Контроль состояния кабельных линий во время работы

КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

При контроле состояния КЛ используются следующие методы:

измерение сопротивления изоляции;

испытание изоляции повышенным выпрямленным напряжением;

определение целостности жил и фазировка КЛ;

определение сопротивления жил;

измерение сопротивления заземления концевых заделок;

измерение токораспределения по одножильным кабелям;

коррозионные обследования КЛ.

Измерение сопротивления изоляции КЛ производится мегаомметром на напряжение 2500 В.

Испытания повышенным выпрямленным напряжением в эксплуатации производятся путем приложения испытательного напряжения в течение 5 мин. В процессе испытаний контролируются значения испытательного напряжения, тока утечки изоляции и коэффициента асимметрии. Под коэффициентом асимметрии понимают отношение

где I_max — максимальное значение тока утечки в фазах кабеля; I_min — минимальное значение тока утечки в фазах кабеля;

Большая асимметрия (8-10 и более) является признаком дефекта (обычно плохая разделка муфт).

Испытания кабелей ведутся с соблюдением всех требований электробезопасности. У концов кабеля и в местах разрытии выставляются дежурные, не допускающие никого к кабелю до тех пор, пока все испытания не будут закончены полностью. После испытаний каждая жила кабеля на несколько минут заземляется при помощи штанги для полного стекания зарядов в землю.

После испытаний проводят повторное измерение сопротивления изоляции КЛ с помощью мегаомметра 2500 В, чтобы убедиться в ее исправности.

Периодичность испытаний и уровни испытательных напряжений регламентированы РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования», п. 29.2.2, причем уровень испытательного напряжения составляет

Допускается распоряжением технического руководителя устанавливать другие значения периодичности испытаний и испытательных напряжений.

После окончания монтажа или отсоединения жил кабелей в процессе эксплуатации производится определение целости жил. Для КЛ 6-10 кВ с этой целью используется мегаомметр.

Перед включением кабеля в работу проводится прозвонка с помощью телефонных трубок или мегаомметра. Если на одном из концов кабеля прозваниваемая жила присоединяется к фазе А и земле, то и на другом конце она должна присоединяться к фазе А и земле. Благодаря прозвонке определяются одноименные выводы кабеля.

Целостность жил КЛ проверяют посредством мегаомметра. У КЛ напряжением 35 кВ и выше измеряют активные сопротивления жил с помощью моста постоянного тока.

Если кабель должен работать параллельно с другим, то необходимо выполнить его фазировку, т. е. определить выводы, соответствующие фазам питающего напряжения. С этой целью с одного конца на кабель подают рабочее напряжение, а на другом конце производят измерения напряжений.

Фазировка при напряжении 0,4 кВ производится с помощью вольтметра с пределом 2U_ф, где U_ф — фазное напряжение.

На рис. 1 приведена схема измерений при фазировке силового кабеля 0,4 кВ КЛ2, подключаемого на параллельную работу с другим кабелем (КЛ1).

Рисунок 1. Фазировка силового кабеля 0,4 кВ

В первую очередь целесообразно проверить правильность маркировки нулевой жилы, что делается следующим образом: напряжения между этой жилой и остальными должны быть примерно одинаковы и близки к 220 В, а между любыми другими жилами близки к 380 В. После определения нулевой жилы ее можно подключить с помощью временной перемычки к нулевой шине PEN или к земле.

Затем определяются синфазные выводы а₁ и а₂ , b₁ и b₂, с₁ и с₂, напряжения между которыми близки к нулю. Выявленные таким образом выводы а₂, b₂, с₂ маркируются. На этом фазировка кабеля заканчивается.

Фазировка КЛ напряжением 6 или 10 кВ производится с помощью указателя напряжения в комплекте с добавочным сопротивлением (рис. 2), рассчитанного на двойное линейное напряжение. В первую очередь находят выводы, напряжение между которыми минимально, и соединяют их с помощью разъединителя или временной перемычки. Затем находят одноименные выводы кабеля и ошиновки — по отсутствию свечения лампы указателя напряжения.

Рисунок 2. Фазировка КЛ под напряжением: 1 — указатель напряжения; 2 — трубка сопротивления; 3 — концевая заделка; 4 — кабель; а — правильная маркировка выводов; б — неправильная маркировка выводов

В том случае, если кабель соединяет два трансформатора, фазировка кабеля совмещается с фазировкой трансформаторов.

На КЛ всех напряжений измеряют сопротивления заземления концевых заделок.

Обследования КЛ по определению опасности коррозии производят с целью выявления участков, находящихся в зоне с повышенной коррозионной активностью грунтов, вод и др.

Критериями опасности коррозии КЛ являются:

коррозионная агрессивность среды по отношению к металлическим оболочкам КЛ;

опасное действие постоянного и переменного блуждающих токов;

наличие поляризационных потенциалов сверх допустимых пределов. Защитный потенциал для стали должен находиться в пределах (-0,85) — (-1,15) В. При этом КЛ считают защищенной от коррозии.

Для создания защитного потенциала, в частности, используется катодная защита. Если КЛ не имеет электрической защиты, то коррозийные процессы могут привести к повреждениям брони и оболочек кабелей и, как следствие, к повреждению изоляции КЛ.

При коррозионных обследованиях измеряют:

потенциалы оболочек кабелей по отношению к земле;

разность потенциалов между оболочкой КЛ и рельсами трамвая, железной дороги и др.;

ток, его направление и плотность в броне (оболочке) КЛ в местах, где производилось измерение потенциалов.

Поделитесь ссылкой в социальных сетях

Источник

Сегодня в России не существует практики непрерывной диагностики состояния высоковольтных кабельных систем. Нормативно-правовая база, регулирующая область проверки состояния изоляции, предписывает кабельным линиям лишь периодические испытания, которые требуют вывода КЛ из эксплуатации, не решают вопросы профилактики дефектов электрооборудования, и являются потенциально опасными (так как являются разрушающими). Сообщество специалистов все активнее обсуждает возможность централизованного внедрения эффективной системы диагностики электрооборудования, которая решит целый комплекс проблем, от энергетической безопасности до значительного сокращения материальных затрат на эксплуатацию и ремонт КЛ. В этом материале мы рассмотрим существующие методы диагностики кабельных линий и поговорим о перспективах их применения в нашей стране.

Методы оценки состояния кабельных линий

Сегодня в мировой электроэнергетической практике оценка состояния высоковольтной изоляции кабельных систем является основой для принятия решений по продолжению их эксплуатации, ремонта или замены. Состояние изоляции кабельных линий можно определить испытанием повышенным напряжением в соответствии с действующими нормативами (в России — ГОСТ, ПУЭ и нормы испытаний электрооборудования), а также с использованием диагностики.

