ОАО "Новая ЭРА" представляет мониторинг состояния изоляции высоковольтных ЭЭС напряжением 6 и 10 кВ для судов и других морских объектов
Высоковольтные судовые ЭЭС
В судостроении расширяется область применения электроэнергетических систем (ЭЭС) напряжением 6 и 10 кВ. Эксплуатация ЭЭС морских объектов сопровождается старением и механическим разрушением слоев изоляции высоковольтного оборудования при непрерывном воздействии на изоляцию вибраций и рабочего напряжения. Полностью избежать вредных воздействий практически невозможно. В процессе эксплуатации изоляция стареет, в ней возникают общие (равномерно распределенные) и местные (сосредоточенные) дефекты. Скорость развития необратимых процессов в изоляции меняется в зависимости от температуры изоляции и дополнительных факторов, в первую очередь влажности. Внешний осмотр не позволяет выявить всех возможных дефектов изоляции, а применение испытаний с подачей повышенного напряжения в море недопустимо.
Проведение планово-предупредительных осмотров и замеров дополнительных характеристик высоковольтного электрооборудования возможно только между рейсами, в ограниченное время на профилактические испытания с отключением высоковольтного электрооборудования. Это не гарантирует, что во время рейса не проявится какой-либо внутренний дефект и не возникнет аварийная ситуация.
На морском объекте ограничены возможности по ремонту и обслуживанию высоковольтного оборудования, а для исключения отказов необходимы системы непрерывного контроля состояния (мониторинга) изоляции высоковольтного оборудования.
Мониторинг состояния изоляции под рабочим напряжением
Практически все аварии в электрической части агрегатов и кабелей начинаются с пробоя изоляции и переноса потенциала фазы на корпусную конструкцию судна.
В микроскопических неоднородностях высоковольтной изоляции при рабочем напряжении (выше 3 кВ) под действием электрического поля возникают частичные разряды (ЧР), которые при определенных условиях могут начать микровыжигание изоляции изнутри. Импульсы ЧР сопровождаются радиочастотным излучением, которое можно измерить. Процессы старения изоляции и разрушения, произошедшие под действием механических факторов, при рабочем напряжении тоже сопровождаются радиочастотным излучением, но с другими параметрами, отличающимися от ЧР внутри изоляции.
Мониторинг изоляции высоковольтной электроустановки без отключения рабочего напряжения уже давно рекомендован в мировой практике для энергосистем и электросетей напряжением 6 кВ и выше.
Контроль состояния высоковольтной изоляции по току утечки 3Iо в сети 6 и 10 кВ указывает на начало аварийной ситуации и обнаруживается средствами РЗиА. Метод контроля по ЧР позволяет заблаговременно анализировать ситуацию при работе оборудования (т.е. при поданном рабочем напряжении) и наблюдать процессы в их развитии, задолго до возникновении аварийной ситуации.
ЧР регистрируются в радиочастотном диапазоне и позволяют классифицировать причины их возникновения и устанавливать степень опасности для электрооборудования. Для измерения радиочастотных импульсов используются специализированные датчики и микропроцессорные устройства - регистраторы.
При построении системы мониторинга принимается во внимание особенность конструкции отдельных элементов высоковольтной ЭЭС, выбирается радиочастотный диапазон измерений и по каждому элементу определяется степень опасности изменения мощности ЧР. В высоковольтной ЭЭС морского объекта при мониторинге безопасного состояния изоляции выделяют элементы генерирующего, распределительного и технологического электрооборудования, подвергающиеся при работе воздействию электрического поля напряжением 6 и более кВ.
К таким элементам относятся:
обмотки статоров генераторов;
кабели генераторного фидера до главного распределительного устройства (ГРУ);
шины ГРУ с выключателями, измерительными трансформаторами или датчиками напряжения и тока;
кабели фидеров питания от ГРУ потребителей первой и второй категории;
dысоковольтные обмотки силовых трансформаторов, преобразующих питание от ГРУ в напряжение для потребителей.
Особое внимание должно быть обращено на изоляцию цепей высоковольтного электрооборудования и электроагрегатов систем электродвижения, как потребителей первой категории электропитания, так как пробой может привести к потере хода и управляемости судна.
Средства мониторинга изоляции под рабочим напряжением
Классификация электромагнитного излучения радиоволн, применяемых для регистрации ЧР, обозначается UHF (Ultra High Frequency) – сверхвысокочастотный и HF (High Frequency) – высокочастотный диапазон. Для диапазона UHF применимы датчики антенного типа, а для диапазона HF применимы датчики ёмкостного и трансформаторного типа.
