Снижение затрат на обслуживание высоковольтных выключателей с помощью метода раннего обнаружения дефектов

"Безразборный метод диагностики  состояния высоковольтных выключателей, разработанный и реализованный СКБ ЭП, является эффективным средством обнаружения дефектов и неисправностей высоковольтных выключателей, что позволяет снизить расходы на ремонт и эксплуатацию оборудования"

Главный инженер ОАО "Тулэнерго" В.В. Костин

Предприятия, эксплуатирующие силовое электроэнергетическое оборудование, сталкиваются с большими трудностями – большая часть техники устарела как морально, так и физически. Инвестиции на новую технику незначительны, обслуживающий персонал сокращается. Около 40% масляных и воздушных выключателей, прежде всего на 110 и 220 кВ, отработало установленный нормативами минимальный срок службы, а к 2015г. предполагается обновить лишь 55% всего парка выключателей.<.p>

Предприятие "СКБ ЭП" занимается разработкой и производством приборов для безразборного контроля высоковольтных выключателей (ПКВ). Эти приборы позволяют проводить диагностику выключателя без его разбора, без слива масла и  отсоединения шунтирующих резисторов, они проверяют сразу  все механические части и узлы выключателя, а также контролируют несколько характеристик узла (временные, скоростные, параметры хода) одновременно. Для диагностики необходимо только отключить напряжение и заземлить выключатель.

Полученные с помощью специальных приборов (таких, как  ПКВ/М6, ПКВ/М7, ПКВ/У3) графики при диагностике высоковольтных выключателей используются для анализа состояния выключателя. Такой метод получил название метод раннего обнаружения дефектов в механизмах высоковольтных выключателей. Он позволяет обнаружить не только неисправности на ранней стадии их развития, но даже небольшие отклонения в работе узлов выключателя, основываясь на полученных с помощью прибора графиках процесса. Метод заключается в регистрации процесса перемещения одного из элементов механизма (подвижного контакта, траверсы, вала привода и др.) при пусках выключателя и сопоставлении полученного графика с графиком полностью исправного выключателя либо с графиком, снятым с этого же выключателя при последнем его обследовании.

Хотя в практике контроля высоковольтных выключателей графическая форма отображения результатов, казалось бы, давно хорошо известна (например, временные осциллограммы, получаемые на светочувствительной бумаге шлейфового осциллографа, и виброграммы скорости, рисуемые с помощью вибрографа и подвижной линейки), однако эти графики неудобны для непосредственного восприятия и требуют предварительную ручную обработку.

При автоматических измерениях скоростных характеристик с помощью датчиков перемещения с высокой разрешающей способностью можно получить совсем другие графики: скорость в зависимости от времени, скорость в зависимости от хода, ход в зависимости от времени. Они отображают процессы движения траверсы и подвижных контактов, взаимодействие их с направляющими механизмами, подвижными контактами и буферами. Следовательно, по их внешнему виду и отклонению его от стандартного, можно оперативно произвести диагностику неисправности этих узлов сразу после вывода выключателя из эксплуатации.

Использование приборов позволяет:

1. В 1,5 раза снизить затраты предприятия на обслуживание высоковольтных выключателей.
2. Вдвое сократить время диагностики выключателя.
3. В ряде случаев использование приборов ПКВ приводило к полному отказу от проведения планового ремонта ввиду нормального состояния выключателей. 

Требования к техническому состоянию высоковольтного выключателя определяются инструкцией завода-изготовителя и соответствующей нормативно-технической документацией. Оценка текущего состояния выключателя (в норме, не в норме) сводится к выявлению уже имеющихся отклонений от заводских параметров. Но обнаружение еще только зарождающихся либо скрытых дефектов, когда отклонение параметра еще не вышло за паспортные нормы либо проявляется лишь в отдельные моменты, возможно только при получении и анализе графиков  всего процесса пуска выключателя.

Для оценки состояния высоковольтного выключателя используются различные способы, но удобнее всего проводить диагностику выключателя с помощью специально предназначенных приборов, таких как ПКВ/М6Н и ПКВ/М7. Применение этих приборов сокращает время проведения комплексного обследования при значительном повышении его качества, а также позволяет обоснованно отказаться от проведения капитального ремонта. Кроме того, с помощью приборов ПКВ/М6Н и ПКВ/М7 удается выявлять скрытые дефекты, которые, как известно, являются одними из самых опасных.

