Диагностика электрооборудования это комплекс средств и методов призванных определить техническое состояние и найти неисправности. После устранения неисправностей проводится контрольные испытания в электротехнической лаборатории. Диагностика электрооборудования позволяет, используя современные приборы определять состояние оборудования, не прибегая к его глубокой разборке. Благодаря своевременному диагностированию можно контролировать степень надежности электрооборудования.
Физико-химические методы. Энергетическое воздействие на изоляцию электрических устройств приводит к ее изменениям на молекулярном уровне. Это происходит вне зависимости от типа изоляции и завершается химическими реакциями с образованием новых химических соединений, причем под действием электромагнитного поля, температуры, вибрации одновременно идут процессы разложения и синтеза. Анализируя количество и состав появляющихся новых химических соединений можно делать выводы о состоянии всех элементов изоляции. Наиболее просто это сделать с жидкой углеводородной изоляцией, каковой являются минеральные масла, так как все или почти все образовавшиеся новые химические соединения остаются в замкнутом объеме.
Преимуществом физико-химических методов диагностического контроля является их высокая точность и независимость от электрических, магнитных и электромагнитных полей и от других энергетических воздействий, так как все исследования проводятся в физико-химических лабораториях. Недостатками этих методов является относительная дороговизна, и запаздывание от текущего времени, то есть неоперативный контроль.
Метод хроматографическогоконтроля маслонаполненного оборудования. Этот метод основан на хроматографическом анализе различных газов, выделяющихся из масла и изоляции при дефектах внутри маслонаполненного электрооборудования. Алгоритмы определения дефектов, на ранней стадии их возникновения, основанные на анализе состава и концентрации газов, являются распространенными, хорошо проработанными для диагностики маслонаполненного электрооборудования и описаны в [52].
Оценка состояния маслонаполненного оборудования осуществляется на базе контроля:
– предельных концентраций газов;
– скорости нарастания концентраций газов;
– отношений концентраций газов.
Метод контроля диэлектрических характеристик изоляции. Метод основан на измерении диэлектрических характеристик, к которым относятся токи утечки, величины емкости, тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) и др. Абсолютные значения tgd, измеренные при напряжениях, близких к рабочему, а также его приращения при изменении испытательного напряжения, частоты и температуры, характеризуют качество и степень старения изоляции.
Для измерения tgd и емкости изоляции используются мосты переменного тока (мосты Шеринга). Метод используется для контроля высоковольтных измерительных трансформаторов и конденсаторов связи.
Метод инфракрасной термографии. Потери электрической энергии на нагрев элементов и узлов электрооборудования в процессе эксплуатации зависят от их технического состояния. Измеряя инфракрасное излучение, обусловленное нагревом, можно делать выводы о техническом состоянии электрооборудования. Невидимое инфракрасное излучение с помощью тепловизоров преобразуется в видимый человеком сигнал. Данный метод дистанционный, чувствительный, позволяющий регистрировать изменения температуры в доли градуса. Поэтому его показания сильно подвержены влияющим факторам, например, отражающей способности объекта измерения, температуре и состоянию окружающей среды, так как запыленность и влажность поглощают инфракрасное излучение, и др.
Оценка технического состояния элементов и узлов электрооборудования под нагрузкой производится либо сопоставлением температуры однотипных элементов и узлов (их излучение должно быть примерно одинаковым), либо по превышению допустимой температуры для данного элемента или узла. В последнем случае тепловизоры должны иметь встроенное оборудование для коррекции влияния температуры и параметров окружающей среды на результат измерения.
Метод вибродиагностики. Для контроля над техническим состоянием механических узлов электрооборудования используют связь параметров объекта (его массы и жесткости конструкции) со спектром частот собственной и вынужденной вибрации. Всякое изменение параметров объекта в процессе эксплуатации, в частности жесткости конструкции вследствие ее усталости и старения, вызывает изменение спектра. Чувствительность метода увеличивается с ростом информативных частот. Оценка состояния по смещению низкочастотных составляющих спектра менее эффективна.
Методы контроля частичных разрядов в изоляции. Процессы возникновения и развития дефектов изоляторов ВЛ, независимо от их материала, сопровождаются появлением электрических или частичных разрядов, которые, в свою очередь, порождают электромагнитные (в радио и оптическом диапазонах) и звуковые волны. Интенсивность проявления разрядов зависит от температуры и влажности атмосферного воздуха и связана с наличием атмосферных осадков. Такая зависимость получаемой диагностической информации от атмосферных условий требует совмещать процедуру диагностирования интенсивности разрядов в подвесной изоляции ЛЭП с необходимостью обязательного контроля температуры и влажности окружающей среды.