Типы датчиков приведены в таблице 1, учтены возможности по способу установки, использования при общем радиочастотном шуме во внутренних электроэнергетических помещениях. Оценка диапазона чувствительности указанна в таблице 2. Сравнение по чувствительности выполнено по отношению к универсальному измерительному датчику - катушке Роговского.
Таблица 1 Варианты исполнения датчиков для измерения ЧР
Тип и принцип действия датчика
Способ установки и рекомендации по подключению
Относительная чувствительность на частоте
10 МГц
100 МГц
Датчик ёмкостного типа
(HF диапазон)
Между токоведущей шиной и корпусом.
20
100
Датчик трансформаторного типа с током утечки на землю 500 или 1000 А
(HF диапазон)
В цепи заземления экрана кабеля.
30
5
Антенна кольцевая, встраиваемая в электрическую машину
(UHF диапазон)
Под кожухом статора у лобовых частей статорной обмотки.
5
100
Антенна штыревая, встраиваемая в электрическое оборудование, в том числе в электрическую машину
(HF или UHF диапазон)
Под оболочкой или кожухом электрооборудования..
5
5
10
100
Катушка Роговского (датчик универсального типа HF UHF диапазон)*
Под оболочкой или кожухом электрооборудования.
1
2
Таблица 2 Оценка чувствительности разных типов изготавливаемых датчиков с диапазоном измерительных частот и способностью отстройки от внешних помех
Тип датчика
Рекомендации по частоте измерения,
МГц
Защищенность от внешних помех в месте установки
Чувствительность к измеряемому сигналу
Число датчиков на один контролируемый элемент ЭЭС
Рекомендации по числу приборов на контролируемый элемент ЭЭС
Датчик ёмкостного типа
HF диапазона
10 - 80
Хорошая
Средняя
3 на группу
шин А, В, С
1 на секцию ГРУ
Датчик трансформаторного типа
HF диапазона
0,5 -15
Хорошая
Средняя
1 на кабель фидера
1 на 15 кабелей
Датчик антенного типа HF диапазона
10 – 100
Требуется направленность на контролируемый элемент ЭЭС
Хорошая
1 на контролируемую зону элемента
1 на 5 контролируемых зон элемента
Датчик антенного типа
UHF диапазона
80 - 1500
Требуется защита конструкцией кожуха элемента ЭЭС
Высокая
2 на одну статорную обмотку
1 на электрическую машину
Система мониторинга состояния высоковольтной изоляции для морского объекта
Для регистрации измерений, спектрального выделения сигналов ЧР и построения тренда изменения мощности ЧР используются следующие комплекты приборов с датчиками отечественных производителей:
блок сбора и обработки сигналов ЧР от трех датчиков ёмкостного типа HF диапазона для мониторинга состояния изоляции ошиновки и аппаратов в секции ГРУ;
блок сбора и обработки сигналов ЧР от трех датчиков антенного типа UHF диапазона для мониторинга состояния изоляции статорных обмоток высоковольтных электрических машин;
блок сбора и обработки сигналов ЧР от 15 датчиков трансформаторного типа HF диапазона для мониторинга состояния изоляции кабелей.
По данным непрерывных замеров ЧР строится полная картина состояния изоляции как по амплитуде ЧР, так и по тренду увеличения мощности ЧР в каждом из ответственных элементов высоковольтной ЭЭС морского объекта. Испытания подтвердили хорошую чувствительность и хорошую помехоустойчивость при высоком уровне промышленного шума. Результаты мониторинга изоляции и принципы проектирования систем диагностирования судовых ЭЭС напряжением 6 (6,3), 10 (10,5) кВ с мониторингом состояния изоляции по ЧР одобрены Российским морским регистром судоходства (РС).
Предлагаемые услуги и средства
Разработка проекта системы мониторинга высоковольтной ЭЭС по заданной структурной схеме.
Согласование проекта системы мониторинга высоковольтной ЭЭС в ФАУ "Российский морской регистр судоходства".
Рабочие чертежи на шкаф сбора сигналов и установку датчиков в ГРУ и другое высоковольтное оборудование.
Организация поставки датчиков измерения ЧР, приборов регистрации и шкафа сбора сигналов в согласованные сроки.
Изготовление шкафа сбора сигналов по договору поставки.
Шеф-монтаж системы мониторинга высоковольтной ЭЭС.
