4
УДК 621.315.6
О-345
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор В. Н. Васюков
профессор Ю. В. Целебровский
Овсянников А. Г.
О-345
Частичные разряды и диагностирование оборудования высокого напряжения
: монография / А. Г. Овсянников. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2023. –
256 с. – (Монографии НГТУ).
ISBN 978-5-7782-4907-3
Использование характеристик частичных разрядов обеспечивает обнаружение дефектов
изоляции в ранней стадии их развития, а в сочетании с другими методами диагностирования
резко увеличивает точность оценки состояния оборудования. Рассмотрены
вопросы регистрации частичных разрядов всеми возможными методами: электрическим,
электромагнитным, оптическим, акустическим и химическим. Показаны достоинства
и недостатки методов, предпочтительность их применения к отдельным видам
оборудования.
Подробно изложены современные методы компьютерной обработки результатов измерений,
подавления внешних и перекрестных помех, классификации частичных разрядов,
идентификации вида дефекта и определения места его возникновения в изоляционной
конструкции оборудования.
Приведены практические примеры использования методов регистрации частичных
разрядов в условиях эксплуатации для своевременного обнаружения дефектов и предупреждения
аварийных отказов оборудования.
Монография может представлять интерес для магистров и аспирантов электроэнергетических
специальностей, производителей высоковольтного оборудования и диагностической
аппаратуры, эксплуатационно-ремонтного персонала энергетических предприятий
и специализированных диагностических организаций.
УДК 621.315.6
DOI 10.17212/978-5-7782-4907-3
ISBN 978-5-7782-4907-3
© Овсянников А. Г., 2023
© Новосибирский государственный
технический университет, 2023
Стр.4
6
УДК 621.315.6
О-345
Reviewers:
Professor V. N. Vasyukov, D.Sc, (Eng.)
Professor Yu. V. Tselebrovsky
Ovsyannikov A.G.
О-345
Partial discharges and diagnostics of high-voltage equipment: monograph /
A. G. Ovsyannikov. – Novosibirsk : NSTU Publisher, 2023. – 256 p. – (NSTU Monographs)
ISBN
978-5-7782-4907-3
The use of partial discharge characteristics ensures the detection of insulation defects at an
early stage of their development, and in combination with other diagnostic methods it sharply
increases the accuracy of equipment condition assessment. The issues of registration of partial
discharges by all possible methods such as electrical, electromagnetic, optical, acoustic and
chemical are considered:. The advantages and disadvantages of the methods, as well as the
preference for their application to certain types of equipment are shown.
Modern methods of computer processing of measurement results, suppression of external
and crosstalk disturbances, classification of partial discharges, identification of the defect type
and location of its occurrence in the insulating structure of equipment are described in detail.
Practical examples of the use of methods for registering partial discharges under operating
conditions for the timely detection of defects and the prevention of emergency equipment
failures are given.
The monograph may be of interest to graduate and post-graduate students specializing in
electric power engineering, to manufacturers of high-voltage equipment and diagnostic equipment,
to maintenance and repair personnel of energy enterprises and specialized diagnostic
organizations.
УДК 621.315.6
DOI 10.17212/978-5-7782-4907-3
ISBN 978-5-7782-4907-3
© Ovsyannikov A. G., 2023
© Novosibirsk State
Technical University, 2023
Стр.6
250
ОГЛАВЛЕНИЕ
Обозначения и сокращения ................................................................................................................ 7
Введение .............................................................................................................................................. 9
1. Электрический метод регистрации частичных разрядов ................................................... 19
1.1. Основы метода ........................................................................................................................ 19
1.2. Методика осциллографических измерений электрических сигналов частичных
разрядов в условиях эксплуатации ..................................................................................... 20
1.2.1. Выбор схемы и режима регистрации .............................................................................. 20
1.2.2. Типы помех и их признаки ............................................................................................... 25
1.2.3. Достоверные признаки сигналов частичных разрядов .................................................. 29
1.3. Градуировка схемы регистрации частичных разрядов ........................................................ 31
1.3.1. Влияние полосы частот измерения и размеров оборудования...................................... 32
1.3.2. Оценка кажущегося заряда частичных разрядов по сигналам
высокочастотных трансформаторов тока .................................................................... 40
1.3.3. Оценка кажущегося заряда частичных разрядов сверхширокополосной
аппаратурой ..................................................................................................................... 42
1.3.4. Особые случаи оценки кажущегося заряда..................................................................... 44
1.4. Особенности электрического метода регистрации частичных разрядов
в некоторых видах оборудования ........................................................................................ 46
1.4.1. Измерения частичных разрядов в кабелях ...................................................................... 46
1.4.2. Регистрация ЧР в силовом трансформаторном оборудовании ..................................... 59
1.4.3. Регистрация частичных разрядов в изоляции вводов и измерительных
трансформаторов тока .................................................................................................... 64
1.4.4. Регистрация частичных разрядов во вращающихся машинах ..................................... 74
1.4.5. Регистрация частичных разрядов в КРУЭ ...................................................................... 77
1.5. Специализированная аппаратура для измерений и мониторинга характеристик
частичных разрядов ............................................................................................................. 77
Стр.250
251
1.6. Практическое применение электрического метода регистрации частичных
разрядов ................................................................................................................................. 85
