В последние годы в энергосистемах страны вентильные разрядники активно заменяются более совершенными нелинейными ограничителями перенапряжений (ОПН). Однако до настоящего времени в энергосистемах количество эксплуатируемых вентильных разрядников значительно превышает количество ОПН. Предприятия, эксплуатирующие вентильные разрядники, заинтересованы в продлении их срока службы, так как они зарекомендовали себя высоконадёжными устройствами. Хотя большая часть вентильных разрядников эксплуатируется от 10 до 20 лет, а некоторые — близко к предельному сроку службы, очевидно, что обновление или замена вентильных разрядников будет происходить в течение длительного времени, определяемого экономическими возможностями, интенсивностью повреждений и результатами отбраковки. Следовательно, своевременное выявление дефектов средств защиты от перенапряжений (СЗОП), качество работы которых гарантирует надёжность работы дорогостоящего электрооборудования, является актуальной проблемой энергетики.
К методам диагностики, позволяющим своевременно выявить дефекты в СЗОП, относятся:
Тепловизионное обследование (с помощью приборов инфракрасной техники с высокой разрешающей способностью по температуре (не ниже 0.5°С).
Измерение сопротивления изоляции
Измерение пробивного напряжения (Unp) промышленной частоты 50 Гц.
Измерение токов проводимости (/пр) у разрядников с шунтирующими сопротивлениями, которые должны соответствовать нормативным значениям.
Методика тепловизионного контроля высоковольтных вентильных разрядников в рабочем состоянии достаточно хорошо разработана, и по ней опубликовано много работ. Благодаря её применению выявляются следующие виды неисправностей в элементах вентильных разрядников, приводящие к их аномальным нагревам:
нарушение герметичности;
обрыв или увлажнение шунтирующих резисторов;
замыкание искровых промежутков;
нарушение заводской комплектации элементов.
Руководящий документ предлагает считать исправным разрядник, «верхние элементы которого в месте расположения шунтирующих резисторов нагреты одинаково». Однако опыт эксплуатации показывает, что температуры одинаковыми на всех верхних элементах фаз разрядника одного присоединения практически никогда не бывают (несимметрия фазных напряжений, неидентичное расположение разных фаз разрядников относительно точки съёмки, разная степень загрязненности элементов разрядника и др.) и всегда отличаются (даже при исправных элементах) на доли, а иногда и на целые градусы. Практический опыт показывает, что при разнице перепада температуры верхних элементов разрядника относительно соседних в 2—3°С можно с уверенностью утверждать, что элемент разрядника дефектный и его рекомендуется немедленно вывести в ремонт.
Если различие температур аналогичных элементов разных фаз разрядника в пределах от 2 до 5°С, то целесообразно провести дополнительные испытания. После анализа всех результатов диагностики окончательное решение о ремонте обычно остаётся за персоналом, в чьём введении находится СЗОП. Здесь уместно отметить, что аналогичных рекомендаций придерживаются и за рубежом, например в соответствии с американским стандартом.
Важным параметром и надёжным показателем, характеризующим работоспособность разрядников, является величина его пробивного напряжения. Это измерение на практике часто применяется в тех случаях, когда исправность того или иного элемента разрядника вызывает определённые сомнения по полученным термограммам тепловизионного контроля и данных измерений токов проводимости.
Как известно, измерение пробивного напряжения вентильных разрядников производится с целью определения состояния их искровых промежутков и соответствия защитных характеристик требуемым нормам. Испытания на пробой позволяют эффективно выявить дефекты разрядников, появившиеся в результате неправильной транспортировки, разгерметизации в процессе эксплуатации или в результате снижения ими пропускной способности.
Заметим, что пробивным напряжением элементов вентильных разрядников принято считать среднее значение из не менее трёх измерений для разрядников РВС, пяти измерений для разрядников РВРД, десяти измерений для разрядников РВМ, РВМГ и РВМК.
Оценка состояния вентильных разрядников производится путём сопоставления измеренных значений пробивного напряжения с предельно допустимыми значениями, приведёнными в паспорте разрядника или в действующих нормах испытания электрооборудования.