Из практики эксплуатации высоковольтных кабельных линий известно, что положительные результаты испытаний повышенным напряжением промышленной частоты не гарантируют безаварийной последующей эксплуатации. Так, например, после успешных испытаний повышенным напряжением кабельных линий они зачастую выходят из строя в ближайшее время. Установлено, что в большинстве случаев причина этого в интенсивном электрическом старении изоляции, вызванном частичными разрядами (ЧР) в дефектных местах, что приводит к сокращению срока службы кабельных линий. Наиболее опасны такие испытания для кабельных линий с большим сроком службы. Так, по статистике, только в сетях ОАО «Ленэнерго» ежегодно повреждается в среднем 600 кабелей 6-10 кВ и 5 кабелей 35 кВ.

Тем более не информативны с точки зрения оценки состояния кабельной линии высокого класса напряжения проверка при вводе в эксплуатацию по принципу выдержала/не выдержала (путем постановки под рабочее напряжение кабельной линии). Кроме того, с помощью таких испытаний невозможно выявление местных дефектов, особенно на ранних стадиях их развития, как из-за неэффективности применяемых для этого методов, так и из-за неправильно выбранной периодичности испытаний. Фактически, затраты на испытания кабельных линий никак не влияют на их надежность, и не позволяют комплексно оценить их состояние.

Исключение повреждений возможно только тогда, когда система эксплуатации и диагностики разрабатывается и устанавливается на основе изучения действительных причин повреждений. Объективные данные о техническом состоянии изоляции силовых кабелей и соединительной арматуры можно получить современными диагностическими методами. Существование системы предупреждающей диагностики позволит исключить повреждения в кабельных системах при минимальных финансовых затратах.

Диагностика кабельных линий

Диагностика, как правило, выполняется неразрушающими методами, т.е. методами, не приводящими к старению изоляции. Она позволяет определить не только техническое состояние, но и локализовать имеющиеся дефекты. Комплексная диагностика различными методами неразрушаю-щего контроля дает возможность оценить степень старения изоляции и ориентировочно рассчитать остаточный ресурс кабеля.
Кроме того, применение диагностических методов позволяет:

производить Проверку качества монтажа при вводе в эксплуатацию и ремонтах
предотвратить перебои в подаче электроэнергии;
экономить затраты на техническое обслуживание;
экономить затраты за счет частичной замены элементов кабельных систем;
осуществлять надежный контроль качества после ремонта.

Методы диагностики

Полный переход на неразрушающую диагностику в данный момент еще не произошел ни в одной стране мира. Различные методики существуют, тестируются и применяются достаточно локально как в России, так и в Канаде, Израиле, странах Европы и США. Мы хотели бы рассмотреть наиболее распространенные их них.

К наиболее популярным сегодня методам диагностики относятся:

измерение характеристик частичных разрядов.
измерение диэлектрических потерь изоляции;
тепловизионный контроль
рефлектометрия.

Каждый из вышеприведенных методов имеет свои преимущества и недостатки. Мы хотели бы рассмотреть их с точки зрения применимости к российским реалиям. В нашей стране в эксплуатацию ежегодно вводится все больше кабельных линий. Каким же характеристикам должна отвечать идеальная для России диагностическая система?

На этот вопрос ответил исполнительный директор НИИ Энергетики Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета Виталий Млынчик: «Диагностика кабельных линий — это очень актуальная сегодня тема. Если говорить о системе, которая должна функционировать именно в России, то она точно должна осуществлять непрерывный и предупреждающий контроль кабельных линий и муфт под рабочим напряжением, также хотелось бы определять полное или же максимальное количество возникающих дефектов и иметь возможность их отслеживать. Ну и, конечно же, ввод в эксплуатацию такой системы не должен быть очень затратным».

Качественная система диагностики позволяет определять дефекты на самых ранних этапах их развития и вовремя принимать решения для их устранения, что приводит к зна-чительному повышению надежности электроснабжения, а так же значительно увеличивает срок службы кабельных линий и муфт.

Тепловизионный контроль

Рассказывает эксперт компании ООО «Квадро Электрик», к.т.н., почетный профессор Петербургского Энергетического Института повышения квалификации Валерий Поляков: «До сих пор одним из наиболее эффективных и распространенных методов является тепловизионный контроль оборудования, и в частности кабельных линий и муфт. Применение тепловизора для выявления дефектных элементов основано на том, что наличие некоторых видов дефектов вызывает изменение температуры этих элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного (ИК) излучения, которое может быть зарегистрировано названными приборами».

Можно отметить следующие достоинства тепловизионной диагностики:

возможность дистанционного, безопасного выполнения диагностики в рабочем режиме в любое удобное время;
возможность одновременного выполнения диагностики большого объема кабельных линий и муфт при одинаковом состоянии внешних условий и одинаковом режиме работы диагностируемых объектов, что позволяет применить статистическую оценку, а это является дополнительным диагностирующим параметром;
возможность оперативного обследования большого объема кабельных линий и муфт при необходимости выявления отдельных ненадежных элементов.

Измерение диэлектрических потерь изоляции

Изоляция токоведущей жилы кабеля относительно других жил и заземленной оболочки в трехфазном кабеле и относительно заземленной оболочки в одножильном кабеле образует емкость, изолирующая способность которой характеризуется диэлектрическими потерями в ней, а также тангенсом угла диэлектрических потерь tgd. Тангенс угла диэлектрических потерь — величина интегральная и оценивает общее состояние всей изоляции целиком. При наличии местного дефекта на начальной стадии развития, например на кабельной линии, величина tgd изменится незначительно. Однако при наличии дефекта будет наблюдаться изменение tgd, в зависимости от приложенного напряжения. Именно по характеристикам изменения этой величины можно судить о состоянии кабеля и вынести первую оценку состояния изоляции, после чего прибегнуть к наиболее точному методу по определению типа дефектов, измерению частичных разрядов, а также к рефлектометрии, для определения местоположения дефекта.

Измерение характеристик частичных разрядов

На наш взгляд, наиболее интересным и перспективным методом сегодня является измерение характеристик частичных разрядов (ЧР) в изоляции электрооборудования. Мы хотели бы рассказать о нем более подробно.

Частичный разряд — локальный электрический разряд, частично шунтирующий изоляцию между проводниками, возникающий, как в прилегающих, так и не в прилегающих к проводнику объемах изоляции.