Выводы по главе ............................................................................................................................ 93
2. Диагностирование оборудования по электромагнитному излучению разрядных
процессов ...................................................................................................................................... 95
2.1. Диагностирование ВЛ по характеристикам радиопомех .................................................... 95
2.2. Регистрация частичных разрядов во внутренней изоляции оборудования
по электромагнитному излучению сверх- и ультравысоких частот .................................. 99
2.2.1. Регистрация частичных разрядов в оборудовании открытых
распределительных устройств ......................................................................................... 99
2.2.2. Регистрация электромагнитного излучения частичных разрядов в КРУЭ ............... 104
2.2.3. Регистрация электромагнитного излучения частичных разрядов
в силовых трансформаторах ........................................................................................... 113
2.3. Практическое применение диагностирования оборудования
по электромагнитному излучению частичных разрядов .................................................. 116
Выводы по главе .......................................................................................................................... 118
3. Оптические методы регистрации частичных разрядов .................................................... 119
3.1. Оптическая регистрация разрядных процессов на внешней изоляции оборудования ... 119
3.2. Оптическая регистрация внутренних разрядных процессов ............................................. 123
3.3. Практическое применение оптического метода регистрации ЧР ..................................... 134
4. Регистрация разрядных процессов акустическими методами ......................................... 135
4.1. Общие сведения .................................................................................................................... 135
4.2. Дистанционные методы акустической регистрации разрядов .......................................... 142
4.3. Контактные методы акустического контроля частичных разрядов ................................. 152
4.3.1. Акустическая регистрация частичных разрядов в силовом
трансформаторном оборудовании .................................................................................. 153
4.3.2. Акустическая регистрация частичных разрядов в электрических машинах ............ 162
4.3.3. Акустическая регистрация частичных разрядов в силовых конденсаторах ............. 164
4.3.4 Акустическая регистрация частичных разрядов в КРУЭ ............................................. 171
4.4. Практическое применение акустического метода регистрации ЧР .................................. 176
5. Признаки частичных разрядов, выявляемые физико-химическими
методами анализа ...................................................................................................................... 181
5.1. Хроматографические признаки частичных разрядов в маслонаполненном
оборудовании.......................................................................................................................... 181
Стр.251
252
5.2. Обнаружение частичных разрядов в элегазовом оборудовании
физико-химическими методами.......................................................................................... 184
5.3. Практическое применение физико-химических методов обнаружения ЧР ..................... 188
6. Гибридные системы регистрации и мониторинга частичных разрядов ........................ 191
7. Методы обработки и анализа сигналов частичных разрядов .......................................... 197
7.1. Диагностическая ценность сигналов частичных разрядов ................................................ 198
7.1.1. Диагностические признаки импульсов тока ................................................................. 198
7.1.2. Диагностические признаки амплитудно-фазовых диаграмм ...................................... 199
7.2. Методы разделения сигналов частичных разрядов по кластерам ................................... 204
7.2.1. Кластеризация с использованием T–F-плоскости ........................................................ 204
7.2.2 Кластеризация по амплитуде тока, заряду и энергии ................................................... 209
7.2.3. Кластеризация по трехфазным диаграммам импульсов тока...................................... 211
7.3. Машинные методы обработки и анализа характеристик частичных разрядов .............. 220
Выводы по главе .......................................................................................................................... 228
Заключение ...................................................................................................................................... 230
Библиографический список ........................................................................................................... 232
Стр.252
253
CONTENTS
Designations and abbreviations ............................................................................................................ 7
Introduction ........................................................................................................................................... 9
1. Electrical method forregistering partial discharges ................................................................... 19
1.1. Fundamentals of the method .................................................................................................... 19
1.2. Method of oscillographic measurements of electrical signals of partial discharges
under operating conditions ........................................................................................................ 20
1.2.1. Selection of the scheme and registration mode ................................................................... 20
1.2.2. Types of interference and their features .............................................................................. 25
1.2.3. Reliable features of partial discharge signals ...................................................................... 29
1.3. Calibration of the partial discharge registration scheme ........................................................... 31
1.3.1. Influence of the measurement frequency band and equipment dimensions ........................ 32
1.3.2. Estimation of the apparent charge of partial discharges by signals of high-frequency
