RU2517776C1 - Optical remote diagnostics method for insulating structure - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is intended to detect a defective insulating structure, for example an insulator string of a high-voltage transmission line during diagnostics from mobile carriers by automated control systems. The method includes connection to a section of the insulating structure of an electrical light emitter which light intensity depends on the voltage drop at its contacts, registration of light emission, detection of a defect against the light intensity of the emitter, an arrester is connected to the light emitter in parallel additionally and the emitter is installed at a place accessible for observation, at that one contact of the emitter is earthed while the second contact is fixed at the insulating section of the structure.

EFFECT: improving reliability and efficiency of the optical remote diagnostics method for insulating structures at performance of monitoring from mobile carriers, simplifying algorithms of their control automation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для выявления дефектной изолирующей конструкции, например гирлянды изоляторов высоковольтной линии электропередачи, при осуществлении диагностики с подвижных носителей автоматизированными системами контроля.The invention relates to electrical measurements and is intended to detect a defective insulating structure, for example, a string of insulators of a high-voltage power line, when performing diagnostics from mobile carriers with automated control systems.

Известен способ оптической дистанционной диагностики изолирующей конструкции, находящейся под напряжением, основанный на регистрации светового излучения электрических разрядов, возникающих на поверхности дефектной изоляции, где основной физической величиной, характеризующей наличие дефектов, является интенсивность свечения разрядов [Арбузов Р.С. Современные методы диагностики воздушных линий электропередачи. / Р.С.Арбузов, А.Г.Овсянников. - Новосибирск: Наука, 2009, с.71-80; авторское свидетельство №883807, Кл. G01R 31/08, 1981].A known method of optical remote diagnostics of an insulating structure under voltage, based on the registration of light radiation of electric discharges arising on the surface of defective insulation, where the main physical quantity characterizing the presence of defects is the intensity of the discharge glow [Arbuzov R.S. Modern methods for the diagnosis of overhead power lines. / R.S. Arbuzov, A.G. Ovsyannikov. - Novosibirsk: Nauka, 2009, p. 71-80; copyright certificate No. 883807, Cl. G01R 31/08, 1981].

Применение данного способа имеет ограниченную эффективность при проведении диагностики с подвижных носителей, например с вертолетов, поскольку локализованное свечение электрических разрядов зачастую экранируется самой изолирующей конструкцией или конструкцией опоры.The use of this method has limited effectiveness when conducting diagnostics from mobile carriers, for example from helicopters, since the localized glow of electric discharges is often shielded by the insulating structure or support structure itself.

Наиболее близким к изобретению является способ диагностики загрязненной гирлянды изоляторов, находящейся под напряжением, основанный на регистрации оптического излучения светодиодного излучателя, установленного на ближнем к опоре изоляторе и оптически связанного с регистрирующим устройством посредством световолоконного провода. В данном способе излучатель подключен параллельно изолятору к его металлическим частям. При загрязнении поверхности изоляторов увеличивается ток утечки в гирлянде, что приводит к повышению интенсивности регистрируемого излучения светодиода [IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.24, No.4, 2009, p.2257-2260].Closest to the invention is a method for diagnosing a contaminated garland of insulators that are energized, based on recording the optical radiation of an LED emitter mounted on the insulator closest to the support and optically connected to the recording device via a fiber optic wire. In this method, the emitter is connected in parallel to the insulator to its metal parts. When the surface of the insulators is contaminated, the leakage current in the garland increases, which leads to an increase in the intensity of the detected radiation of the LED [IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.24, No.4, 2009, p.2257-2260].

Основным недостатком данного способа является возможность выхода из строя излучателя при перенапряжениях на линии. При перекрытии гирлянды изоляторов, например грозовым импульсом, ток короткого замыкания с большой вероятностью будет течь через излучатель, поскольку его сопротивление меньше соединенных параллельно сопротивления изолятора и воздуха. Кроме того, излучатель шунтирует один из изоляторов. Если зашунтированный излучателем изолятор гирлянды окажется дефектным, т.е. с низким сопротивлением или пробитым, то информация о состоянии гирлянды будет недостоверной.The main disadvantage of this method is the possibility of failure of the emitter during overvoltage on the line. When the insulator strings are blocked, for example by a lightning impulse, the short circuit current will most likely flow through the emitter, since its resistance is less than the insulator and air resistance connected in parallel. In addition, the emitter shunts one of the insulators. If the garland insulator shunted by the emitter is found to be defective, i.e. with low resistance or broken, then information about the state of the garland will be inaccurate.

Техническим результатом при реализации способа является повышение надежности и эффективности дистанционной оптической диагностики изолирующих конструкций при осуществлении мониторинга с движущихся транспортных средств, а также упрощение алгоритмов автоматизации их контроля.The technical result in the implementation of the method is to increase the reliability and efficiency of remote optical diagnostics of insulating structures when monitoring from moving vehicles, as well as simplifying the automation algorithms for their control.