В зависимости от целей и классификации испытаний, измерение ЧР может проводиться как в процессе нормальной работы энергетического оборудования без вывода его из эксплуатации (режим «on-site»), так и при выведенном из эксплуатации оборудовании (режим «off-site») при использовании малогабаритных источников испытательного напряжения различных форм. В таблице 1 приведены сведения по формам испытательного напряжения и ссылки на соответствующие стандарты, используемые для СПЭ-кабелей.

Таблица 1. Формы используемых напряжений, предназначенных для испытания СПЭ-кабелей

Форма испытательно-го напряжения	Постоянное напряжение*	Синусоидальное напряжение сверхнизкой частоты (0,1 Гц)	Синусоидальное осциллирующее напряжение (20-300 Гц)
Стандарт	CIGRE WG 21-09	IEC 60840; 62067	IEEE 400.4

(* — использование постоянного испытательного напряжения для СПЭ-кабелей не практикуется в виду влияния объемных электрических зарядов на результаты испытаний)

Начиная с первых опытов по регистрации характеристик ЧР в изоляции различных типов высоковольтного оборудования, предпринимались попытки идентифицировать дефекты изоляции, порождающие эти разряды.

Своим комментарием по данному вопросу поделился эксперт компании ООО «Квадро Электрик», профессор Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета Александр Андреев: «Более 40 лет назад Международная электротехническая комиссия (МЭК) на основе многолетних исследований ряда научно-исследовательских лабораторий из разных стран, опубликовала каталог типичных осциллограмм Ч Р, характерных для различных типов дефектов изоляции. Тем не менее, даже на уровне сегодняшних знаний, идентификация типа дефектов-источников ЧР является достаточно трудоемкой задачей и требует большого опыта и высокой квалификации. Несмотря на существующие данные об амплитудно-фазовых распределениях, характерных для дефектов различного типа, при анализе требуется хорошее знание конструкции и параметров конкретного оборудования, условий проведения измерения и т.д. Кроме того, существенным является комплексное использование всех данных, полученных другими диагностическими средствами и предыстория контролируемого объекта (срок службы, нагрузки, тепловой режим и т.д.)».

Существующие сегодня в мировой практике способы идентификации дефектов изоляции по характеристикам ЧР условно можно разбить на три группы (Таблица 2):

методики идентификации, основанные на экспертных оценках интегральных параметров и особенностей спектров ЧР;
методики идентификации, основанные на анализе формы и закономерностей возникновения и следования индивидуальных импульсов ЧР;
методики идентификации, основанные на изучении статистических характеристик спектров ЧР.

Как видно из таблицы, в настоящее время не существует апробированной методики, позволяющей надежно выявлять опасные технологические дефекты и дефекты износов кабельной изоляции, каждая из них имеет свои недостатки, что делает необходимым проведение практических исследований, направленных на разработку эффективной методики идентификации дефектов. По нашему мнению и на основе данных диагностических компаний в мире на данный момент одной из наиболее перспективных методик представляются методики второй группы.

Из представленных выше методик наиболее точными в плане идентификации типа дефекта, а так же применения на оборудовании 110-750 кВ, являются методики второй группы «Анализ формы индивидуальных импульсов ЧР и закономерностей их возникновения». Ряд исследователей при идентификации дефектов в изоляции высоковольтного электроэнергетического оборудования используют различные математические методы для анализа формы индивидуальных импульсов ЧР. Основным назначением этих методов является выделение функциональных признаков из массива зарегистрированных в процессе измерения импульсов ЧР. Для спектрального представления последовательности импульсов ЧР применяются преобразования Фурье, вейвлет, Хаара и Уолша и др. Таким образом, каждый импульс ЧР может быть представлен в виде точки в двумерных координатах (T, F) (так называемая TF-карта классификации, впервые реализованная в приборах фирмы TechImp) следующим образом. Импульсам ЧР, относящимся к одному дефекту (источнику ЧР), будут соответствовать точки в TF-карте, которые близки друг к другу. Соответственно, импульсы ЧР, относящиеся к другим источникам, будет производить отдельные и отличные группы точек в классификационной карте. Подход, основанный на TF декомпозиции импульсов ЧР, очень эффективен для отклонения шумов, которые являются главными проблемами при «on-site» мониторинге высоковольтной изоляции.

Таблица 2

Принцип идентификации	Инструменты идентификации	Фирмы	Недостатки
Экспертные оценки интегральных характеристик ЧР и особенностей формы Амплитудно-Фазовых Спектров ЧР	Анализ интегральных характеристик ЧР (U_{н<ЧР/sub>, Q_ЧР). Визуальная оценка спектров ЧР}	Omicron; IRIS; Дизкон, Power Diagnostix)	Отсутствие количественных критериев. Низкий уровень идентификации за счет субъективной оценки. Сложность автоматизации
Анализ формы индивидуальных импульсов ЧР и закономерностей их возникновения	Преобразование Фурье, Вейвлет. TF-карты	TechImp; Димрус; PDISystem	Выраженные зависимости формы импульсов ЧР от передаточных характеристик регистратора и местоположения ЧР в изоляции
Анализ статистических параметров Амплитудно-Фазовых Спектров ЧР	Кластерный и фрактальный анализ. Искусственные нейронные сети	DobleLemke	Ограниченное количество характеристических признаков. Ненадежность ИНС. Выраженная зависимость качества идентификации от качества обучающей выборки

В первой, наиболее традиционной группе методик в качестве характеристических признаков используются интегральные характеристики (максимальный кажущийся заряд, средний ток), либо индивидуальные особенности спектров ЧР. Такой подход не может обеспечить очень высокий уровень экспертной оценки, тем не менее, сегодня он активно используется рядом компаний (Omicron, Дизкон, Iris и др.), которые пропагандируют такой упрощенный подход, основанный на экспертных оценках характеристик ЧР, и сталкиваются с трудностями, связанными, в частности, с влиянием помех и высокого уровня «шума», что усложняет интерпретацию.

Наконец, в методиках третьей группы используется ограниченный набор статистических признаков спектров ЧР, что существенно снижает их распознающую способность.

Петербургская компания Quadro Electric сегодня активно занимается изучением и попытками внедрения диагностики кабельных линий методом измерения уровня ЧР. Рассказывает исполнительный директор Quadro Electric Артем Денисов: «Мы предлагаем реализацию эффективной системы диагностического контроля кабельных линий, состоящую из двух основных этапов: непрерывный диагностический контроль в процессе эксплуатации и диагностические испытания с целью выявления местонахождения и типа обнаруженного на первом этапе дефекта».