current transformers ........................................................................................................... 40
1.3.3. Estimation of the apparent charge of partial discharges by ultra-wideband
equipment ............................................................................................................................. 42
1.3.4. Special cases of estimation of the apparent charge ............................................................. 44
1.4. Features of the electrical method of registration of partial discharges in some types
of equipment ............................................................................................................................ 46
1.4.1. Measurements of partial discharges in cables ..................................................................... 46
1.4.2. Registration of PDs in power transformer equipment ......................................................... 59
1.4.3. Registration of partial discharges in the isolation of inputs and measuring current
transformers ........................................................................................................................ 64
1.4.4. Registration of partial discharges in rotating machines ....................................................... 74
1.4.5. Registration of partial discharges in GIS ............................................................................ 77
Стр.253
254
1.5. Specialized equipment for measuring and monitoring partial discharges characteristics ......... 77
1.6. Practical application of the electrical method of partial charge registration ............................. 85
Conclusions on Chapter 1 ................................................................................................................ 93
2. Diagnostics of equipment by electromagnetic radiation of discharge processes...................... 95
2.1. Diagnosis of high voltage lines (HVL) by of radio interference characteristics ....................... 95
2.2. Registration of partial discharges in the internal insulation of equipment
by electromagnetic radiation of super-and ultra-high frequencies ............................................ 99
2.2.1. Registration of partial discharges in open equipment switchgears ...................................... 99
2.2.2. Registration of electromagnetic radiation of partial discharges in GIS ............................ 104
2.2.3. Registration of electromagnetic radiation of partial discharges in power
transformers ...................................................................................................................... 113
2.3. Practical application of equipment diagnostics by electromagnetic radiation
of partial discharges ................................................................................................................ 116
Conclusions on Chapter 2 .............................................................................................................. 118
3. Optical methods for registering partial discharges .................................................................. 119
3.1. Optical registration of discharge processes in the equipment external insulation ................... 119
3.2. Optical registration of internal discharge processes ............................................................... 123
3.3. Practical application of the optical method for registering PDs .............................................. 134
4. Registration of discharge processes by acoustic methods ........................................................ 135
4.1. General information ................................................................................................................ 135
4.2. Remote methods of acoustic registering of discharges .......................................................... 142
4.3. Contact methods of acoustic control of partial discharges ...................................................... 152
4.3.1. Acoustic registration of partial discharges in power transformer equipment .................... 153
4.3.2. Acoustic registration of partial discharges in electrical machines ..................................... 162
4.3.3. Acoustic registration of partial discharges in power capacitors ........................................ 164
4.3.4 Acoustic registration of partial discharges in GIS .............................................................. 171
4.4. Practical application of the acoustic method of PD registration ............................................. 176
5. Features of partial discharges detected by physico-chemical methods of analysis ................ 181
5.1. Chromatographic features of partial discharges in an oil-filled equipment ............................. 181
5.2. Detection of partial discharges in SF 6 equipment by physico-chemical methods ................. 184
5.3. Practical application of physico- chemical methods for detecting PDs .................................. 188
6. Hybrid systems for the registration and monitoring of partial discharges ........................... 191
Стр.254
255
7. Methods of processing and analysis of partial discharge signals ............................................ 197
7.1. Diagnostic value of partial discharge signals .......................................................................... 198
7.1.1. Diagnostic features of current pulses ................................................................................ 198
7.1.2. Diagnostic features of amplitude-phase diagrams ............................................................. 199
7.2. Methods for separation of partial discharge signals by clusters .............................................. 204
7.2.1. Clustering using the T–F-plane ......................................................................................... 204
7.2.2 Clustering by current amplitude, charge and energy ......................................................... 209
7.2.3. Clustering by three-phase diagrams of current pulses ....................................................... 211
7.3. Methods for computer processing and analysis of characteristics of partial discharges ......... 220
Conclusions on Chapter 7 .............................................................................................................. 228
Conclusive statement ........................................................................................................................ 230
References ......................................................................................................................................... 232
Стр.255