"Метод прост, надежен и нагляден.  Позволяет экономить время и планируется к дальнейшему применению в нашей организации".

Начальник ЭТЛ  ОАО РАО "ЕЭС России" филиал ОАО "Вологдаэнерго" 
Вологодская теплоэлектроцентраль С.В. Мельников о методе

Начальник службы электрификации и электроснабжения
Восточно-Сибирской железной дороги В.А. Драница о приборах типа ПКВ

Иллюстрацию метода можно провести на масляном выключателе МКП-110М. На приведенных ниже графиках изображены скоростные характеристики и осциллограммы замыкания - размыкания контактов по полюсам А, В, С.

Рис.1. График процесса отключения исправного выключателя

На графике процесса отключения исправного выключателя (Рис.1.) можно выделить пять характерных участков, отмеченных стрелками с буквами: от начала движения до точки b - участок ab, участки bc, cd, de и ef . Если бы использовалась развертка по времени, то на графике присутствовал бы еще один участок: от момента подачи командного импульса до начала движения - участок 0 a Процессы, происходящие на отдельных участках:

• Участок 0a . Запуск и отработка команды «отключение» приводом. Этот участок следует анализировать на графике с разверткой по времени. В точке a отработка команды приводом заканчивается. 
• Участок ab . Разгон штанги с траверсой за счет действия пружин контактов, пружин дугогасительных устройств и отключающих пружин. Размыкание контактов в точке b . 
• Участок bc . Прекратили действовать пружины контактов, и дальнейший разгон штанги с траверсой происходит за счет действия пружин дугогасительных устройств и отключающих пружин. 
• Участок cd . Прекратили действовать пружины, и дальнейшее движение штанги с траверсой происходит за счет инерции и действия силы тяжести. 
• Участок de . В действие вступает масляный буфер, который гасит скорость штанги с траверсой. 
• Участок ef . Продолжается действие масляного буфера. Штанга с траверсой под действием силы тяжести медленно движется до останова в точке f .

По приведенному графику скорости можно оценить работу пружин контактов, пружин дугогасительных устройств, отключающих пружин, отсутствие затираний в направляющем устройстве, работу масляного буфера.

Рис.2. График процесса включения исправного выключателя

На графике процесса включения исправного выключателя (Рис. 2.) можно выделить пять участков. Процессы, происходящие на них, следующие:

• Участок 0a. Задержка срабатывания привода. Этот участок следует анализировать на графике с разверткой по времени. 
• Участок ab. Разгон штанги с траверсой за счет действия электромагнитного привода. 
• Участок bc:  В точке b происходит соприкосновение подвижных контактов с нижними контактами дугогасительных устройств. Скорость резко падает из-за увеличения массы движущихся частей
• Участок cd. Продолжается разгон траверсы электромагнитным приводом, но траверса уже движется вместе со штангами с подвижными контактами дугогасительных устройств. 
• Участок de. На этом участке прекращает работу электромагнитный привод. Происходит сжатие отключающих пружин, пружин дугогасительных устройств и пружин контактов. В точке e штанга с траверсой останавливается.

Зная, как себя ведет исправный выключатель при включении и отключении (поведение графика в процессе включения/отключения) можно легко выявлять неисправности выключателя по графикам.

Если графика исправного выключателя нет, но есть график, снятый на обследуемом выключателе при  предыдущем его обследовании, то, сравнивая эти два графика можно проследить тенденции изменений и предположить таким образом, что ожидать от данного выключателя в будущем.

Рис. 3. График процесса отключения выключателя с неработающим масляным буфером

Из приведенного выше графика (Рис. 3.) видно, что у выключателей с неработающим масляным буфером происходят резкие удары коромысла о буфер и штанга с траверсой совершает многократные возвратные движения до остановки (участок df исправного выключателя (Рис. 1.) выродился в спираль 1 - 2).

Также можно  выявить наличие "затираний" в одном из полюсов (скрытый дефект), вызванный, например, сильно зажатыми щёками направляющего устройства. Этот дефект лучше всего проявляется на графике "скорость-ход" (Рис. 4). Места понижения скорости на графике (точки 1 и 2) указывают, что затирание происходит при значениях хода  (41…62)мм и (131…182)мм.