Так на первом этапе происходит контроль изоляции под рабочим напряжением, при этом возможно несколько вариантов его технической реализации:

измерение характеристик ЧР под рабочим напряжением;
измерение тангенса угла диэлектрических потерь под рабочим напряжением;
осциллографирование токов и напряжений в сети, а также в цепях заземления.

Наиболее точным и простым в анализе результатов является первый способ, когда еще на стадии непрерывного контроля можно определить тип дефекта и в ряде случаев даже локализовать его местонахождение, что позволяет обойтись без второго этапа диагностики, описанного далее. При измерении тангенса угла диэлектрических потерь или осцил-лографировании на первом этапе происходит лишь определение факта наличия и развития дефекта в изоляции, по результатам которого необходим переход ко второму этапу. Второй этап диагностики подразумевает точное определение типа дефекта и его локализацию, для последующего ремонта. Выбор метода диагностирования на втором этапе происходит исходя из полученных на первом этапе данных о наблюдаемом дефекте.

Данные методы не оказывают разрушительного влияния на изоляцию кабельных линий, так как подаваемые при испытаниях напряжения не превышают значения 1,73Uном. Недостатки у них тоже, несомненно, имеются — для получения многих характеристик придется временно выводить линию из работы, но даже в этом случае вывод из работы заранее запланирован и не является аварийным.

Для локализации места возникновения дефекта используется упомянутый выше метод рефлектометрии, при котором на линию подается импульс, который впоследствии отражается от места дефекта и от второго конца линии. Зная разницу во времени отраженных импульсов, а также скорость распространения импульса по кабельной линии, определяется расстояние до местонахождения дефекта от конца кабельной линии. Основным достоинством данного метода является высокая точность, погрешность современных рефлектометров составляет теоретически +/- (1 + (0,1% от длины кабельной линии)) метров*, и в результате получается распределение дефектных мест с указанием длины до их местонахождения (рис. 1).

Рисунок 1. Распределение ЧР по длине кабельной линии

Выводы

Итак, мы рассмотрели существующие методы диагностики кабальных линий. Уже сегодня можно смело заявить, что данные методы являются гораздо более эффективными и полезными, нежели существующая сегодня и морально устаревшая система измерений и испытаний. Новейшая система диагностики способна предотвратить сотни аварий, сэкономить огромные средства, обеспечить энергетическую безопасность и вывести электроэнергетику страны на принципиально новый уровень. Внедрение такой системы, безусловно, требует большой работы и изменений существующих нормативных документов, регулирующих отрасль. Так как полный переход к диагностике кабельных линий и электрооборудования сегодня еще не произведен ни в одной стране мира, у России пока что есть уникальная возможность стать пионером и задать тон в мировой электроэнергетической практике.

Первым и основополагающим этапом при переходе от испытаний к диагностике является полное обновление нормативно-технической документации электроэнергетической отрасли. В качестве примера можно рассмотреть произошедший в 2009 году толчок к развитию российского энергосбережения, который произошел после выхода Федерального Закона №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…». Закон, хотя и приживается у нас в стране постепенно, не без сложностей и бюрократических проволочек, однако спровоцировал появление в стране целой отрасли энергосбережения и энергоэффективности. Комплекс, прописанных в законе обязательных и добровольных мероприятий, позволил тысячам учреждений, крупных предприятий и частных объектов получить энергетические паспорта и модернизировать энергосистемы, сделав шаг на пути к реальной экономии источников энергии. Таким образом, наша страна встала на путь сокращения своего отставания от развитых государств в этой актуальнейшей области.

Если говорить о диагностике кабельных линий, то, вне всяких сомнений, сфера эта не столь широка, как энергосбережение, поэтому разработка целого Федерального Закона, на наш взгляд, была бы излишней. Однако очевидно, что без рассмотрения и обсуждения вопросов обновления нормативно-технической документации на государственном уровне и централизованного обязательного внедрения новейших стандартов, модернизация эксплуатации кабельных линий в России сегодня невозможна. Кроме того, для определения оптимальных и объективных критериев по оценке состояния изоляции кабельных линий должна быть проведена серьезная научная работа.

Ведь непрерывная неразрушающая диагностика как эффективный способ изучения возникающих дефектов способна, в первую очередь, модернизировать производство электрооборудования.

Необходимость переворота устаревшей системы эксплуатирования электрооборудования в России должна быть осознана и принята не только камерным сообществом профессионалов, но и государственными управленцами. Ведь лишь их совместная деятельность сможет претворить положительные и эффективные новейшие методы, о которых речь шла в нашем материале, в жизнь.

Владимир ПОДЛЕСНЫЙ
Татьяна МЛЫНЧИК

Источник

5.1. Методы диагностики кабельных линий

Кабельные
линии (КЛ) непосредственно после их
сооружения и в процессе эксплуатации
подвергаются разнообразным испытаниям,
с помощью которых выявляются ослабленные
места или дефекты в изоляции и защитных
оболочках кабелей, соединительной и
концевой арматуры и других элементах
кабельных линий. Причины возникновения
таких ослабленных мест различны. Они
могут возникать при изготовлении кабеля
и арматуры на заводе из-за конструктивных
недостатков кабеля и арматуры, при
небрежной прокладке кабельных линий,
при некачественном выполнении монтажных
работ. Ослабленные места выявляются в
процессе эксплуатации КЛ, так как со
временем наблюдается старение изоляции
кабелей и коррозия их металлических
оболочек. Кабельные линии, проложенные
в земляной траншее, несмотря на
дополнительную защиту в виде покрытия
кирпичом и систематическое наблюдение
за состоянием трассы, подвержены внешним
механическим повреждениям, которые
могут возникать при прокладке и ремонте
других подземных сооружений, проходящих
по трассе КЛ. За исключением прямых
механических повреждений, ослабленные
места и дефекты КЛ имеют скрытый характер.
Своевременно не выявленные испытаниями,
они могут с той или иной скоростью
развиваться под воздействием рабочего
напряжения. При этом возможно полное
разрушение элементов КЛ в ослабленном
месте с переходом линии в режим короткого
замыкания, что влечет нарушение
электроснабжения потребителей. Полный
перечень испытаний КЛ в зависимости от
напряжения и назначения регламентируется
«Нормами испытания электрооборудования».

