015131658/28A RU 2015131658 A RU2015131658 A RU 2015131658A RU 2597962 C1 RU2597962 C1 RU 2597962C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric field
- voltage
- gradients
- field strength
- insulator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного дистанционного контроля рабочего состояния опорных высоковольтных изоляторов. Технический результат: обеспечение возможности определения момента возникновения преддефектного состояния за счет выявления областей с повышенной напряженностью электрического поля и измерения градиентов напряженности электрического поля в этих областях с последующим выделением дефектов. Сущность: локацию областей с повышенной напряженностью электрического поля и измерение градиентов напряженности поля осуществляют электрооптическим датчиком контроля напряженности электрического поля по значению коэффициента отражения лазерного пучка от указанного датчика, которое пропорционально напряженности электрического поля. Предварительно электрооптический датчик градуируют путем внесения его в калиброванное переменное электрическое поле. Затем для каждого типа изоляторов, которые подлежат диагностике, определяют в ходе стендовых измерений усредненные значения напряженности переменных электрических полей, соответствующие рабочему высокому напряжению и предельные границы градиентов напряженности электрических полей, не создающих электрический пробой или перекрытие изоляторов. Электрооптический датчик, размещенный на диэлектрической штанге и соединенный через поляризационный дискриминатор и волоконный световод, с лазерным излучателем, а также с фотоприемником, сканируют по поверхности опорного высоковольтного изолятора. При этом регистрируют пространственное положение электрооптического датчика на поверхности изолятора и соответствующую ему напряженность электрического поля, измеряют нормальные и тангенциальные компоненты градиентов напряженности электрического поля. Затем пространственное распределение повышенных нормальных и тангенциальных к поверхности градиентов напряженности электрического поля сравнивают с ранее записанным распределением значений напряженности для эталонного изолятора и выделяют области возможных внутренних пробоев и поверхностных перекрытий в изоляторе путем выделения градиентов напряженности электрического поля, превышающих уровень, безопасный для нормального функционирования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного дистанционного контроля рабочего состояния опорных высоковольтных изоляторов на основе обнаружения, измерения и анализа локальных областей с повышенными градиентами напряженности переменного электрического поля по сравнению с номинальными значениями поля на поверхности или в объеме изолятора.
Известны бесконтактные дистанционные способы диагностики состояния высоковольтных изоляторов, основанные на измерении определенных характеристик частичных разрядов (патент RU №2359280, G01R 31/12, 20.06.2009; патент RU №2483315, G01R 31/12, 27.05.2013, а также В.П. Вдовико «Частичные разряды в диагностировании высоковольтного оборудования», Новосибирск, Наука, 2007).
С помощью этих способов возможно определить только степень дефектности изолятора, без привязки к месту реального дефекта, поскольку дистанционно измеряются усредненные характеристики частичных разрядов по всему изолятору.
Прототипом является способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния подвесных высоковольтных изоляторов, при котором используют датчик контроля напряженности электрического поля (Андреенков Е.С., Шунаев С.А. Контроль состояния подвесных изоляторов ЛЭП переменного тока напряжением 110-750 кВ. Материалы докладов национального конгресса по энергетике. Казань, том IV, с. 162-167, 2014).
В основе способа лежит предположение о перераспределении электрического поля на гирлянде, содержащей дефектный изолятор.
При наличии дефектного («нулевого») изолятора в гирлянде повышается напряжение на исправных изоляторах, следовательно, и напряженность электрического поля вблизи изоляторов увеличивается. Согласно способу-прототипу датчик напряженности электрического поля устанавливают вблизи гирлянды подвесных изоляторов и по изменению напряженности поля судят о наличии дефектных изоляторов.
Основным недостатком способа-прототипа является невозможность определения преддефектного состояния. Подобные предпробойные очаги образуется в тех элементах конструкции изоляторов, для которых характерна повышенная напряженность электрического поля за счет таких факторов как накопление объемного или поверхностного заряда на границах раздела диэлектрических сред с различной проницаемостью, а также микрозазоров между электродами и изолятором, структурных неоднородностей и проводящих включений в диэлектриках.
Возникшие повышенные градиенты напряженности электрических полей могут стать причиной электрического пробоя или перекрытия, особенно при возникновении коммутационных или атмосферных перенапряжений.
