Аэроинспекция высоковольтных воздушных линий электропередач колесников А. А

Вид материала

Документы

Содержание Задача диагностики Опыт создания «летающей лаборатории» Регистрация электромагнитного излучения разрядных процессов Вид дефекта инспектируемой ВЛ Рис. 3. Внешний вид электронно-оптического дефектоскопа «Филин-6»Видеосъемка и цифровоя фотографирование.

Подобный материал:

• Учет провисания проводов при определении удельных потенциальных коэффициентов воздушных, 61.73kb.
• Программа механического и электрического расчетов воздушных линий электропередач функциональное, 39.25kb.
• #G0 технологическая карта на сборку и монтаж опор при сооружении воздушных линий электропередач, 1209.76kb.
• 12. Молниезащита воздушных линий электропередачи, 119.34kb.
• Инструкция по охране труда № при сооружении воздушных линий электропередачи, 461.98kb.
• А. А. Лопухин Источники бесперебойного питания без секретов, 1672.06kb.
• Справочное пособие авторы: Арнополин А. Г., Мичков В. И. Рецензент: инж. В. П. Михайлов, 2704.1kb.
• Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими, 156.01kb.
• Микропроцессорная релейная защита воздушных линий электропередачи напряжением, 28.04kb.
• Вид работ №20 «Монтаж и демонтаж опор для воздушных линий электропередачи напряжением, 21.03kb.

АЭРОИНСПЕКЦИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ


Колесников А.А.

Новосибирская СПБ электросетьсервиса – Филиал ОАО «ФСК ЕЭС»


В данной работе обсуждается перспективный метод оценки технического состояния ВЛ СВН с борта вертолета с помощью комплекса диагностической аппаратуры.

Воздушные линии электропередач являются основным и наиболее ответственным звеном в системе транспортировки электрической энергии. Максимальный экономический эффект можно достигнуть при условии надежной и безотказной работе ВЛ.

Для повышения надежности их эксплуатации ис­пользуется система технического обслуживания, включающая очередные и внеочередные осмотры, профилактические про­верки и измерения. Однако существующие методы профилактического контроля обладают значительной трудоёмкостью. В труднодоступной местности обходы ВЛ небезопасны, а в ряде случаев практически невозможны.

Облеты ВЛ на вертолетах типа «МИ-2» или «МИ-8» в значительной мере облегчают осмотр труднодоступных участков ВЛ, но они проводятся «вручную», т. е. без применения какого-либо специального диагностического оборудования. Как правило, облеты ВЛ проводит бригада обслуживающего персонала, (наблюдение производится через боковые иллюминаторы при помощи бинокля), следующего по трассе линии на высоте 100 – 150 м от поверхности земли и на скорости 100 – 120 км/ч. Понятно, что такой метод оценки технического состояния ВЛ мо­рально устарел.

Значительный прогресс был достигнут с появлением технологии лазерного сканирования трассы ВЛ с борта летательного аппарата типа «Дирижабль». Она обеспечила точную привязку опор ВЛ к цифровой карте местности, картину расположения проводов и опор, высоту густорасположеной поросли в зоне отчуждения линии. Однако задачи более тонкого уровня, решение которых необходимо для обеспечения надежности работы ВЛ, в этой технологии не решались.

Одним из перспективных направлений в кардинальном обновлении методов контроля состояния ВЛ является создание «летающей лаборатории», реализующей не менее пяти методов обследования ВЛ.

Первый базируется на регистрации локального уровня интенсивности электромагнитного излучения разрядных процессов (ЭМИР) на ВЛ. Известно, что интенсивность коронных разрядов на проводах и арматуре, а также поверхностных разрядов на изоляторах при различного рода дефектах превышает таковые при нормальном состоянии этих элементов ВЛ.

Второй вид дополняет первый: он состоит в том, что оптическое излучение разрядных процессов (ОИР) регистрируется специальным оптическим приемником ультрафиолетового диапазона чувствительности.

Третий вид предназначен для обнаружения локальных нагревов проводов, шлейфов и контактных соединений средствами инфракрасной термографии.

Четвертый вид - контроль внешнего вида конструктивных элементов ВЛ, в том числе, не находящихся под напряжением, проводится с помощью видеозаписи и цифрового фотографирования.

Пятый вид - координатную привязку опор и проводов ВЛ к цифровой карте местности, картину расположения проводов и опор, высоту поросли в зоне отчуждения линии при помощи систем лазерного сканирования и GPC.

В целом, перечень возможных задач, которые принципиально можно решить с помощью аэродиагностики ВЛ, и методы их решения приведены в таблице 1.