Для контроля широко применяются все виды и диапазоны излучения. Метод акустической эмиссии работает в звуковом диапазоне. Известен метод контроля оптического излучения ПР с помощью электронно-оптического дефектоскопа. Он основан на регистрации пространственно временного распределения яркости свечения и определении по ее характеру дефектных изоляторов. Для этих же целей с разной эффективностью применяют радиотехнический и ультразвуковой методы, а также метод контроля ультрафиолетового излучения с помощью электронно-оптического дефектоскопа «Филин».
Метод ультразвукового зондирования. Скорость распространения ультразвука в облучаемом объекте зависит от его состояния (наличия дефектов, трещин, коррозии). Это свойство используется для диагностики состояния бетона, древесины и металла, которые широко применяются в энергохозяйстве, например, в качестве материала опор.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ – конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
На локомотивах электрические аппараты работают в сложных условиях. По этой причине они представляют собой устройства с относительно невысокой надежностью и низкой контролепригодностью, требующие большого количества датчиков при диагностировании. При этом, соответственно, требуется значительное число контрольных точек, тестовых сигналов, что затрудняет контроль их технического состояния и получения достоверных данных.
Если диагностирование цепей управления локомотивом и низковольтной аппаратурой необходимо проводить встроенными средствами, то диагностирование групповых контакторов предпочтительнее выполнять на специализированных стендах, на которых установлены постоянные или временные датчики. Особенно важное значение имеет наличие на локомотиве постоянных средств контроля за состоянием цепей управления, обеспечивающих надежность локомотива в условиях эксплуатации. Для оперативного обнаружения неисправностей в электрической схеме локомотива необходимо иметь быстродействующие автоматизированные средства технического диагностирования, которые дают возможность быстро отыскать отказ в схеме.
Таким образом, для проверки технического состояния электрических аппаратов целесообразно использовать как стационарные, так и встроенные средства технического контроля. Большинство электрических аппаратов при их большом разнообразии имеют много общих параметров, что позволяет использовать автоматизированные системы контроля. Такими параметрами являются:
- — качество электрического контакта;
- — омическое сопротивление электрической изоляции;
- — активное сопротивление обмоток;
- — контактное нажатие и т.д.
Разработка и выбор датчиков для получения сигналов и преобразования их в форму, удобную для передачи на средства обработки полученной информации, является первостепенной задачей. Они должны иметь небольшие размеры, высокую помехоустойчивость и надежность, а также обеспечивать точность измерений при диагностировании.
Все электрические аппараты, в том числе и силовые контакторы, работающие в сложных условиях, подвергаются влиянию агрессивных сред, вибрации и воздействию других отрицательных факторов, одним из которых является процесс гашения дуги при размыкании контактов. Износ контактов при гашении дуги подчиняется следующей зависимости:
где Cj, С2 — коэффициенты пропорциональности износа контактов, соответственно при включении и выключении контактора;
п — число включений контактора.
При определении предельного износа необходимо учитывать материал контактов, их форму, особенности системы дугогашения, параметры кинематической системы, динамику его работы и электрические параметры. Это позволяет выбрать наиболее информативный параметр, который определяет переходное сопротивление в зоне контакта i?nep. Со снижением качества контакта увеличивается переходное сопротивление, а следовательно, и падение напряжения на контакте при большом токе. При этом происходит рост температуры в зоне контакта с последующим его перегревом и оплавлением. Из сказанного следует, что в этом случае необходимо использовать диагностический параметр, который оценивает качество контакта, и метод его определения. В зоне повышенной температуры контактов наблюдается инфракрасное излучение, которое можно зафиксировать специальными приборами (болометрами) [63J.
В процессе эксплуатации система приводов коммутационных аппаратов изменяет свои первоначальные параметры, приводящие к нарушению правильного функционирования контакторов, что проявляется снижением контактного нажатия, времени срабатывания, нарушением очередности секвенции (порядка включения электроаппаратов) групповых контакторов. При диагностировании электромагнитных и электропневматических контакторов используется стенд, состоящий из стационарного измерительно-регистрационного устройства (рис. 5.10, а) или переносных устройств, подключаемых к контрольным точкам. Стенд имеет четыре поста, к которым подключается переносное устройство. Процесс измерений электрических аппаратов одной секции локомотива длится несколько минут. При этом с пульта управляют работой стабилизатора (рис. 5.10, б), аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), масштабизатора и печатающего устройства (ЦПУ). Компенсатор служит для компенсации влияния соединительных проводов, переходных сопротивлений, а также для формирования выходного сигнала, пропорционального измеряемому сопротивлению. Схема разбивается на небольшие участки. Процесс проверки начинается с исходной точки и заканчивается записью результатов измерения всех параметров.
