Повысить надежность высоковольтных изоляторов
Одним из критериев оценки работы устройств электроснабжения является состояние высоковольтных изоляторов, особенно на контактной сети (КС). Удельный вес отказов изоляторов составляет 15 — 20 % от общего количества неисправностей технических средств на КС.
Изоляторы на контактной сети дорог работают в сложных условиях. Вибрации от проходящих поездов, загрязненность атмосферы от перевозимого груза (уголь, цемент), выхлопы газов тепловозов, а также нарушения экологии от деятельности промышленных предприятий вблизи железной дороги (цементные заводы, химические и металлургические комбинаты, угольные шахты, солевые разработки и др.) — все это не лучшим образом сказывается на работе изоляторов КС. С развитием скоростного и высокоскоростного пассажирского движения поездов на электрифицированных участках дорог к изоляторам предъявляются еще более высокие требования.
Наиболее повреждаемые изоляторы, имеющие низкую эксплуатационную надежность, — тарельчатые (30 — 35 %), из них 65 % фарфоровые и 35 % стеклянные, а также стержневые фарфоровые изоляторы (22 %), в том числе типа VKL 60/7 — более 50 %. Повреждаемость изоляторов на участках переменного тока достигает 70 — 80 %. Основная причина — потеря изоляционных свойств, микротрещины в фарфоре, разрушение изоляционной детали, излом стержневых фарфоровых изоляторов по старению, коррозия пестиков тарельчатых изоляторов на участках постоянного тока, а также несвоевременная замена дефектных тарельчатых стеклянных изоляторов.
Для снижения отказов в работе высоковольтных изоляторов перед их установкой на контактной сети проводятся входной контроль, диагностические испытания и проверки. При тарельчатых изоляторах проверяют число элементов в гирлянде, их типы, которые должны соответствовать длине пути утечки тока, степени загрязненности атмосферы (СЗА) для данного района. Обращают внимание на отсутствие сколов, трещин, механических повреждений, а также следов ожогов на поверхности фарфора. Изолятор, имеющий скол или повреждение глазури площадью свыше
, считается дефектным. Трещины в шапке изолятора, соприкосновение шапки изолятора с изолирующей деталью, выползание или проворачивание стержня тарельчатого изолятора не допускаются.
Минимальный диаметр шейки стержня тарельчатого изолятора должен быть не менее 12 мм. Для защиты от электрокоррозии к стержню изолятора приклеивают полувтулки. Если это невозможно, то применяют изоляторы, имеющие утолщенную часть стержня или используют стержневые фарфоровые, полимерные изоляторы.
Тарельчатые фарфоровые изоляторы должны быть испытаны напряжением 50 кВ переменного тока частотой 50 Гц в течение одной минуты. Разрешается диагностировать изоляторы мегомметром на напряжение 2,5 кВ. Сопротивление изоляции должно быть не менее 300 МОм.
На стержневых изоляторах несовпадение продольной оси изолирующего элемента с осью оконцевателей изолятора не допускается. Поверхность фарфора очищают от грязи, повреждение глазури не допускается. В местах повышенного загрязнения изоляторов поверхность фарфора рекомендуется покрыть пастой ГИП или вазелином КВ-3, или равноценными материалами слоем толщиной 1 мм. При выполнении работ не допускаются удары по изолятору, приварки к нему. В полимерных изоляторах не должно быть надрезов, проколов, кратеров, ссадин, разгерметизации, следов токопроводящих дорожек и других повреждений. Механические испытания изоляторов всех типов не допускаются.
Количество тарельчатых изоляторов в поддерживающих и врезных гирляндах на участках переменного тока должно быть не менее четырех, на участках постоянного тока — два (с суммарной длиной пути утечки тока не менее 500 мм), в узлах анкеровки на участках переменного и постоянного тока — на один изолятор больше.