Кроме того, недостатком способа-прототипа является недостаточная разработанность метода контроля напряженности электрического поля, не определен тип датчика контроля электромагнитного поля и степень влияния на него сильных электромагнитных полей, при этом данный способ можно использовать только для контроля гирлянд подвесных изоляторов.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа бесконтактной дистанционной диагностики состояния опорных высоковольтных изоляторов, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом является обеспечение возможности определения момента возникновения преддефектного состояния за счет выявления областей с повышенной напряженностью электрического поля и измерения градиентов напряженности электрического поля в этих областях с последующим выделением дефектов.
Технический результат достигается тем, что в способе бесконтактной дистанционной диагностики состояния опорных высоковольтных изоляторов, при котором используют датчик контроля напряженности электрического поля, согласно настоящему изобретению, локацию областей с повышенной напряженностью электрического поля и измерение градиентов напряженности поля осуществляют электрооптическим датчиком контроля напряженности электрического поля по значению коэффициента отражения лазерного пучка от указанного датчика, которое пропорционально напряженности электрического поля, при этом предварительно электрооптический датчик градуируют путем внесения его в калиброванное переменное электрическое поле, затем для каждого типа опорных высоковольтных изоляторов, которые подлежат диагностике, определяют в ходе стендовых измерений усредненные значения напряженности переменных электрических полей, соответствующие рабочему высокому напряжению и предельные границы градиентов напряженности электрических полей, не создающих электрический пробой или перекрытие изоляторов, далее электрооптический датчик, размещенный на диэлектрической штанге и соединенный, через поляризационный дискриминатор и волоконный световод, с лазерным излучателем, а также с фотоприемником, сканируют по поверхности опорного высоковольтного изолятора, регистрируя одновременно по определенный компьютерной программе пространственное положение электрооптического датчика на поверхности изолятора и соответствующую ему напряженность электрического поля, измеряют нормальные и тангенциальные компоненты градиентов напряженности электрического поля, затем пространственное распределение повышенных нормальных и тангенциальных к поверхности градиентов напряженности электрического поля сравнивают по определенной компьютерной программе с ранее записанным распределением значений напряженности для эталонного опорного высоковольтного изолятора и выделяют области возможных внутренних пробоев и поверхностных перекрытий в изоляторе путем выделения градиентов напряженности электрического поля, превышающих уровень, безопасный для нормального функционирования высоковольтных опорных изоляторов данного типа.
При этом используют электрооптический датчик и волоконный световод, в которых отсутствуют металлические элементы, при этом электрооптический датчик выполнен с возможностью размещения непосредственно в переменном электрическом поле.
Таким образом, технический результат достигается тем, что измерение локальной напряженности переменного электрического поля выполняют электрооптическим датчиком по значению коэффициента отражения лазерного излучения от датчика, пропорционального напряженности электрического поля. Путем сканирования поверхности опорного высоковольтного изолятора электрооптическим датчиком, размещенным на диэлектрической штанге и соединенным с лазерным излучателем и фотоприемником, выявляют области локальных повышенных градиентов напряженности поля, превосходящих номинальную напряженность поля для данного типа изоляторов. Определение значений напряженности, превышающих допустимый уровень, безопасный для нормального функционирования, выполняют путем сравнения с подобными характеристиками опорного высоковольтного изолятора того же типа, принятого за эталон.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа бесконтактной дистанционной диагностики состояния опорных высоковольтных изоляторов, а на фиг. 2 представлена зависимость значения коэффициента отражения R от изменения резонансной длины волны излучения.
Цифрами на фиг. 1 обозначены:
1. Лазерный излучатель.
2. Поляризационный дискриминатор.
3. Волоконный световод.
4. Электрооптический датчик.
5. Фотоприемник.
6. Узкополосный усилитель и компаратор.
7. Компьютер.
Устройство для бесконтактной дистанционной диагностики состояния опорных высоковольтных изоляторов содержит последовательно соединенные лазерный излучатель 1, поляризационный дискриминатор 2, волоконный световод 3, фотоприемник 5, узкополосный усилитель и компаратор 6, компьютер 7, а также электрооптический датчик 4, соединенный с волоконным световодом 3 и фотоприемником 5. В электрооптическом датчике 4 и волоконном световоде 3 отсутствуют металлические элементы, при этом электрооптический датчик 4 выполнен с возможностью размещения непосредственно в переменном электрическом поле.
Электрооптический датчик 4 состоит из сегнетоэлектрического кристалла, на поверхности которого сформирована периодическая доменная структура (ПДС). Для повышения чувствительности и разрешающей способности при локации градиентов напряженности поля используются резонансные свойства ПДС для данной длины волны лазерного излучателя 1.