Присущее оптическим средствам диагностики изолирующих конструкций высокое пространственное разрешение и чувствительность позволяют использовать их в подвижных системах контроля. Например, при облете высоковольтной линии электропередачи оптико-электронные приборы позволяют обнаруживать электрические разряды на изоляторах, вызванные повреждением изоляции, со значительных расстояний. Однако не все имеющиеся дефекты могут быть обнаружены в ходе такого обследования в силу загораживания видимости участков изоляторов с разрядами деталями конструкции как самих изоляторов, так и опор.The high spatial resolution and sensitivity inherent in optical diagnostics tools for insulating structures allow their use in mobile monitoring systems. For example, when flying around a high-voltage power line, optoelectronic devices can detect electrical discharges on insulators caused by insulation damage from considerable distances. However, not all existing defects can be detected during such an inspection due to the obstruction of the visibility of the insulator sections with discharges by the structural parts of both the insulators themselves and the supports.

Установка оптических излучателей, сигнализирующих о наличии дефекта, на изолирующие конструкции в заранее определенных и доступных для наблюдения местах позволит повысить эффективность дистанционной диагностики в условиях перемещения регистрирующего устройства. Кроме того, поскольку положение излучателя на изолирующей конструкции известно, то упрощаются алгоритмы автоматического выявления дефектов.The installation of optical emitters, indicating the presence of a defect, on insulating structures in predetermined and accessible for observation places will improve the efficiency of remote diagnostics in the conditions of movement of the recording device. In addition, since the position of the emitter on the insulating structure is known, algorithms for automatically detecting defects are simplified.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем подключение к участку изолирующей конструкции электрического светового излучателя, яркость свечения которого зависит от падения напряжения на его контактах, регистрацию светового излучения, определение дефекта по интенсивности свечения излучателя, в отличие от наиболее близкого аналога дополнительно параллельно световому излучателю подключают разрядник, а сам излучатель устанавливают в месте, доступном для наблюдения, при этом один из контактов излучателя заземляют, а второй контакт закрепляют на изолирующем участке конструкции.To achieve the named technical result in the proposed method, which includes connecting an electric light emitter to the section of the insulating structure, the brightness of which depends on the voltage drop across its contacts, detecting light radiation, determining a defect by the intensity of the emitter’s glow, in contrast to the closest analogue, additionally parallel to the light the arrester is connected to the emitter, and the emitter is installed in a place accessible for observation, while one of the contacts and the radiator is grounded, and the second contact is fixed on the insulating section of the structure.

Принцип, заложенный в изобретении, поясняется следующим. Распределение потенциалов вдоль изолирующей конструкции изменяется при нарушении целостности отдельных ее частей. Разность потенциалов на поврежденном участке уменьшается, что вызывает увеличение напряжения на неповрежденной части конструкции. Дефектное состояние изолирующей конструкции может быть обнаружено по интенсивности светового излучения электрического светового излучателя, установленного на участке изолирующей части конструкции или опоре, яркость свечения которого зависит от падения напряжения на его контактах. Один из контактов излучателя заземляется через заземленную часть изолирующей конструкции или опоры. Второй контакт излучателя закрепляют на изолирующей части конструкции, например на ближней к опоре юбке. При этом нет необходимости в соединении второго контакта излучателя с металлическими частями изолирующей конструкции. На любом участке изолирующей части конструкции имеется потенциал, отличный от нулевого. При выборе места закрепления второго контакта излучателя необходимо исходить от типа излучателя и минимизации его шунтирующего действия на изолирующую конструкцию.The principle embodied in the invention is illustrated as follows. The distribution of potentials along the insulating structure changes when the integrity of its individual parts is violated. The potential difference in the damaged area decreases, which causes an increase in voltage on the undamaged part of the structure. A defective state of the insulating structure can be detected by the intensity of the light radiation of an electric light emitter installed in the section of the insulating part of the structure or support, the brightness of which depends on the voltage drop at its contacts. One of the emitter contacts is grounded through the grounded part of the insulating structure or support. The second contact of the emitter is fixed on the insulating part of the structure, for example, on the skirt closest to the support. There is no need to connect the second contact of the emitter with the metal parts of the insulating structure. On any section of the insulating part of the structure, there is a potential different from zero. When choosing a location for securing the second contact of the emitter, it is necessary to proceed from the type of emitter and minimize its shunting effect on the insulating structure.

Для обеспечения надежности работы излучателя при постоянной установке к нему параллельно подключают разрядник. При возникновении импульсных перенапряжений разрядник шунтирует излучатель, предохраняя его от выхода из строя.To ensure the reliability of the emitter during constant installation, a spark gap is connected to it in parallel. In the event of surge surges, the arrester shunts the emitter, protecting it from failure.

