Диагностика состояния изоляционной системы энергетического оборудования на основе применения спектров токов диэлектрической абсорбции
Аннотация
Повышенное внимание к разработке и исследованию современных методов диагностики энергетического оборудования все еще актуально и обусловлено необходимостью эксплуатировать электротехнические устройства, проектные возможности которых практически исчерпаны, а требования надежности — ужесточены. Специалисты считают, что установленные ранее трансформаторы, время жизни которых превышает 45…50 лет, находятся в зоне риска и требуют глубоко обоснованного заключения о состоянии изоляционной системы, поэтому необходимы методы, способные не только оценить состояние трансформатора, но и представить обоснование его надежности в пределах имеющегося бюджета.
Из наиболее перспективных направлений диагностики можно выделить метод построения спектров тока диэлектрической абсорбции (TDA). Ток поляризации/деполяризации, как наиболее полный отклик диэлектрической среды на действия приложенного электрического поля, оказался очень удобным параметром контроля состояния изоляционной конструкции. Известно большое количество попыток использования данного способа для оценки состояния диэлектрической среды.
Наиболее известными среди них являются:
— метод спектроскопии на постоянном токе (PDC);
— метод измерения величины возвратного напряжения RVM);
— метод спектроскопии на переменном токе (FDS).
Диагностические возможности перечисленных методов и их недостатки практически одинаковы, так как в их основе лежит один и тот же отклик диэлектрической системы на действие эксплуатационных нагрузок, поэтому отдать предпочтение одному из них довольно трудно. Однако большой объем проведенных исследований и удачно принятых решений относительно выбора параметра контроля с его повышенной робастностью, использование физической модели изоляционного промежутка, обеспечивающей возможности схем замещения Максвелла-Фойгта, применение интервала времени (временного окна), выделяющего процессы поляризации Максвелла-Вагнера из всего спектра токов диэлектрической абсорбции, создание базы данных и базы правил принятия решений позволили выделить метод спектров тока диэлектрической абсорбции во временной области (PDC) и положить его в основу разработки приборно-аналитического комплекса PDС.
Литература
2. Приказ Министерства энергетики Российской Федерации № 676 от 26 июля 2017 г. Об утверждении методики оценки технического состояния основного технологического оборудования и линий электропередачи электрических станций и электрических сетей.
3. Александров А.П. и др. Физика диэлектриков. М.-Л.: Гос. техн.-теорет. изд-во, 1932.
4. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область слабых полей) М.-Л.: Гос. изд-во технико-технической лит-ры, 1949.
5. Simmons J.G., Tam V.C. Theory of Isothermal Current and the Direct Datarmination of Trap Parameters in Semiconductors and Insulators Containing Arbitrary Trap Distributions // Phys. Rev. B. 1973. V. 7. Pp. 3706—3713.
6. Li Jingde, Chen Min. Diffusion Theory of Slow Response // Sci. in China. Series A: Math. 1997. V. 40. Pp. 290—296.
7. Fofana I., Hadjadi Y. Electrical-based Diagnostic Techniques for Assessing Insulation Condition in Aged Transformers // Energies. 2016. V. 9(9). P. 679.
8. Чернышев В.А., Зинченко К.А. Реализация возможностей спектра значений возвратного напряжения с помощью спектра токов диэлектрической абсорбции // Электроизоляционные материалы: производство, эксплуатация, контроль, импортозамещение. Казань: Казанский гос. энергетический ун-т, 2023. С. 18—28.
9. Jian Hao, Chen G. Quantitative Analysis Ageing Status of Natural Ester-paper Insulation and Mineral Oil-paper Insulation by Polarization // IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation. 2018. V. 19(1). Pр. 188—200.
10. Wei J.-L. e. a. Novel Characteristic Parameter for Oil-paper Insulation Assessment from Differential Time-domain Spectroscopy Based on Polarization and Depolarization Current Measurument // IEEE Trans. and Electrical Insulation. 2011. V. 18(6). Pp. 1918—1928.
11. Hideharu Matsuura, Takashi Hose. Graphical Peak Analysis Method for Determining Densities and Emission Rate of Traps in Dielectric Film From Transient Discharge Current // J. Appl. Phys. 2002. V. 91(4). Pр. 2085—2092.
12. CIGRE Task Force 15.01.09. Dielectric Response Methods for Diagnostics of Power Transformers. CIGRE: Paris, 2003. Pp. 25—36.
13. Leibfried T. e. a. Ageing and Moisture Determination in Power Transformer Insulation Systems // Proc. II Intern. Workshop Transformers. Lodz, 1999.
14. Saha T.K., Purkait P. Understanding the Impacts of Moisture and Thermal Aging on Transformers Insulation by Dielectric Response and Molecular Weight Measurements // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2008. V. 15. Pp. 568—582.