Условие максимального отражения лазерной волны с длиной λ0 от ПДС в этом случае выполняется при равенстве
где n - показатель преломления, D - период ПДС.
Электрическое поле с напряженностью Е, приложенное к ПДС, создает вследствие линейного электрооптического эффекта (эффект Поккельса) изменение показателя преломления и, следовательно, сдвиг резонансной частоты ПДС, что соответствует изменению резонансной длины волны.
где r - электрооптический коэффициент, λЕ - длина волны в приложенном электрическом поле.
Таким образом, максимальный коэффициент отражения R лазерной волны от ПДС, убывает с увеличением λm.
Изменение коэффициента отражения R можно представить в виде:
ΔR=(dR/dE)E,
Поскольку из выражения (2) следует:
В общем виде зависимость значения коэффициента отражения R от изменения резонансной длины волны можно представлять в виде графика (фиг. 2). Если длину волны лазерного излучения λm настроить на середину склона спектральной кривой отражения, соответствующей значению Rmax/2, то переменное электрическое поле будет создавать соответствующее изменение ΔR коэффициента отражения. Использование практически линейного отрезка dR/dλm позволяет в линейном масштабе определять значения Е.
Устройство для бесконтактной дистанционной диагностики состояния опорных высоковольтных изоляторов работает следующим образом.
Излучение от лазера 1 (фиг. 1) поступает в поляризационный дискриминатор 2, который в зависимости от поляризации разделяет лазерный пучок, который проходит через волоконный световод 3 в электрооптический датчик 4. Отраженный от электрооптического датчика 4 пучок направляется в фотоприемник 5. Сигнал после фотоприемника 5 поступает в узкополосный усилитель и компаратор 6, где он сравнивается с опорным сигналом и поступает в компьютер 7 для сравнения с ранее записанными аналогичными сигналами для эталонного опорного высоковольтного изолятора.
Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния опорных высоковольтных изоляторов осуществляют посредством следующих операций.
Локацию областей с повышенной напряженностью электрического поля и измерение градиентов напряженности поля осуществляют электрооптическим датчиком 4 контроля напряженности электрического поля по значению коэффициента отражения R лазерного пучка от указанного датчика 4, которое пропорционально напряженности Ε электрического поля.
Предварительно электрооптический датчик 4 градуируют путем внесения его в калиброванное переменное электрическое поле.
Затем для каждого типа опорных высоковольтных изоляторов, которые подлежат диагностике, определяют в ходе стендовых измерений усредненные значения напряженности переменных электрических полей, соответствующие рабочему высокому напряжению и предельные границы градиентов напряженности электрических полей, не создающих электрический пробой или перекрытие изоляторов.
Далее электрооптический датчик 4, размещенный на диэлектрической штанге (на фиг. 1 она условно не показана) и соединенный через поляризационный дискриминатор 2 и волоконный световод 3 с лазерным излучателем 1, а также с фотоприемником 5, сканируют по поверхности опорного высоковольтного изолятора, регистрируя одновременно по определенный компьютерной программе пространственное положение электрооптического датчика 4 на поверхности изолятора и соответствующую ему напряженность электрического поля, измеряют нормальные и тангенциальные компоненты градиентов напряженности электрического поля.
Затем пространственное распределение повышенных нормальных и тангенциальных к поверхности градиентов напряженности электрического поля сравнивают по определенной компьютерной программе с ранее записанным распределением значений напряженности для эталонного опорного высоковольтного изолятора и выделяют области возможных внутренних пробоев и поверхностных перекрытий в изоляторе путем выделения градиентов напряженности электрического поля, превышающих уровень, безопасный для нормального функционирования высоковольтных опорных изоляторов данного типа.
При этом используют электрооптический датчик 4 и волоконный световод 3, в которых отсутствуют металлические элементы, при этом электрооптический датчик 4 выполнен с возможностью размещения непосредственно в переменном электрическом поле.
Для подтверждения промышленной применимости заявленного способа бесконтактной дистанционной диагностики состояния опорных высоковольтных изоляторов был выполнен эксперимент на реальном полимерном изоляторе ЛК 70/35 с поврежденной полимерной оболочкой (повреждение ребра).
Электрооптический датчик 4 был выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, изготовленного из монокристалла ниобата лития (LiNbO3) с размерами 2×0,5×10 мм3 на z - поверхности (L=10 мм).
