Детектор частичных разрядов

Когда слышишь про детектор частичных разрядов, многие сразу представляют себе сложный ящик с экраном, который просто показывает ?есть разряд? или ?нет разряда?. Вот в этом и кроется первый, самый распространенный прокол. Это не просто сигнализатор. Если подходить так, то можно и мимо проблемы пройти, и оборудование угробить. По сути, это инструмент, который позволяет услышать и увидеть, как тихо умирает изоляция — процесс, который сам по себе не приводит к мгновенному пробою, но неумолимо точит её изнутри. И вся сложность в том, чтобы отличить этот ?шёпот? гибели от промышленного шума, наводок, помех от тиристоров — да от чего угодно. На бумаге всё гладко: есть стандарт МЭК 60270, есть калиброванные импульсы. А на подстанции, в гуле трансформаторов, всё иначе.

От теории к полю: что часто упускают из виду

Взять, к примеру, калибровку. По книжке, вводишь калибратор, смотришь на отклик — и всё. Но мало кто говорит, что отклик этот сильно зависит от ёмкости испытуемого объекта и самой испытательной цепи. Один и тот же детектор на силовом кабеле и на вводе трансформатора покажет разную чувствительность. Поэтому ?заводские настройки? — это лишь точка отсчёта. Настоящая калибровка начинается, когда ты уже на объекте, оцениваешь полную схему подключения. И вот тут часто ловлю себя на мысли: а правильно ли я оценил влияние этой самой ёмкости? Особенно когда работаешь с длинными кабелями.

Ещё один момент — выбор полосы пропускания. Широкая полоса — больше информации, в том числе и шумов. Узкая — чище картина, но можно пропустить важные компоненты спектра разряда. Я долго привыкал к этому, пока не набил руку на разных типах оборудования. Для вращающихся машин, скажем, один подход, для КРУЭ — уже другой. Готовых рецептов нет, есть только накопленный опыт и понимание физики процесса. Иногда приходится идти методом проб: поставил одну полосу, увидел непонятные выбросы, переключил, сравнил.

И конечно, синхронизация. Без привязки к фазе питающего напряжения осциллограмма частичных разрядов — просто набор точек. А с синхронизацией уже видишь паттерны: скопления в определённых квадрантах, привязку к переднему или заднему фронту синусоиды. Это уже диагностика. По этим паттернам можно судить о природе дефекта: это пустота в эпоксидной смоле, плавающий потенциал или, например, коронный разряд на острой кромке. Но чтобы это увидеть, нужно, чтобы детектор не просто ловил импульсы, а правильно их отображал относительно фазы. И здесь часто подводит не сам прибор, а качество отбора опорного напряжения.

Оборудование в работе: примеры и грабли

В нашей практике часто используется оборудование для комплексных испытаний, например, от ООО Ухань Мусен Электрик. На их сайте https://www.msdq.ru указано, что в ассортименте есть высоковольтные установки для испытаний на частичные разряды. Работал я с их резонансными системами. Что могу сказать? Интеграция детектора частичных разрядов в такую установку — это отдельная задача. Главная проблема — это обеспечить должное экранирование и заземление, чтобы собственные помехи от ВЧ-преобразователя и дросселей не забивали всё. В одном из первых наших проектов мы этого недооценили. Вроде всё собрали по схеме, а на экране — сплошная ?трава?. Пришлось разбираться: добавить дроссели в цепи питания, переделать точку заземления измерительного импеданса, использовать экранированные кабели не только для сигнальных, но и для управляющих цепей.

Конкретный пример: испытания вводов 110 кВ на гидростанции. Использовалась частотно-регулируемая резонансная установка. Задача — проверить вводы после длительной эксплуатации. Детектор частичных разрядов был подключен по схеме прямого измерения, через переходной импеданс. Всё шло хорошо, пока мы не подняли напряжение выше 0.8 Uном. Появились чёткие, синхронные с фазой группы импульсов. Первая мысль — дефект в изоляции ввода. Но, к счастью, не бросились сразу выносить вердикт. Стали проверять. Оказалось, что наведённые помехи от незаземлённого ограждения испытательной площадки (металлическая сетка) попадали в измерительную цепь. Заземлили — картина стала значительно чище, остались лишь незначительные фоновые разряды, допустимые по норме. Вот он, момент, где теоретик бы ошибся, а практик, наученный горьким опытом, потратил лишний час на проверку обстановки.

А бывает и наоборот — прибор молчит, а проблема есть. Был случай с сухим трансформатором. При стандартных приемо-сдаточных испытаниях с помощью детектора частичных разрядов уровень был в пределах нормы. Но через полгода эксплуатации — межвитковое замыкание. Разбирались. Причина — технологический дефект пазового клина, который под вибрацией постепенно разрушал изоляцию провода. Начальная стадия этого процесса не давала тех классических импульсных разрядов, которые хорошо ловятся. Здесь потребовались бы другие методы, например, акустическая эмиссия. Вывод: детектор частичных разрядов — мощный, но не всесильный инструмент. Он прекрасно видит дефекты, связанные с газовыми включениями и резкими перепадами поля, но может ?проморгать? медленные механические разрушения.