15. Осотов В.Н. Об оценке степени увлажнения и старения бумажной изоляции силовых трансформаторов // Электроизоляционные материалы: производство, эксплуатация, контроль, импортозамещение. Казань: Казанский гос. энергетический ун-т, 2023. С. 98—103.
16. Борисова М.Э. и др. Оценка параметров неоднородности диэлектрика на основе анализа абсорбционных характеристик // Электричество. 1995. № 6. С. 68—72.
---
Для цитирования: Чернышев В.А., Серебрянников С.В., Зинченко К.А., Утепов А.Е., Осотов В.Н. Диагностика состояния изоляционной системы энергетического оборудования на основе применения спектров токов диэлектрической абсорбции // Вестник МЭИ. 2025. № 3. С. 11—23. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-11-23
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Saha T.K. Review of Modern Diagnostic Techniques for Assessing Insulation Condition in Aged Transformers. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2003;10:903—917.
2. Prikaz Ministerstva Energetiki Rossiyskoy Federatsii № 676 ot 26 Iyulya 2017 g. Ob Utverzhdenii Metodiki Otsenki Tekhnicheskogo Sostoyaniya Osnovnogo Tekhnologicheskogo Oborudovaniya i Liniy Elektroperedachi Elektricheskikh Stantsiy i Elektricheskikh Setey. (in Russian).
3. Аleksandrov A.P. i dr. Fizika Dielektrikov. M.-L.: Gos. Tekhn.-teoret. Izd-vo, 1932. (in Russian).
4. Skanavi G.I. Fizika Dielektrikov (Oblast' Slabykh Poley) M.-L.: Gos. Izd-Vo Tekhniko-tekhnicheskoy Lit-ry, 1949. (in Russian).
5. Simmons J.G., Tam V.C. Theory of Isothermal Current and the Direct Datarmination of Trap Parameters in Semiconductors and Insulators Containing Arbitrary Trap Distributions. Phys. Rev. B. 1973;7:3706—3713.
6. Li Jingde, Chen Min. Diffusion Theory of Slow Response. Sci. in China. Series A: Math. 1997;40:290—296.
7. Fofana I., Hadjadi Y. Electrical-based Diagnostic Techniques for Assessing Insulation Condition in Aged Transformers. Energies. 2016;9(9):679.
8. Chernyshev V.A., Zinchenko K.A. Realizatsiya Vozmozhnostey Spektra Znacheniy Vozvratnogo Napryazheniya s Pomoshch'yu Spektra Tokov Dielektricheskoy Absorbtsii. Elektroizolyatsionnye Materialy: Proizvodstvo, Ekspluatatsiya, Kontrol', Importozameshchenie. Kazan': Kazanskiy Gos. Energeticheskiy Un-t, 2023:18—28. (in Russian).
9. Jian Hao, Chen G. Quantitative Analysis Ageing Status of Natural Ester-paper Insulation and Mineral Oil-paper Insulation by Polarization. IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation. 2018;19(1):188—200.
10. Wei J.-L. e. a. Novel Characteristic Parameter for Oil-paper Insulation Assessment from Differential Time-domain Spectroscopy Based on Polarization and Depolarization Current Measurument. IEEE Trans. and Electrical Insulation. 2011;18(6):1918—1928.
11. Hideharu Matsuura, Takashi Hose. Graphical Peak Analysis Method for Determining Densities and Emission Rate of Traps in Dielectric Film From Transient Discharge Current. J. Appl. Phys. 2002;91(4):2085—2092.
12. CIGRE Task Force 15.01.09. Dielectric Response Methods for Diagnostics of Power Transformers. CIGRE: Paris, 2003:25—36.
13. Leibfried T. e. a. Ageing and Moisture Determination in Power Transformer Insulation Systems. Proc. II Intern. Workshop Transformers. Lodz, 1999.
14. Saha T.K., Purkait P. Understanding the Impacts of Moisture and Thermal Aging on Transformers Insulation by Dielectric Response and Molecular Weight Measurements. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2008;15:568—582.
15. Osotov V.N. Ob Otsenke Stepeni Uvlazhneniya i Stareniya Bumazhnoy Izolyatsii Silovykh Transformatorov. Elektroizolyatsionnye Materialy: Proizvodstvo, Ekspluatatsiya, Kontrol', Importozameshchenie. Kazan': Kazanskiy Gos. Energeticheskiy Un-t, 2023:98—103. (in Russian).
16. Borisova M.E. i dr. Otsenka Parametrov Neodnorodnosti Dielektrika na Osnove Analiza Absorbtsionnykh Kharakteristik. Elektrichestvo. 1995;6:68—72. (in Russian)
---
For citation: Chernyshev V.A., Serebryannikov S.V., Zinchenko K.A., Utepov A.E., Osotov V.N. Diagnosing the Power Equipment Insulation System Condition through Analyzing Dielectric Absorption Spectra. Bulletin of MPEI. 2025;3:11—23. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-11-23
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