Таблица 1

^ Задача диагностики	Метод
Оценка общего состояния трассы: высота поросли, наличие пожароопасного мусора, строений, состояние пересечений с другими ВЛ, автодорогами, подтопления, заболоченность, состояние обваловки фундаментов опор и др.	Видеозапись, Цифровое фото, GPC
Оценка состояния опор (тросостойки, траверсы, стойки, оттяжки, фундаменты): изгибы, поломки, некомплектность	Видеозапись, цифровое фото
Состояние проводов и контактных соединений: общий вид, геометрия положения; локальные перегревы проводов и шлейфов в местах контактных соединений; негабарит шлейфов, местные истирания, нарушения верхнего повива, места перекрытия	Видеозапись, цифровое фото, GPC. Инфракрасная термография. Регистрация ЭМИР и ОИР.
Оценка состояния арматуры: перекосы и поломки распорок, гасителей вибрации, экранов, зажимов, лодочек и др.	Цифровое фото. Регистрация ЭМИР и ОИР.
Оценка состояния изоляции: количество и места положения нулевых изоляторов, расцепления; степень загрязнения изоляции, места перекрытия	Видеозапись, цифровое фото Регистрация ЭМИР
Оценка состояния тросов и тросовой изоляции: нарушения верхнего повива, негабаритные размеры искровых промежутков на тросовых гирляндах	Видеозапись, цифровое фото Регистрация ЭМИР и ОИР

^ Опыт создания «летающей лаборатории»

В результате лабораторных и полевых исследований был разработан диагностический комплекс – «ScanLine» . В состав бортового оборудования комплекса входят:

1. Прибор для регистрации электромагнитного излучения разрядных процессов - “LineTest”;
   
2. Одна узконаправленная электростатическая антенна совмещенная с цифровой видеокамерой;
   
3. Две магнитных антенны;
   
4. Два портативных персональных компьютера - Типа NoteBook;
   
5. Система тепловизионного сканирования трассы ВЛ – на базе камеры ThermaCAM S65, ThermaCAM SC3000, FLIR THERMACAM PM695 (в зависимости от условий проведения работ);
   
6. Цифровой фотоаппарат с высоким разрешением;
   
7. Профессиональная цифровая видеокамера;
   
8. Система спутниковой навигации, обеспечивающую координатную привязку к электронной карте местности – на базе устройств GPS.
   

Последняя версия данного диагностического комплекса позволяет выявлять дефектные места с высокой степенью достоверности.



Рис. 1. Внешний вид диагностического комплекса «ScanLine»

Наличие выявленных комплексом “ScanLine” дефектов на обследованных ВЛ подтверждено видеосъемкой, наземными дневными осмотрами с биноклем и ночными осмотрами с помощью дефектоскопа «Филин-6».


^ Регистрация электромагнитного излучения разрядных процессов. Ценные исходные данные для разработки аппаратуры были получены в летных исследованиях ЭМИР от реальной ВЛ 500 кВ с помощью осциллографа. В результате этих исследований были установлены основные источники помех и показана возможность селекции сигналов.

Регистрацию характеристик ЭМИР в нем производит многоканальный блок регистрации (МБР), на входы которого сигналы поступают от двух магнитных и одной узконаправленной электростатической антенны, которая совмещена с цифровой видеокамерой. Результаты регистрации записываются портативным персональным компьютером.

В состав программного обеспечения входят управляющая программа и программа обработки результатов измерений ЭМИР оригинальной разработки, а также стандартные программы обработки экспериментальных данных.

Данный комплекс позволяет выявлять любые аномальные возмущения электромагнитного поля линии вызванные дефектами линейной изоляции и нулевыми изоляторами, дефектами несущих проводов и грозозащитных тросов, металлических частей и арматуры линии.

Идентификация дефектов ВЛ проводиться в камеральных условиях, при детальном исследовании полученных результатов измерений ЭМИР на основании данных таблицы 2.

Таблица 2

Идентификация дефектов ВЛ по характеристикам ЭМИР

^ Вид дефекта инспектируемой ВЛ	Характерные признаки на диаграмме
Дефекты отсутствуют	Слабые (до 20%) и регулярные по пролетам ВЛ изменения уровня сигналов во всех каналах, соответствующие изменению высоты подвеса проводов в пролете и на опорах
Дефекты внутрифазовых распорок	Превышение сигнала в канале «300 Гц» в 2 и более раз над средним уровнем сигналов на исправных участках ВЛ при слабом изменении сигналов в других каналах
*Ослабленная изоляция: нули, загрязнения, набросы *Места перекрытия *Повреждения верхнего повива проводов	Превышение величины сигналов в каналах «300 Гц» и «Пик.дет» в 2 и более раз над средним уровнем сигнала на исправных участках ВЛ при слабом изменении сигналов в канале «МА»
Пробои защитных искровых промежутков тросовой изоляции из-за негабаритных размеров искровых промежутков	Превышение величин сигналов в каналах «МА» и «Пик.дет» в 2 и более раз над средним уровнем сигнала исправных участков ВЛ при слабом изменении сигналов в канале «300 Гц»
*Перекос, дефекты экранов *Дефекты зажимов, лодочек	Превышение величин сигналов в канале «Пик.дет» в 2 и более раз над средним уровнем сигнала исправных участков ВЛ при слабом изменении сигналов в каналах «300 Гц» и «МА»

Типичные гистограммы интенсивности ЭМИР на ВЛ 500 кВ приведены на рис.2.