Выбор системы: на что смотреть помимо цены

Когда выбираешь оборудование, например, рассматривая предложения от ООО Ухань Мусен Электрик, которое, как указано, поставляет технику для энергетики и металлургии, важно смотреть не на красивые графики в каталоге, а на ?железо? и софт. Первое — это полоса пропускания усилителя и максимальная частота дискретизации АЦП. Если ты планируешь работать не только по МЭК 60270 (обычно до 1 МГц), но и в УВЧ-диапазоне (сотни МГц) для локации разрядов в ГИС, то нужна совершенно другая аппаратная база.

Второе — программное обеспечение. Оно должно позволять не только строить графики PRPD (Phase Resolved Partial Discharge), но и проводить их статистическую обработку, сравнивать с предыдущими измерениями, фильтровать по разным критериям. Удобно, когда есть база данных дефектов с типовыми осциллограммами для сравнения. Но самое главное — софт должен быть стабильным и не ?зависать? в самый ответственный момент при длительной записи. Я ценю те системы, где можно быстро, в пару кликов, переключиться между разными режимами отображения: осциллограмма, PRPD-диаграмма, спектр.

Третье — мобильность и защита. Часто работы ведутся в тяжёлых условиях: на открытом воздухе, в пыльных помещениях подстанций, при низких температурах. Корпус прибора должен быть прочным, а разъёмы — защищёнными от влаги и грязи. Банально, но важно: время автономной работы аккумулятора. Ничто так не раздражает, как прибор, который садится на самом интересном месте, а розетки рядом нет.

Интерпретация данных: искусство, а не наука

Самое сложное начинается после того, как данные собраны. Вот перед тобой диаграмма PRPD. Есть скопление импульсов в первой четверти положительной полуволны. Стандартный учебник скажет: вероятно, дефект в виде пустоты в твёрдой изоляции. Но всегда ли? Нужно смотреть на форму самих импульсов (если детектор это позволяет), на их амплитудное распределение, на стабильность картины при повторных подъёмах напряжения. Иногда похожую картину даёт поверхностный разряд на загрязнённой изоляции, но там, как правило, больше ?размыто? по фазе.

Здесь нет жёстких алгоритмов. Требуется контекст. Что это за объект? Какая история его эксплуатации? Какие были предыдущие измерения? Один и тот же уровень разряда в 50 пКл для нового кабеля с эпоксидной изоляцией — это тревожный сигнал. А для старого маслонаполненного оборудования — может быть, и приемлемый фон. Часто приходится принимать решение на грани: останавливать дорогостоящий агрегат для вскрытия или продолжать эксплуатацию, усилив мониторинг. Это ответственность, которая давит.

Поэтому я всегда настаиваю на том, чтобы результаты измерений детектором частичных разрядов подкреплялись другими методами: термографией, анализом растворённых в масле газов (для маслонаполненного оборудования), тангенсом дельта. Ни один метод не даёт стопроцентной истины, но их совокупность позволяет построить гораздо более точную картину состояния изоляции.

Взгляд в будущее и итоговые соображения

Сейчас всё больше говорят о постоянном онлайн-мониторинге частичных разрядов. Это, безусловно, будущее. Но и здесь есть свои подводные каммы. Установка датчиков на работающее оборудование — это всегда риск. Кроме того, поток данных будет колоссальным. Возникает вопрос: как его обрабатывать? Как отличить редкие, но опасные разрядные события от постоянного технологического шума? Потребуются интеллектуальные алгоритмы, возможно, на основе машинного обучения. Но их ещё нужно обучить на огромных массивах достоверных данных, собранных в реальных, а не лабораторных условиях.

Возвращаясь к началу. Детектор частичных разрядов — это не волшебная палочка. Это сложный измерительный комплекс, эффективность которого на 90% определяется квалификацией и опытностью человека, который им управляет. Можно купить самую дорогую аппаратуру, но без понимания физики, без наметанного глаза на интерпретацию графиков и без здорового скептицизма к полученным данным, легко прийти к ложным выводам.

Для компаний, которые занимаются серьёзной диагностикой, как та же ООО Ухань Мусен Электрик, поставляющая оборудование для ключевых отраслей, важно предлагать не просто ?ящики?, а комплексные решения: аппаратуру + обучение + методическую поддержку. Потому что в конечном счёте, цель — не продать прибор, а помочь сохранить надёжность энергосистемы. А это достигается только тогда, когда инструмент попадает в умелые руки и становится продолжением инженерной мысли, а не заменой ей. Всё остальное — просто красивые цифры на экране, которые мало о чём говорят.