Предварительно в нем интерферирующими лазерными пучками была сформирована периодическая доменная структура (ПДС), состоящая из 180° доменов общим числом в 200 периодов с размером 1,6 мкм. Эта конструкция размещалась в пластмассовом корпусе, который крепился к диэлектрической штанге. При исследовании образцов без повреждений (эталон) и образца с повреждением ребра было установлено превышение напряженности электрического поля в области повреждения на 7%, причем были зафиксированы и размеры повреждения порядка 24 мм2.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит по сравнению с прототипом обеспечить возможность определения момента возникновения преддефектного состояния за счет выявления областей с повышенной напряженностью электрического поля и измерения градиентов напряженности электрического поля в этих областях с последующим выделением дефектов.
Claims (2)
1. Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния опорных высоковольтных изоляторов, при котором используют датчик контроля напряженности электрического поля, отличающийся тем, что локацию областей с повышенной напряженностью электрического поля и измерение градиентов напряженности поля осуществляют электрооптическим датчиком контроля напряженности электрического поля по значению коэффициента отражения лазерного пучка от указанного датчика, которое пропорционально напряженности электрического поля, при этом предварительно электрооптический датчик градуируют путем внесения его в калиброванное переменное электрическое поле, затем для каждого типа опорных высоковольтных изоляторов, которые подлежат диагностике, определяют в ходе стендовых измерений усредненные значения напряженности переменных электрических полей, соответствующие рабочему высокому напряжению и предельные границы градиентов напряженности электрических полей, не создающих электрический пробой или перекрытие изоляторов, далее электрооптический датчик, размещенный на диэлектрической штанге и соединенный, через поляризационный дискриминатор и волоконный световод, с лазерным излучателем, а также с фотоприемником, сканируют по поверхности опорного высоковольтного изолятора, регистрируя одновременно по определенной компьютерной программе пространственное положение электрооптического датчика на поверхности изолятора и соответствующую ему напряженность электрического поля, измеряют нормальные и тангенциальные компоненты градиентов напряженности электрического поля, затем пространственное распределение повышенных нормальных и тангенциальных к поверхности градиентов напряженности электрического поля сравнивают по определенной компьютерной программе с ранее записанным распределением значений напряженности для эталонного опорного высоковольтного изолятора и выделяют области возможных внутренних пробоев и поверхностных перекрытий в изоляторе путем выделения градиентов напряженности электрического поля, превышающих уровень, безопасный для нормального функционирования высоковольтных опорных изоляторов данного типа.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют электрооптический датчик и волоконный световод, в которых отсутствуют металлические элементы, при этом электрооптический датчик выполнен с возможностью размещения непосредственно в переменном электрическом поле.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015131658/28A RU2597962C1 (ru) | 2015-07-29 | 2015-07-29 | Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015131658/28A RU2597962C1 (ru) | 2015-07-29 | 2015-07-29 | Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2597962C1 true RU2597962C1 (ru) | 2016-09-20 |
Family
ID=56937939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015131658/28A RU2597962C1 (ru) | 2015-07-29 | 2015-07-29 | Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2597962C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110669664A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-10 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种硅橡胶表面藻类的电场处理试验方法及其装置 |
RU2720638C1 (ru) * | 2019-10-23 | 2020-05-12 | Николай Иванович Безбородов | Устройство для мониторинга и диагностики высоковольтных линейных полимерных изоляторов |
CN114004187A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-01 | 国网上海市电力公司 | 雷电冲击电压下含缺陷的gis盆式绝缘子电场仿真方法 |
CN116859191A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-10-10 | 武汉大学 | 直流盆式绝缘子电场控制阈值计算系统和方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU883807A1 (ru) * | 1980-03-26 | 1981-11-23 | Сибирский научно-исследовательский институт энергетики | Оптический способ дистанционного контрол состо ни наружной и линейной изол ции |
JPH06324104A (ja) * | 1993-05-12 | 1994-11-25 | Kyushu Denki Seizo Kk | 電力線用碍子の破損検出方法及び装置 |