Рис. 4. График процесса включения выключателя с сильно зажатыми щеками направляющего устройства

Такой сложный дефект, как люфты в подвижных частях, также определяется приборами ПКВ/М6Н и ПКВ/М7. Люфты создают прерывистую нагрузку от механизмов трех полюсов на общий привод, через который происходит взаимное влияние трех процессов движения, хорошо наблюдаемое при совмещении графиков «скорость-время» двух (или трех) полюсов (Рис. 5). 

Рис. 5. Наложение графиков процессов отключения, развернутых во времени, двух полюсов выключателя

Взаимодействие механизмов полюсов происходит следующим образом. После начала движения из-за плохого состояния дугогасительного устройства или отключающих пружин штанга с траверсой полюса С двигается с более медленной скоростью, чем штанга с траверсой полюса В. В это время выбирается люфт между полюсами. К моменту времени точки 1 люфт между полюсами оказывается весь выбранным. Происходит взаимодействие движущихся масс. Одна штанга с траверсой получает ускоряющий импульс, а другая тормозящий. Начиная с этого момента времени, происходит соответствующее изменение скоростей движения траверс. И к моменту времени точки 2 скорости движения штанг с траверсами стабилизируются, но опять оказываются разными. Теперь штанга полюса С еще двигается быстрее штанги полюса В. Люфт выбирается в другую сторону.  В момент времени точки 3 штанга с траверсой полюса В начинает тормозиться масляным буфером. А штанга полюса С еще двигается со значительной скоростью. В момент времени точки 4 люфт оказывается весь выбранным. Происходит взаимодействие движущихся масс. Штанга с траверсой полюса С получает тормозящий импульс, а штанга с траверсой В – ускоряющий. Это объясняет всплеск скорости на участке торможения у полюса В и наличие зубцов из-за интенсивного воздействия на участке торможения у полюса С.

По графику "скорость-время" диагностируется еще один дефект – увеличенное время отключения выключателя. На Рис. 5 хорошо виден участок 0а – от момента подачи команды до начала движения. В течение этого интервала времени происходит отработка команды обработка команды "отключение" приводом, и штанга с траверсой еще не движется. В точке а отработка команды приводом заканчивается. И если интервал 0-а превышает определенную величину, найденную по графикам для исправленных выключателей, то дефект в приводе. Если интервал не превышает этой величины, то виновником является один из узлов механизма, передающего движение от привода до подвижного контакта. И для его определения анализируются графики "скорость-ход" способом, рассмотренным выше.

Таким образом, можно сделать вывод, что метод диагностики скрытых дефектов при помощи анализа графиков, полученных приборами ПКВ/М6Н и ПКВ/М7, прост, надежен и нагляден, позволяет экономить время.

Графики позволяют определить неисправности и отклонения на ранней стадии и более эффективно планировать ремонт. Даже минимальный опыт в расшифровке графиков позволяет до начала ремонта выявить узлы и устройства выключателя, требующие вмешательство ремонтного персонала, не подвергать ненужной (а зачастую и вредной) разборке исправные узлы, тем самым, сокращая время ремонта.

"Мнение о целесообразности дальнейшего применения метода однозначно: ПРИМЕНЯТЬ!"

Главный энергетик ОАО "Красцветмет" В.Г.Бузаев

Применение "метода" и приборов ПКВ/М6Н и ПКВ/М7 для диагностирования скрытых дефектов выключателей неоднократно одобрено пользователями этих приборов, таких как ФСК ЕЭС, Мосэнерго, ОАО "Якутскэнерго", ОАО "Красцветмет", ЗАО "Спецэлектромонтаж",  ОАО "Тулэнергопкомплект", ОАО "Уралэлектротяжмаш", Филиал ОАО "ОГК-3", "Хабаровская ГРЭС", Восточно-Сибирская железная дорога, ОАО "Тулэнерго", ОАО РАО "ЕЭС России" филиал ОАО "Вологдаэнерго" Вологодская теплоэлектроцентраль и другие (отзывы →).

Представленный материал информационно-аналитический, не носит рекламный характер и не призывает к действию. Сведения предназначены для информирования пользователей сайта www.skbpribor.ru о продукте производителя.