Рис. 2. Гистограммы измеренных параметров электромагнитного излучения разрядных процессов на ВЛ 500 кВ

Регистрация оптического излучения разрядных процессов. Лучший российский электронно-оптический дефектоскоп «Филин-6» (рис.3) может работать только при сумеречном свете или при электрическом освещении. Использование его для дневных аэроинспекций без коренной доработки (которая проводиться в настоящее время) невозможно, но применяя данный дефектоскоп можно проводить дополнительные наземные обследования локальных участков ВЛ.





^ Рис. 3. Внешний вид электронно-оптического дефектоскопа «Филин-6»


Видеосъемка и цифровоя фотографирование. С учетом специфики задач и условий эксплуатации выработаны требования к видеокамерам. В пробных полетах были опробованы 5 видеокамер с различными форматами записи: VHS (HITACHI VM-3300A), VHS-C (PANASONIC HV-A3E), S-VHS (PANASONIC NV-MS4), HI-8 (SONY CCD-TR3300E) и цифровой (SONY DCR-PC7E). Наилучшее качество изображения дали две последние модели, благодаря оптическому стабилизатору изображения. Определена оптимальная методика видеосъемки. Лучшие места съемки – открытая дверь и люки (вертолет), открытая форточка в кабине пилотов (самолет АН-2). Лучшее положение относительно солнца: ось визирования должна быть "от солнца" и под углом к нему. В этом случае обеспечивается наилучший контраст изображения проводов, изоляторов и других элементов ВЛ относительно фона подстилающей поверхности. Наилучший угол съемки – упреждающий, порядка 30…50 градусов к оси линии. Если применять последующую компьютерную обработку видеокадров, то можно улучшить в некоторой степени качество изображения с помощью подстроек яркости, контрастности, перевода в негативный или черно-белый вид и т.д.

Выявленные недостатки и осложнения видеосъемки состоят в следующем. Вибрация воздушного судна, безусловно, снижает разрешающую способность, однако применение специальных виброгасящих креплений камеры с устройством «Steady Shot» позволят улучшить качество изображения. При маневрировании вертолета на поворотах трассы ВЛ возможны пропуски в съемке отдельных опор ВЛ. Для легализации съемки требуется утомительное согласование с военными ведомствами.

Для увеличения пространственной разрешающей способности отдельные фрагменты съемки дублировались цифровыми камерами рис. 5.





Рис. 6. Цифровой снимок опор ВЛ 500 кВ с разбитыми изоляторами в правой гирлянде


Тепловизионный контроль. На первом этапе работ в этом направлении, для опробования метода тепловизионного контроля с воздуха, был использован имеющийся в наличии тепловизор AGEMA 550, который был установлен на борту вертолета МИ-8. Облет ВЛ 500 кВ был выполнен 17 апреля 2001 года. Применялись различные режимы и настройки тепловизора. Запись информации осуществлялась на видеомагнитофон. Съемка проводилась из двух мест: через нижний грузовой люк и через боковой иллюминатор в хвостовой части вертолета. Наиболее интересные результаты, в виде термограмм приведены на рис. 6.

	А. Съемка через боковой иллюминатор вертолета. Линия с левой стороны. Полет над линией на высоте около 30 метров и правее на 15…25 метров. Объектив 7 0. Палитра цветов - побежалость. В поле зрения попадает 2-3 фазы проводов.
	Б. Фон более однородный. Солнце на момент облета освещало линию с правой стороны, на термограмах показаны «места нагрева», которые на самом деле являются солнечными бликами на самих проводах и на распорках.
	В. То же, что и в п.А. Полет над линией на высоте около 50 метров. В поле зрения попадают все 3 фазных провода. Вывод: тот же, что в п. Б.

Рис. 7. Термограммы ВЛ 500 кВ полученные при аэроинспекции

По результатам применения тепловизоров были сделаны следующие выводы.

1. Во время облета при тепловизионном осмотре не было обнаружено нагретых контактных соединений, что связано с низкой нагрузкой ВЛ.
   
2. Качество термограмм показывает возможность выявления нагретых контактных соединений данными типами тепловизоров.
   