Предлагаемый способ поясняется фиг.1-3. На фиг.1 изображена одна из возможных схем, по которой может быть изготовлен световой излучатель для работы на изолирующей конструкции переменного тока. Фиг.2 поясняет один из способов крепления контактов излучателя к изолирующей конструкции в виде полимерного изолятора. На фиг.3 приведено изображение двух полимерных изоляторов, на которых установлены световые излучатели согласно предлагаемому способу, полученное высокочувствительной видеокамерой в ходе экспериментальной проверки реализуемости предлагаемого решения.The proposed method is illustrated in figures 1-3. Figure 1 shows one of the possible schemes by which a light emitter can be made to work on an insulating structure of alternating current. Figure 2 explains one of the methods for attaching the contacts of the emitter to an insulating structure in the form of a polymer insulator. Figure 3 shows the image of two polymer insulators on which light emitters are installed according to the proposed method, obtained by a highly sensitive video camera during an experimental verification of the feasibility of the proposed solution.

Изобретение осуществляется следующим образом. Например, электрический световой излучатель на основе светодиода, собранный по схеме, изображенной на фиг.1, устанавливают на одной из юбок изолирующей конструкции переменного тока. Один из контактов излучателя (1) соединяют с металлической заземленной частью конструкции, а второй (2) на юбке, ближней к заземляющей опоре, как показано на фиг.2. При появлении на изолирующей конструкции дефектных участков изменится напряжение между контактами излучателя, что приведет к изменению яркости его свечения. Изменение яркости свечения излучателя может быть зарегистрировано расположенным на удалении оптико-электронным регистратором, например видеокамерой.The invention is as follows. For example, an electric light emitter based on a LED, assembled according to the circuit depicted in figure 1, is installed on one of the skirts of an insulating AC structure. One of the contacts of the emitter (1) is connected to the grounded metal part of the structure, and the second (2) on the skirt closest to the grounding support, as shown in Fig.2. When defective sections appear on the insulating structure, the voltage between the contacts of the emitter will change, which will lead to a change in the brightness of its glow. A change in the brightness of the emitter’s luminescence can be detected by a remote optical-electronic recorder, for example, a video camera.

Примером, показывающим возможность достижения заявленного технического результата и осуществления изобретения, является результат лабораторного эксперимента, изображенный на фиг.3. На снимке (фиг.3), полученном высокочувствительной видеокамерой, изображены два полимерных изолятора ЛК 70/35, подключенные к напряжению переменного тока 35 кВ, один из которых (правый) имеет дефект в виде продольного проводящего канала, шунтирующего часть конструкции. На верхних юбках обеих изоляторов, ближних к заземленному концу, установлены световые излучатели. Как видно на снимке, светится только излучатель, установленный на дефектном изоляторе (в области верхнего оконцевателя). На дефектном изоляторе в центре сбоку наблюдается также свечение частичных разрядов под юбками, которое трудно обнаружить при съемке под другим ракурсом.An example showing the feasibility of achieving the claimed technical result and the implementation of the invention is the result of a laboratory experiment, shown in figure 3. The photograph (figure 3) obtained by a high-sensitivity video camera shows two polymer insulators LK 70/35 connected to an alternating current voltage of 35 kV, one of which (right) has a defect in the form of a longitudinal conductive channel shunting part of the structure. Light emitters are installed on the upper skirts of both insulators closest to the grounded end. As you can see in the picture, only the emitter mounted on the defective insulator (in the region of the upper terminal) is illuminated. On a defective insulator in the center on the side, there is also a glow of partial discharges under the skirts, which is difficult to detect when shooting from a different angle.

Claims (1)

Способ оптической дистанционной диагностики изолирующей конструкции, находящейся под напряжением, включающий подключение к участку изолирующей конструкции электрического светового излучателя, яркость свечения которого зависит от падения напряжения на его контактах, регистрацию светового излучения, определение дефекта по интенсивности свечения излучателя, отличающийся тем, что дополнительно параллельно световому излучателю подключают разрядник, а сам излучатель устанавливают в месте, доступном для наблюдения, при этом один из контактов излучателя заземляют, а второй контакт закрепляют на изолирующем участке конструкции. A method for optical remote diagnostics of an insulated structure under voltage, including connecting an electric light emitter to a section of the insulating structure, the brightness of which depends on the voltage drop at its contacts, detecting light radiation, determining a defect by the intensity of the emitter’s glow, characterized in that it is additionally parallel to the light the arrester is connected to the emitter, and the emitter is installed in a place accessible for observation, while one of the con acts emitter grounded, and a second contact fixed to an insulating structure section.

Images