RU2305848C1 (ru) * | 2006-01-12 | 2007-09-10 | Зао Нпф "Оптоойл" | Способ дистанционной диагностики многоэлементной изолирующей конструкции |
RU2517776C1 (ru) * | 2012-12-03 | 2014-05-27 | Дамир Камилевич Зарипов | Способ оптической дистанционной диагностики изолирующей конструкции |
CN203981803U (zh) * | 2014-07-22 | 2014-12-03 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 | 光学电场传感器监测绝缘子装置 |
-
2015
- 2015-07-29 RU RU2015131658/28A patent/RU2597962C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU883807A1 (ru) * | 1980-03-26 | 1981-11-23 | Сибирский научно-исследовательский институт энергетики | Оптический способ дистанционного контрол состо ни наружной и линейной изол ции |
JPH06324104A (ja) * | 1993-05-12 | 1994-11-25 | Kyushu Denki Seizo Kk | 電力線用碍子の破損検出方法及び装置 |
RU2305848C1 (ru) * | 2006-01-12 | 2007-09-10 | Зао Нпф "Оптоойл" | Способ дистанционной диагностики многоэлементной изолирующей конструкции |
RU2517776C1 (ru) * | 2012-12-03 | 2014-05-27 | Дамир Камилевич Зарипов | Способ оптической дистанционной диагностики изолирующей конструкции |
CN203981803U (zh) * | 2014-07-22 | 2014-12-03 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 | 光学电场传感器监测绝缘子装置 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110669664A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-10 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种硅橡胶表面藻类的电场处理试验方法及其装置 |
RU2720638C1 (ru) * | 2019-10-23 | 2020-05-12 | Николай Иванович Безбородов | Устройство для мониторинга и диагностики высоковольтных линейных полимерных изоляторов |
CN114004187A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-01 | 国网上海市电力公司 | 雷电冲击电压下含缺陷的gis盆式绝缘子电场仿真方法 |
CN114004187B (zh) * | 2021-10-28 | 2022-10-11 | 国网上海市电力公司 | 雷电冲击电压下含缺陷的gis盆式绝缘子电场仿真方法 |
CN116859191A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-10-10 | 武汉大学 | 直流盆式绝缘子电场控制阈值计算系统和方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2597962C1 (ru) | Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов | |
Ma et al. | A high sensitivity optical fiber sensor for GIS partial discharge detection | |
TWI345060B (en) | Noncontact type single side probe device and apparatus and method for testing open or short circuits of pattern electrodes using the same | |
US4758792A (en) | Method for utilizing a spherical dipole probe for detecting faults in high voltage transmission line insulators | |
Mangeret et al. | Optical detection of partial discharges using fluorescent fiber | |
US9778110B1 (en) | Self-referencing cavity enhanced spectroscopy (SRCES) systems and methods | |
Golenishchev-Kutuzov et al. | Integrated noncontact diagnostics of the operable condition of high-voltage insulators | |
DE102014116908A1 (de) | Faser ausgerichtet und in Bezug auf Bewegung gekoppelt mit einem elektrischem Kabel | |
US20150142344A1 (en) | Method and apparatus for measuring partial discharge charge value in frequency domain | |
RU2720638C1 (ru) | Устройство для мониторинга и диагностики высоковольтных линейных полимерных изоляторов | |
RU2491562C1 (ru) | Способ контроля изоляции кабельного изделия | |
Ansari et al. | Feasibility of optical fibre sensors for moisture diagnosis in transformer insulation | |
Carvalho et al. | Virtual instrumentation for high voltage power capacitors assessment through capacitance monitoring and acoustic partial discharge detection | |
CN106093732A (zh) | 用于高压电气设备局部放电检测的光纤方向传感器 | |
CN110308337A (zh) | 一种铁电晶体矫顽场的非接触式光学测量装置和方法 | |
Gagliani et al. | Capacitance measurements for nondestructive testing of aged nuclear power plant cable | |
De Maria et al. | Innovative optical systems and sensors for on line monitoring of high voltage overhead lines and power components | |
US7317517B2 (en) | Birefringence profiler | |
Polisetty | Partial discharge classification using acoustic signals and artificial neural networks and its application in detection of defects in Ceramic insulators | |
CN109030962B (zh) | 基于电光折射和离散化微信号的电场性能测量方法及装置 | |
Cao et al. | Insulation delamination detection of three-phase composite structure based on terahertz time-domain spectral | |
Gräf et al. | Application of Fiber Optic Sensor Systems for Acoustic And Optical Monitoring Of Transmission Systems And Switchgear | |
Schon et al. | Basics of partial discharge measurement | |
FitzPatrick et al. | Comparative high voltage impulse measurement | |
Tang et al. | Composite Insulator Detection Technology Based on Optical Field Sensing and Fourier Spectrum Combined Detection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170730 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181016 |