После окончания измерений пробивных напряжений дополнительно должны быть измерены токи проводимости разрядников при выпрямленном напряжении для контроля целостности шунтирующих резисторов.
Измерения пробивных напряжений вентильных разрядников с шунтирующими резисторами могут выполняться только при обязательном соблюдении определённых требований. Например, время подъёма напряжения частотой 50 Гц на элементе разрядников серии РВС, РВМ, РВРД, РВМГ, РВМК-330.
РВМК-500 до пробивного не должно превышать 0.5 с, а разрядников серии РВМК-400В, РВМК-750, РВМК-1150 - 1.0 с.
Превышение допустимого времени подъёма напряжения может привести к перегреву и разрушению шунтирующих резисторов разрядника. С другой стороны, время подъёма напряжения должно быть не менее 0.1 с.
Интервал между отдельными измерениями должен быть не менее 10 с и не более 1 мин, а длительность протекания тока через разрядник после пробоя его искровых промежутков не должна превышать 0.5 с; ток нужно ограничивать, например, дополнительным резистором до 0,7 А.
Эти требования могут быть выполнены в испытательной установке для измерения пробивного напряжения вентильных разрядников с шунтирующими резисторами.
Как известно, серийный выпуск подобных установок для испытания вентильных разрядников не производится, однако она может быть укомплектована и изготовлена в виде стенда, например, в электротехнической лаборатории эксплуатационным персоналом с использованием следующих рекомендаций.
В качестве источника испытательного напряжения при определении пробивных напряжений разрядников РВС целесообразно использовать типовой трансформатор НОМ-100/10.
Для определения значений пробивных напряжений вентильных разрядников всех остальных типов, кроме элементов разрядников РВМК-400В, РВМК-750 и РВМК-1150, обычно используется испытательный трансформатор НОМ-100/25.
Повышение напряжения на испытательном трансформаторе Т2 до значения пробивного в течение допустимого времени осуществляется регулировочным автотрансформатором 77 типа РНО-250-10, в котором червячный привод и гибкий трос регулятора, связывающий контактный ролик с рукояткой, заменены жёсткой тягой. В цепь питания РНО включается балластный резистор Rx со значением сопротивления 0.5... 1.0 Ом для ограничения тока в рабочих резисторах разрядника после пробоя искровых промежутков. Защитный резистор может быть включен со стороны испытуемого разрядника (R2), при этом его сопротивление должно быть не менее 150 кОм.
Сетевое напряжение 220 В контактами кнопки SBX подаётся на обмотку магнитного пускателя КМ по последовательной цепи через замкнутые контакты реле времени РВ и реле тока РТ.
После замыкания контактов магнитного пускателя напряжение 220 В подаётся на регулировочный автотрансформатор 77, в исходном состоянии которого скользящие выходные контакты находятся на минимальном числе витков его обмотки. Подъём напряжения на испытательном трансформаторе Т2 осуществляется быстрым передвижением жёсткой тяги регулировочного автотрансформатора, благодаря чему обеспечивается практически линейно нарастающее напряжение на разряднике до его пробоя.
Однако скользящими контактами РНО подаётся питание на цепь обмотки реле времени РВ, контактами которого через 0.5 с размыкается цепь обмотки магнитного пускателя и происходит отключение испытательной установки от питающей сети.
Отключение испытательной установки происходит также и в результате разрыва цепи питания обмотки магнитного пускателя контактами реле тока РГ(типа РТ-40), через обмотку которого протекает ток вентильного разрядника BP при пробое его искровых промежутков. Уставка реле тока должна быть около 0.2...0.3 А.
Существующие новые универсальные цифровые осциллографы и регистраторы предназначены, как правило, для лабораторных условий и малопригодны для применения в составе высоковольтных установок с мощными электромагнитными импульсами и помехами. В то же время современная микроэлектронная база позволяет создавать специализированные и сравнительно дешёвые цифровые устройства для этих целей.