На КС получили широкое применение стеклянные изоляторы. В зонах промышленных загрязнений рекомендуется применять грязестойкие изоляторы, в том числе типа ПСД70-Е, стержневые фарфоровые изоляторы отечественного производства повышенной механической и электрической надежности, в том числе заводов Перми, Великих Лук (рис. 1,а, б) и Гжели (рис. 1,в, г).
В настоящее время на КС применяют полимерные изоляторы, опыт их эксплуатации еще накапливается. Некоторые сравнительные сведения фарфоровых и полимерных изоляторов приведены в табл. 1,
Важным критерием оценки высоковольтных изоляторов является длина пути утечки тока в зависимости от степени загрязненности атмосферы. Изоляция КС переменного тока выбирается в зависимости от СЗА для данного участка и длины пути утечки тока изоляторов. Примерная характеристика участков железной дороги по степени загрязненности атмосферы приведена в табл. 2. Нормированная минимальная длина пути утечки тока изоляции для КС переменного тока и ДПР приведена в табл. 3.
При постоянном токе длина пути утечки тока полимерных гладкостержневых и ребристых изоляторов должна быть не менее 600 мм и в анкеровках — не менее 800 мм. У опорных изоляторов для ВЛ6 - 10 кВ необходимо иметь длину пути утечки тока не менее 600 мм и разрушающую механическую силу при сжатии не менее 40 кН. Испытания всех типов изоляторов на разрушающую механическую нагрузку не проводятся.
Для контроля изоляционных свойств изоляторов при их эксплуатации на КС и ВЛ дистанции электроснабжения проводят диагностику. Ежегодно диагностируется около 1 — 1,2 млн. тарельчатых фарфоровых изоляторов. Количество отбраковки составляет 0,4 — 0,5 % от числа проверенных.
На линиях переменного тока изоляторы на КС, ДПР и на ВЛ 35 кВ проверяют универсальной измерительной штангой ШИ-35/110 кВ, оборудованной специальной головкой (рис. 2,а). Цифры на рисунке указывают последовательность проверки изоляторов в гирлянде. Для измерения напряжения вилкообразным захватом головки штанги прикасаются к проверяемому изолятору. Затем вращают рукоятку штанги по часовой стрелке, сближая электроды на головке штанги до пробоя воздушного промежутка, который сопровождается появлением видимых разрядов между электродами. По положению стрелки указателя на головке штанги в момент пробоя воздушного промежутка определяют напряжение, которое приходится на испытуемый изолятор, и по табл. 4 устанавливают его исправность.
Распределение напряжений на дефектных изоляторах гирлянды ВЛ 35 кВ приведено в табл. 5. При обнаружении дефектного изолятора в гирлянде дальнейшие измерения прекращают до его замены.
Измерительной штангой ШДИ-25 (рис. 2,6) диагностируют фарфоровые тарельчатые изоляторы в гирляндах на КС переменного тока и ДПР 25 кВ. Штанга включает три части: головку, измерительный прибор и изолирующую часть с рукояткой. На головке установлены два щупа с насечками, которыми шунтируют проверяемый изолятор в гирлянде от трех до шести изоляторов.
В трубке головки находится плата, на которой собраны соединенные последовательно резисторы, являющиеся добавочным сопротивлением к измерительному прибору, и диоды.
Изолирующая часть собирается из двух или трех звеньев. На головке закреплен измерительный прибор для оценки состояния диагностируемых изоляторов. На приборе выделены цветом две зоны: зона «А» — для гирлянд из пяти-шести изоляторов и зона «Б» — для гирлянд из трех-четырех изоляторов. По положению стрелки прибора определяют исправность изолятора в гирлянде.
Изоляторы диагностируют в сухую безветренную погоду при наличии напряжения в КС, ДПР и зашунтированном искровом промежутке в цепи заземления опоры контактной сети (при наличии), соблюдая организационные и технические мероприятия по безопасности работающих и требования Технологической карты. Проверяемый изолятор в гирлянде шунтируют щупом штанги, прикасаясь к его шапке и к стержню или шапке смежного изолятора. Визуально фиксируют положение стрелки измерительного прибора.