3. Полученные результаты позволили сформировать методические приёмы по проведению тепловизонного контроля при аэроинспекции:
   

• оптимальное расстояние до линии составляет 30…40 метров;
  
• осмотр линии необходимо вести через открытую боковую дверь;
  
• наиболее благоприятна для тепловизионного контроля пасмурная погода (в идеале ночь);
  
• требуется предварительная настройка фокусного расстояния на земле;
  
• подстройку диапазона температур производить таким образом, чтобы нижняя граница была на несколько градусов ниже температуры окружающей среды, а верхняя граница порядка 50 градусов;
  
• при обследовании желательна нагрузка ВЛ 60…100 % от номинальной.
  

4. Установлены следующие ограничения метода:
   

• возможна только ручная съемка (сильная вибрация при жестком закреплении не позволит получить устойчивую картинку);
  
• будут обнаружены только высокотемпературные дефекты;
  
• съемка должна осуществляться только в пасмурную погоду.
  

5. Выявлены также и ограничения использованного тепловизора, отрицательно влияющие на качество обследования: низкая временная разрешающая способность тепловизора, плохая работа механизма фокусировки, коротковолновый диапазон излучения принимаемого тепловизора (для AGEMA 550) и др.
   

Осенью 2004 года была проведена работа по обследованию ВЛ 500 кВ Хабаровского предприятия МЭС Востока с использованием длинноволнового (дневного) тепловизора «FLIR TERMACAM PM 695» и летом 2005 г. было проведена подобная работа по линии 220 кВ но с использованием тепловизора «ThermaCAM CS3000». Обследование проводилось с борта вертолета «МИ-8Т», в солнечную и пасмурную погоду, через открытую боковую дверь. Перед проведением эксперимента на тепловизоре было установлено максимальное фокусное расстояние и автоматическая подстройка контраста. Полет проходил на высоте 40 – 50 м от поверхности земли и на удалении 30 – 40 м от крайнего провода, при скорости 70 км/ч.

Характерные термограммы полученные в результате обследования представлены на рисунке 7.





Рис. 7. Термограммы обследования ВЛ 500 кВ тепловизором «FLIR TERMACAM PM 695»




Рис. 8. Термограммы обследования ВЛ 220 кВ тепловизором «FLIR TERMACAM PM CS3000»


Основы методики инструментальной аэроинспекции ВЛ. В ходе летных испытаний отработаны требования к режиму полета и основные методические приемы аэродиагностики. Не рекомендуется производить инспекцию при изморози и резкой смене температуры воздуха. Температура и давление воздуха не регламентируются, однако при интерпретации результатов должны учитываться. Рекомендуется производить полеты при отсутствии осадков и порывистого ветра.

Полеты производятся при крейсерской скорости воздушного судна (60 – 80 км/ч). Высота и боковое смещение от крайней фазы обследуемой ВЛ порядка 40...50 метров. Размещение антенн по борту, обращенному к линии. Для получения детальной видеозаписи и повышения помехоустойчивости и надежности выявления дефектов желателен облет линии в обоих направлениях. Измерения интенсивности ЭМИР можно производить только около опор, т.к. запоминание максимальных сигналов детекторами происходит на время в несколько секунд, что соответствует перемещению воздушного судна на расстояние порядка половины пролета ВЛ.

Для привязки текущих координат вертолета, несущего на борту комплект диагно­стической аппаратуры к местности и инспектируемой ВЛ, перспективны современные бортовые навигационные системы, относящиеся к семейству GPS.

Окончательный анализ информации производится в камеральных условиях.

• Производится анализ видеозаписи для определения общего состояния трассы ВЛ, количества нулевых изоляторов в подвесках, ремонтных муфт, распорок, визирования провода, дефектов опор, наличия всех уголков на них и т.д.
  
• Производится нормирование измеренных уровней ЭМИР к одному расстоянию от вертолета до проводов ВЛ. Расстояние в любой момент времени восстанавливается из замеров напряженности поля частоты 50 Гц с привлечением видеозаписи полета.
  
• Производится выделение сигналов с отличающимися от средних уровней в 2 и более раз. Особо отмечаются замеры, в которых повышенная интенсивность ЭМИР была зафиксирована в обоих направлениях полета. По табл. 2 уточняется вид дефекта.
  
• По меткам времени на видеозаписи и компьютере идентифицируются участки ВЛ, на которых зарегистрированы сигналы ЭМИР, характерные для того или иного дефекта.
  
• Производится тщательный анализ полученных термограмм. Если вид дефекта на термограмме и видеозаписи не определяется, то принимается решение о необходимости подробного наземного осмотра данного пролета или опоры ВЛ.
  
• Оформляется протокол аэроинспекции включающий в себя описание условий проведения обследования, технических средств и аппаратуры, методику проведения обследования, детальное описание всех обнаруженных дефектов, рекомендации по их устранению и сроки проведения следующего обследования, полную версию обработанного видеоматериала и результатов тепловизионного сканирования.