Применение средств технического диагностирования при ремонте локомотивов позволяет предупредить отказы силовых цепей. Скрытые дефекты в электрических проводах, в местах силового контакта можно обнаружить с помощью специальных устройств, исследуя состояние каждого электрического соединения и контакта.
Техническое состояние электрических соединений в силовых цепях локомотивов позволяет определять прибор, схема которого
Рис. 5.10. Структурные схемы стационарного измерительно-регистрирующего устройства (а) и системы управления (б) процессом диагностирования электрических аппаратов и силовых электрических цепей:
/ — измерительный контакт; 2 — базовый зажим; 3 — контрольная лампа «Измерение»; 4 — кнопка «Пуск»; 5 — щуп измерительный приведена на рис. 5.11. В нем имеется щуп из латунного прутка с серебряным наконечником и медная струбцина. Перед испытанием прибор настраивается в комплекте с измерительными проводами резистором R9 (стрелка шкалы прибора устанавливается на «О»). Резистором R17 проводится калибровка прибора. Значение измеряемого тока 0,5—1,0 А, а диапазоны измерений сопротивления изоляции 0—50 и 0—500 мОм [64].
Прибор подключается к аккумуляторной батарее локомотива. Аппарат технологичен и имеет небольшую массу. Проверка заключается в постепенном касании щупом всех точек, где имеется электрический контакт (соединение) с записью информации в память микропроцессорных устройств. Для этого используется микроЭВМ «Электроника ДЗ-28» (возможно использование и других микроЭВМ). Рабочая программа написана на языке «Basic». Программа предусматривает работу с информацией в режиме диалога и реализует ввод информации, ее считывание с магнитной ленты, редактирование, запись на магнитную ленту, вывод на дисплей и печать. Вся информация фиксируется на электронных носителях информации.
Групповые (многопозиционные) переключатели широко применяются на тяговом подвижном составе. Их основным достоинством является строгая очередность срабатывания в процессе эксплуатации. Однако с течением времени увеличивается износ их механи-
Рис. 5.11. Принципиальная схема переносного прибора для диагностирования
контактов ческой части (рис. 5.12, а, б), который приводит к нарушению очередности замыкания контактов [5].
При техническом обслуживании групповых переключателей желательно использовать стационарные средства. Все групповые переключатели обладают низкой контролепригодностью и надежностью. Для диагностирования групповых переключателей следует выбрать такие параметры, чтобы их можно было легко определить и использовать для обработки в микропроцессорных устройствах. При диагностировании развертки кулачковых шайб необходимо
Рис. 5.12. Диагностирование групповых многопозиционных переключателей: а — взаимодействие ролика и кулачковой шайбы; б — определение числа контактов позиции; в — конструкция лимба с контактными (К) и бесконтактными (БК) устройствами получения эталонного сигнала; г — детали конструкции
получения эталонного сигнала
иметь эталонный параметр, с которым можно было бы сравнивать полученную величину. Эталонный параметр можно получить с помощью специального лимба (рис. 5.12, в), разбитого на Аппозиций. Угол между позициями
На каждой позиции на лимбе наносятся метки К фиксированного положения в виде отрезка контактного медного провода или небольшого отверстия БК или БК’ (последнее имеет продолговатую форму, определяющую размер допуска). Эталонный сигнал, полученный контактным или бесконтактным способом (рис. 5.12, г), через усилители поступает на элемент сравнения, где сравнивается с полученным сигналом числа замкнутых контактов на проверяемой позиции.
Для получения сигнала технического состояния кулачкового вала можно воспользоваться резисторной матрицей (рис. 5.13, а), рассчитанной таким образом, чтобы на каждой позиции при правильном замыкании контактов суммарное сопротивление резисторов было одинаковым. Это позволяет процесс диагностирования перевести в автоматический режим. Если хотя бы один контакт не замкнется на фиксированной эталонной позиции, то суммарное соп-
Рис. 5.13. Схемы диагностирования развертки кулачкового вала (а) и электро- пневматического привода (б):
ЭС — элемент сравнения; У — усилитель; УВМ — управляемый мультивибратор; РК1, РК2 — электропневматические вентили ротивление изменится, а следовательно, изменится значение сигнала технического состояния / , а при сравнении его с эталонным /эт, получим разностную величину /, которая и будет характеризовать качество развертки кулачковых шайб.
Диагностирование привода группового контактора необходимо выполнять параллельно с диагностированием развертки кулачкового вала, используя для этого управляемый мультивибратор (рис. 5.13, б), которым можно задавать управляющие импульсы для электропнев- матических вентилей любой необходимой частоты.