Для испытания
кабельных линий повышенным напряжением
применяют выпрямленное напряжение от
передвижных испытательных установок.
Параметры испытательных установок
зависят от тока утечки и изоляции КЛ, в
то время как при использовании повышенного
переменного напряжения параметры
установок определяются емкостью линий,
которая для КЛ значительна. При этом
выпрямленное напряжение, по сравнению
с таким же по величине переменным
напряжением, оказывает малое воздействие
на неповрежденную изоляцию кабельных
линий. Испытание выпрямленным напряжением
выявляет не все ослабленные места
изоляции КЛ. В частности, не выявляются:
электрическое старение изоляции;
осушение изоляции из-за перемещения
или стекания пропиточного состава;
высыхания изоляции из-за тяжелого
теплового режима работы кабельных
линий. Испытания повышенным напряжением
являются разрушающими, так как при
приложении испытательного напряжения
изоляция КЛ в месте дефекта доводится
до полного разрушения (пробоя). После
пробоя необходим ремонт линии в том или
ином объеме. Для линий напряжением до
1 кВ вместо испытания повышенным
напряжением допускается проверка их
мегомметром напряжением 2500 В.

При испытаниях
повышенным напряжением необходимо
учитывать характер изменения токов
утечки, которые для КЛ с удовлетворительной
изоляцией, как правило, довольно
стабильны. Для кабелей с бумажной
изоляцией напряжением до 10 кВ ток
утечки находится в пределах 300 мкА,
для кабелей 35 кВ около 800 мкА.
При этом абсолютное значение тока утечки
не является браковочным показателем.
До и после испытания линий повышенным
напряжением производится измерение
сопротивления изоляции линии с помощью
мегомметра. При этом сопротивление
изоляции КЛ до 1 кВ должно быть не
ниже 0,5 МОм. Для линий других напряжений
сопротивление изоляции не нормируется.
Проверка мегомметром позволяет также
выявить серьезные повреждения КЛ, в
частности, заземление и обрыв жил,
замыкания между жилами и т.п. Профилактические
испытания (ПИ) делятся на плановые и
внеплановые. Профилактические испытания
кабельных линий 6 — 35 кВ должны
производиться не реже одного раза в три
года. Линии, имеющие по опыту эксплуатации
недостаточно удовлетворительное
состояние изоляции или работающие в
неблагоприятных условиях (частные
земляные раскопки на трассе линий,
активная коррозия и т.п.), рекомендуется
подвергать более частым испытаниям.
Внеочередные испытания назначаются
после производства земляных работ на
трассе КЛ, ее перекладки или капитального
ремонта, при наличии осадки или размыва
грунта на трассе и т.п. Профилактические
испытания КЛ могут производиться двумя
методами: с выводом из работы линий и
их всесторонним отключением на время
проведения испытания; без вывода из
работы линий с наложением испытательного
напряжения на участок сети, находящейся
под рабочим напряжением и под нагрузкой
нормального режима (испытания «под
нагрузкой»).

После пробоя
КЛ по причине отказа или в результате
испытания, за исключением прямых
механических повреждений, возникает
необходимость в определении места
повреждения линии. В настоящее время
имеются совершенные методы, с помощью
которых место повреждения, как правило,
устанавливается с достаточной точностью
и в ограниченное время. Каждый метод
имеет свою область использования,
которая определяется характером
повреждения КЛ и, в том числе, переходным
сопротивлением, возникающем в месте
повреждения. В связи с этим перед
определением места повреждения необходимо
определить характер повреждения, а
также произвести, при необходимости,
прожигание кабеля с целью снижения
переходного сопротивления в месте
повреждения его изоляции до требуемого
уровня. Повреждения КЛ имеют различный
характер: повреждение изоляции с
замыканием одной жилы на землю; повреждение
изоляции с замыканием двух или трех жил
на землю, двух или трех жил между собой
в одном или в разных местах; обрыв одной,
двух или трех жил с заземлением и без
заземления жил; заплывающий пробой
изоляции; сложные повреждения, содержащие
указанные виды повреждений. Наиболее
распространенный случай – это повреждение
между жилой и оболочкой кабеля, т.е.
однофазные повреждения, особенно для
кабелей с жилами в самостоятельных
оболочках.

Все измерения
на КЛ производятся с их полным отключением
и выполнением необходимых мер техники
безопасности. Как правило, определение
характера повреждения производится с
помощью мегомметра на 2500 В, которым
измеряется сопротивление изоляции
каждой жилы по отношению к земле и
сопротивление изоляции между жилами.
Целостность жил проверяется с обоих
концов линии путем поочередной установки
закоротки на концах линии. При определении
характера сложного повреждения
используются измерители неоднородностей
кабельных линий, а при необходимости
характер уточняется с помощью поочередного
испытания выпрямленным напряжением
изоляции каждой жилы по отношению к
оболочке и между жилами.

В соответствии
с установившейся практикой, место
повреждения определяют в два приема:
сначала определяют зоны повреждения
кабельной линии, затем уточняется место
повреждения в пределах зоны. На первом
этапе определение места повреждения
производится с конца линии, на втором
этапе — непосредственно на трассе
линии. В связи с этим методы соответственно
разделяются на дистанционные
(относительные) и топографические
(абсолютные). К дистанционным методам
относятся; импульсный, колебательного
разряда и мостовой, а к топографическим
— индукционный, акустический и метод
накладной рамки. При импульсном
методе в КЛ посылается так называемый
зондирующий электрический импульс и
измеряется время между моментом посылки
зондирующего импульса и моментом прихода
импульса, отраженного от места повреждения.
При этом учитывается, что скорость
распространения электромагнитных
колебаний в КЛ с бумажной изоляцией
находится в пределах 160 м/мкс. Прибор
присоединяется к одному концу линии
(схема присоединения выбирается в
зависимости от характера повреждения).
Импульсный метод может быть применен
в КЛ любых конструкций при однофазных
и многофазных повреждениях устойчивого
характера и при сложных повреждениях.

Метод
колебательного разряда базируется
на измерении периода (полупериода)
собственных электрических колебаний,
которые возникают в КЛ в момент ее
пробоя, т.е. при разряде электрической
дуги в месте повреждения. Для определения
места повреждения по данному методу,
линию необходимо доводить до пробоя в
момент измерений, что достигается
подачей на линию повышенного напряжения
(ниже испытательного). Метод предназначен
для определения места повреждения
кабельных линий при наличии «заплывающего»
пробоя или в тех случаях, когда в месте
повреждения отмечаются электрические
разряды. «Заплывающий» пробой
характеризуется следующими друг за
другом пробоями с разными промежутками
времени под воздействием повышенного
напряжения. При снижении напряжения
пробои прекращаются. В некоторых случаях
поврежденная линия начинает выдерживать
более высокое напряжение, вплоть до
испытательного, т.е. изоляция линии
временно восстанавливается. Это
наблюдается преимущественно в муфтах.
В процессе определения места повреждения
напряжение установки поднимается до
пробивного, в момент пробоя прибор
производит измерение. При определении
места однофазного повреждения целые
жилы КЛ должны быть изолированы. При
повреждении между жилами напряжение
испытательной установки подается на
одну жилу, а две других заземляются
через сопротивление более 1000 Ом.