Последовательность диагностирования изоляторов в гирлянде аналогична применению универсальной измерительной штанги ШИ-35/110 кВ: первым проверяют изолятор со стороны напряжения, далее поочередно от заземленных частей. При обнаружении дефектного изолятора диагностирование остальных изоляторов в гирлянде не допускается до замены дефектного изолятора. В гирлянде из трех-четырех изоляторов дефектным считается изолятор, если стрелка измерительного прибора находится в пределах зоны «А» и «Б». В гирлянде из пяти-шести изоляторов дефектным считается изолятор, если стрелка измерительного прибора находится в пределах зоны «А».
К работе со штангами типа ШДИ-25 и ШИ-35/110 кВ допускается персонал дистанции электроснабжения, имеющий право работать на КС под напряжением и прошедший специальный инструктаж по применению штанги, ее испытанию, хранению и перевозке. Диагностика гирлянд изоляторов на КС переменного тока выполняется ультразвуковым дистанционным прибором УД-8, приборной диагностикой вагона ВИКС нового поколения. Также можно проверять визуально из смотровой вышки вагона ВИКС, автомотрисы АРВ.
На линиях постоянного тока проверку выполняют испытанной, исправной измерительной штангой при наличии напряжения в КС, поочередно шунтируя щупами изоляторы: первый изолятор шунтируют со стороны заземленных конструкций, проверяя его состояние со стороны напряжения, второй — со стороны напряжения, проверяя его состояние со стороны заземленных конструкций.
Если изолятор годен, то стрелка измерительного прибора отклоняется до красной метки и неоновая лампа не загорается. У дефектного изолятора стрелка измерительного прибора уходит за красную метку и загорается неоновая лампа. Дефектные изоляторы имеют сопротивление 300 МОм и менее, а ток утечки более 10 мкА. Обнаружив дефектный изолятор в гирлянде, проверку прекращают до его замены. При проверке изоляторов искровой промежуток в цепи заземления опоры должен быть зашунтирован.
С потерей изоляционных свойств у тарельчатых стеклянных изоляторов разрушается изоляционная деталь, что резко снижает длину пути утечки тока. При обходах и объездах с осмотром КС такие изоляторы выявляют и незамедлительно заменяют на годные к эксплуатации.
Учитывая, что срок службы высоковольтных изоляторов составляет 25 — 30 лет, то по мере их старения надо своевременно заменять старотипные изоляторы на более современные с улучшенными техническими характеристиками. Парк подвесных тарельчатых фарфоровых изоляторов типа П-4,5 и стержневых фарфоровых изоляторов типа VKL необходимо заменять на подвесные тарельчатые стеклянные изоляторы, стержневые фарфоровые повышенной надежности и полимерные изоляторы.
На дистанциях электроснабжения изоляторы должны храниться в упаковках под навесом не более трех лет, так как с течением времени они теряют изоляционные свойства. Изоляторы аварийновосстановительного запаса материально-технических ресурсов, предназначенные для восстановительных работ на КС и ВЛ, необходимо своевременно обновлять, а также не реже одного раза в пять лет им надо проводить электрические испытания и измерения.
Анализ свойств выпускаемых изоляторов в России и за рубежом показывает, что в каждом регионе с учетом местных условий для одних и тех же зон СЗА длины пути утечки тока разные, но порядок цифр близок к среднестатистическому. При разработке изоляторов необходимо учитывать местные условия их эксплуатации, конфигурацию поверхности изолятора, длину пути утечки тока, а также электрические свойства, механические нагрузки, коэффициент расширения материалов.
Изоляционную деталь изолятора надо рассчитывать с учетом коэффициента надежности. Форма и размеры изоляторов должны учитывать назначение, привязку к устройствам и быть экономически обоснованы. Они должны иметь защиту от перекрытия их птицами (рис. 3), а также от атмосферных перенапряжений.
Инженеры
В.Е. ЧЕКУЛАЕВ,
В.Ю.БЕКРЕНЕВ
г. Москва