Мостовой
метод предусматривает использование
измерительных мостов постоянного или
переменного тока. Для измерения расстояния
до места повреждения собирается мостовая
схема из регулируемых резисторов
измерительного моста, поврежденной и
здоровой жил, соединенных накоротко с
противоположного конца линии. При
определении места повреждения путем
изменения R₁ и R₂
добиваются равновесия моста. Расстояние
до места повреждения определяется как

l_x
= 2LR₁/(R₁+R₂),
(5.1)

где L — длина линии;

R₁
и R₂ — сопротивление резисторов,
присоединенных к поврежденной и
неповрежденной жилам соответственно.

При применении
мостового метода необходимо иметь одну
неповрежденную жилу или жилу с переходным
сопротивлением, не менее чем в 100 раз
большим переходного сопротивления
других жил. Методом надежно определяются
однофазные и многофазные повреждения
устойчивого характера.

При обрывах
жил определение места повреждения
производится путем измерения емкости
линии при помощи моста переменного
тока. Как правило, применяется универсальный
кабельный мост, который допускает
измерение на постоянном и переменном
токе.

Индукционный
метод относится к топографическим
методам и основан на принципе прослушивания
с поверхности земли звука, который
создается электромагнитными колебаниями
при прохождении по жилам КЛ тока звуковой
частоты (800 — 1200 Гц). С этой целью
генератор звуковой частоты присоединяется
к двум жилам кабельной линии. Для
прослушивания звука используются
специальная приемная рамка с усилителем
(кабелеискатель) и телефонные наушники.
При движении оператора с кабелеискателем
по трассе звук в наушниках будет
периодически изменяться из-за наличия
скрутки жил. Кроме того, звук будет
усиливаться над соединительной муфтой,
изменяться в зависимости от изменения
глубины прокладки линии, наличия труб
и т.п. Только над местом повреждения
будет отмечаться резкое возрастание
звука с последующим его затуханием на
расстоянии 0,5 — 1,0 м от повреждения.
С помощью индукционного метода
определяются двух- и трехфазные
повреждения устойчивого характера при
значении переходного сопротивления не
более 20 — 25 Ом. Применяются генераторы
звуковой частоты и кабелеискатели
различного схемного и конструктивного
исполнения. С целью увеличения
чувствительности метода и исключения
индустриальных помех (соседние кабели,
электрифицированный транспорт и т.п.),
увеличивают частоту генератора до 10
кГц, применяют кабелеискатели с
высокоизбирательными антеннами и
используют настроенные рамки. Индукционный
метод широко используется для определения
трассы кабеля и глубины его залегания
в земляной траншее. С этой целью первый
вывод генератора присоединяется к жиле,
противоположный ее конец и второй вывод
генератора заземляется. Ток генератора
в зависимости от величины помех и глубины
залегания кабеля устанавливается до
15 — 20 А. При горизонтальном расположении
приемной рамки кабелеискателя максимальный
звук в наушниках будет соответствовать
положению над кабелем. При вертикальном
расположении рамки над кабелем звук
будет исчезать, при перемещении рамки
в одну и другую сторону от кабеля звук
сначала возрастает, а затем медленно
убывает. В результате прослушивания
звука над трассой устанавливается ее
точное положение. Для определения
глубины залегания кабеля приемную рамку
кабелеискателя устанавливают под углом
45° к вертикальной плоскости, проходящей
через кабель. Рамку отводят от линии
расположения кабеля до того момента,
когда пропадет звук в наушниках.
Расстояние между линией трассы и
положением рамки будет соответствовать,
глубине прокладки кабеля. Метод
используется также для определения
положения соединительных муфт на трассе.
В таком случае генератор включают по
схеме двухпроводного питания, т.е. выводы
генератора присоединяются к двум жилам
линии, последние с другого конца
соединяются накоротко. Над муфтами
будет прослушиваться резкое усиление
звука. Метод накладной рамки является
разновидностью индукционного метода.
При этом вместо приемной рамки к
кабелеискателю присоединяется так
называемая накладная рамка, выполненная
в виде металлической обоймы, внутри
которой расположена измерительная
катушка. Накладная рамка вращается
оператором вокруг поврежденного кабеля
при включенном генераторе звуковой
частоты. Звук в наушниках до места
повреждения будет дважды изменяться,
достигая максимума и минимума, над
местом повреждения в наушниках будет
прослушиваться монотонное звучание.
Метод накладной рамки применяется на
открыто проложенных КЛ, при замыкании
одной жилы на оболочку и при повреждении
изоляции двух или трех жил с большим
переходным сопротивлением. При применении
метода для линий, проложенных в земле,
производится вскрытие трассы с помощью
шурфов.

Акустический
метод основан на прослушивании над
местом повреждения звуковых колебаний,
возникающих в месте повреждения по
причине искрового разряда от электрических
импульсов, посылаемых в кабельную линию.
В качестве источника импульсов служит
испытательная установка. Схема определения
места повреждения зависит от вида
повреждения КЛ. Если произошел
«заплывающий» пробой, то источником
импульсов служит испытательная установка,
напряжение которой поднимается до
пробоя в месте повреждения. При устойчивых
замыканиях в месте повреждения для
образования импульса используется
испытательная установка, разрядник и
накопительная (зарядная) емкость или
емкость неповрежденных жил. В этом
случае одновременно с разрядником
происходит разряд в месте повреждения
КЛ. В процессе определения места
повреждения звук разряда периодически
посылаемых импульсов прослушивается
в месте повреждения оператором с помощью
стетоскопа или кабелеискателя с
пьезодатчиком, который преобразует
механические колебания, возникающие в
грунте при разряде импульса, в
электрические. Максимальный звук
соответствует месту повреждения. Метод
используется при «заплывающих»
пробоях, одно- и многофазных повреждениях
устойчивого характера (но не металлических
замыканий), при обрывах жил с заземлением
в месте повреждения. Современные
кабелеискатели являются акустико-индукционными
и могут использоваться для акустического
и индукционного методов измерения.
Определенные трудности, возникающие
при дистанционном и топографическом
методах определения места повреждения,
возникают при однофазных замыканий на
землю. В частности, импульсный метод
дает надежные результаты только при
малом значении переходного сопротивления
в месте повреждения. По этой причине
были разработаны новые приборы, принцип
работы которых базируется на импульсной
локации во время горения дуги. В
результате область использования
импульсного метода значительно
расширился. В частности, с его помощью
можно определять дефект кабельной линии
при увлажненной изоляции и даже
«заплывающий» пробой. При однофазных
повреждениях КЛ (при металлическом
замыкании на землю) акустический метод
непригоден. Индукционный метод в таких
случаях также не всегда эффективен.
Только применение накладной рамки с
соответствующим шурфованием на трассе
кабельной линии обеспечивает определение
места повреждения с необходимой
точностью. Применение индукционного
метода при наличии переходного
сопротивления в месте однофазного
повреждения вообще исключено, так как
невозможно устранить электромагнитное
поле помех, которое создается током
звуковой частоты, стекающим с оболочки
кабеля в землю. По этим причинам средства
поиска однофазных повреждений необходимо
совершенствовать. Так, можно отметить
индукционно-фазовый способ, который
базируется на контроле фазового сдвига
тока, протекающего по поврежденной жиле
кабельной линии. С этой целью в целую и
поврежденную жилы линии посылают токи
кратной частоты, например 1 и 10 кГц,
которые создаются генераторным
комплексом. Контроль производится
индукционным методом с помощью
усовершенствованного приемно-передающего
переносного устройства. Место повреждения
определяется по изменению фазового
угла тока на месте дефекта кабельной
линии. Для диагностирования кабелей с
пластмассовым покрытием применяются
потенциальные методы, которые
предусматривают измерение разности
потенциалов на поверхности земли,
создаваемой током растекания в месте
повреждения. В основу одного из таких
способов положено сравнение двух
сигналов звуковой частоты, создаваемых
током в оболочке кабеля и током растекания
в земле. Генератор присоединяется к
оболочке кабеля и к земле. Приемная
аппаратура содержит индукционный
датчик, усилители обоих сигналов,
потенциальные зонды и схему сравнения
фазы сигналов и индикатор. Место
повреждения устанавливается на трассе
линии по нулевому показанию индикатора.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Организация мониторинга технического состояния высоковольтных кабельных линий

Общие вопросы организации мониторинга кабельных линий

1.1. Экономические предпосылки для применения систем мониторинга высоковольтных кабельных линий

При создании современных систем электроснабжения с использованием высоковольтных кабельных линий все чаще предпочтение отдается кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена – СПЭ, международное обозначение таких кабелей «XLPE» (Cross Linked PolyEthylene).

Основным эксплуатационным отличием кабелей с СПЭ изоляцией от маслонаполненных высоковольтных кабелей с изоляцией бумага – масло является то, что большинство возникающих в них дефектов, являющихся опасными, развиваются за сравнительно краткий период времени, от нескольких месяцев, до нескольких дней. В результате периодические испытания кабельных линий в режиме «off-line» с выводом из работы, проводимые через достаточно длительные интервалы времени, от года и более, обычно эффективные для маслонаполненных кабелей, при использовании кабельных линий с СПЭ изоляцией теряют смысл.

Проведение периодических диагностические испытания кабельных линий с СПЭ изоляцией не обеспечивает необходимого уровня надежности электроснабжения потребителей. Такие испытания оправдывают себя только при вводе кабельных линий в эксплуатацию, и после проведения ремонтных работ.

Снижение аварийности работы кабельных линий возможно только за счет внедрения в эксплуатацию систем непрерывного мониторинга, которые могут контролировать состояние изоляции кабельных линий в режиме реального времени. Только такие системы могут своевременно выявлять быстро развивающиеся дефекты на самых ранних стадиях, тем самым оперативно предотвращать возможные аварийные ситуации с высоковольтными кабельными линиями.

Более дешевыми вариантом контроля является использование систем периодического мониторинга состояния кабельных линий, в которых измерения параметров производится также на работающей линии в режиме «on-line», но не непрерывно, а через определенные интервалы времени. Поэтому такой мониторинг называется периодическим. При проведении периодического мониторинга обязательно должно выполняться условие, что интервал времени между проведением замеров должен быть, минимум, в два – три раза меньше стандартного времени развития дефекта, от момента его возникновения до достижения критического уровня. Только в этом случае сводится до минимума возможность пропуска быстро развивающихся опасных дефектов.

1.2. Функциональные возможности систем мониторинга кабельных линий

Для обеспечения эффективной и безаварийной эксплуатации высоковольтных кабельных линий предпочтительными являются следующие пять диагностических методов и способов, применение которых возможно и обоснованно в системах непрерывного и периодического мониторинга технического состояния КЛ:

Распределенный температурный мониторинг высоковольтной кабельной линии, который позволяет контролировать продольный профиль температуры кабельной линии с разрешением до одного метра. Такая подробная информация дает возможность обслуживающему персоналу контролировать условия эксплуатации всей кабельной линии, ее рабочую температуру, а также выявлять дефектные зоны линии с повышенной температурой.
Контроль наличия дефектов в изоляции концевых и соединительных муфт по частичным разрядам. Больше половины (по некоторым источникам до 80%) всех случаев возникновения дефектов в высоковольтных кабельных линиях происходит именно в этих элементах кабельных линий. Обычно возникновение этих дефектов обусловлено недостаточно качественной работой персонала при выполнении работ при монтаже муфт. Дефекты монтажа муфт проявляются или сразу же при вводе линии в эксплуатацию, или через некоторый интервал времени работы, и всегда сопровождаются появлением частичных разрядов в изоляции (до 95% случаев дефектов). Существенно реже дефекты в муфтах сопровождаются повышением температуры муфты (в среднем в 20 – 30% случаев). Поэтому применение методов контроля частичных разрядов для контроля состояния муфт наиболее обоснованно.
Диагностика наличия дефектов в изоляции самого высоковольтного кабеля. Дефекты в кабеле встречаются значительно реже, по сравнению с дефектами в муфтах. Появлению дефектов предшествует или повреждение оболочки кабеля, или не герметичность монтажа муфты, приводящие к проникновению влаги в изоляцию кабеля. Именно влага чаще всего является причиной повреждения главной изоляции высоковольтных кабелей, производственные дефекты изоляции кабеля хотя и встречаются на практике, но очень редко.
Определение типа и степени развития дефекта в кабельной линии, как в муфтах, так и в самом кабеле. Большое влияние на стратегию управления эксплуатацией кабельной линии с выявленными дефектами оказывает наличие информации о типе возникшего дефекта и степени его развития. Знание этой информации дает возможность персоналу правильно оценивать время остаточной эксплуатации кабельной линии, заранее планировать время и оптимальный объем необходимых ремонтных воздействий.
Максимально точная локализация места возникновения дефекта в кабельной линии. Эта информация наиболее полезна при проведении ремонтов подземных кабельных линий, где наибольшую трудоемкость может составлять проведение подготовительных работ, связанных с организацией доступа к месту проведения работ по устранению дефекта.

Реализации этих диагностических возможностей систем мониторинга КЛ возможно только при комплексном использовании трех взаимодополняющих методов контроля состояния кабельной линии под рабочим напряжением. Эти три метода физически независимы друг от друга, но при совместном использовании дают наиболее высокую диагностическую эффективность:

Метод контроля и мониторинга технического состояния кабельной линии на основе непрерывного измерения продольного профиля температуры кабельной линии с использованием встроенных оптических линий.
Метод оперативного контроля и мониторинга технического состояния кабельной линии на основе измерения и анализа частичных разрядов в изоляции муфт и кабеля.
Метод контроля емкостных токов утечки в экранах кабельных линий, позволяющий контролировать наличие повреждений оболочки кабельных линий.

Каждый из этих трех методов контроля состояния высоковольтных кабельных линий под рабочим напряжением имеет свои достоинства, недостатки, и предназначен для решения различных диагностических задач.

1.2.1. Система мониторинга температурных режимов работы кабельных линий с использованием оптических волоконных линий

Оптоволоконная система мониторинга предназначена для проведения измерения температуры кабельной линии в процессе эксплуатации. Достоинством использования оптоволоконных систем является возможность измерения температуры кабельной линии в режиме реального времени, с высокой точностью, до долей градуса, и с детализацией распределения температуры по длине кабельной линии до 1 метра. Это позволяет непрерывно и подробно контролировать температурный режим работы всей линии.

Система мониторинга профиля температуры кабельной линии включает в себя распределенный датчик измерения температуры (оптическое волокно), в идеальном случае располагаемый внутри контролируемого кабеля, и прибор — регистратор для измерения профиля температуры. Оптическое волокно при изменении температуры меняет свои свойства. При облучении его импульсом лазера в нем возбуждаются фотоны, которые генерируют свои импульсы, отличные по частоте от частоты возбуждающего лазера, меньшие по частоте на величину, связанную с текущей температурой оптического волокна.

Лазерный источник измерительного прибора посылает в оптическое волокно импульс, который возбуждает колебания во всех участках контролируемого кабеля, и именно эти колебания поступает обратно в приемник – анализатор спектра. Полученный, условно говоря, отраженный сигнал, в зависимости от относительного времени прихода импульса (относительно первичного импульса от источника), описывает температурное состояние определенного участка контролируемого кабеля. Параметры отраженного оптического сигнала зависят от температуры оптического волокна в каждой точке контролируемой кабельной линии, что и дает возможность контролировать профиль распределения температуры вдоль линии.

Поскольку температура кабельной линии не может изменяться очень быстро, в худшем случае время изменения температуры составляет несколько минут, то один прибор – регистратор обычно используется для контроля температуры нескольких кабельных линий (фаз одной кабельной линии). Для этого в систему мониторинга может добавляться оптический мультиплексор – переключатель, последовательно коммутирующий к одному входу прибора несколько оптических измерительных линий. Использование одного мультиплексора, вместо использования нескольких приборов – регистраторов оптических сигналов, позволяет существенно снизить общую стоимость системы температурного контроля.

Параметры системы температурного мониторинга в значительной мере зависят от типа используемого оптического волокна. При применении многомодового оптического волокна получается наилучшее пространственное разрешение, и лучшая температурная точность. Использование одномодового оптического волокна позволяет контролировать кабельные линии значительно большей длины, но при этом пространственное разрешение и точность измерения температуры в несколько раз хуже. Для систем контроля температуры кабельных линий с одномодовым оптическим волокном требуются более дорогие лазерные источники.

Система температурного мониторинга, в основном, предназначена для контроля технологических режимов работы кабельной линии, так как точное знание текущей температуры кабеля позволяет оперативно оптимизировать нагрузочную способность линии. В качестве средства диагностики система температурного мониторинга на основе оптического волокна недостаточно информативна. Это связано с тем, что возникновение и развитие дефектов в высоковольтной изоляции, до самого момента дугового пробоя, очень редко сопровождается заметным повышением температуры.

Все основные дефекты в СПЭ изоляции при своем возникновении носят локальный характер, поэтому процессы разрушения в этих дефектных зонах приводят только к сокращению эффективного слоя изоляции в муфтах, или в самом кабеле. Развитие дефектов в высоковольтной СПЭ изоляции завершается не тепловой деградацией и пробоем, как это имеет место в низковольтных кабелях, а полевым (высоковольтным) пробоем. Это происходит в тот момент времени, когда расширение зоны дефекта локально сократит изоляционный промежуток между жилой и экраном до недопустимого значения. При этом температура дефектной зоны в изоляции в процессе развития дефекта практически не изменяется, а только скачкообразно повышается непосредственно в сам момент дугового пробоя и выхода кабельной линии из строя.

Положительным аспектом использования систем мониторинга, предназначенных для распределенного контроля температуры кабельной линии, является возможность точного определения места пробоя после аварийного выхода кабельной линии из строя. На итоговом графике распределения температуры аварийной кабельной линии после зоны пробоя будет полностью отсутствовать информация о температуре, так как в этом месте, совместно с силовым кабелем, произойдет разрушение и оптического волокна – распределенного датчика температуры.

1.2.2. Система диагностического мониторинга кабельных линий на основе регистрации и анализа частичных разрядов в изоляции

Наиболее эффективно поиск, анализ и локализация дефектных мест в высоковольтных кабельных линиях осуществляется при использовании метода оперативной регистрации и анализа частичных разрядов в изоляции. Это обусловлено тем, что возникновение и развитие практически всех дефектов в высоковольтной изоляции сопровождается появлением частичных разрядов различной интенсивности. При этом очень важно, что этот метод диагностики применяется в режиме «on-line» в процессе эксплуатации кабельной линии под рабочим напряжением, т. е. данный метод идеально подходит для использования в системах непрерывного мониторинга. (При отсутствии высокого напряжения в линии частичные разряды тоже отсутствуют!).

Для регистрации частичных разрядов в различном высоковольтном оборудовании могут быть использованы первичные датчики и регистрирующая аппаратура, работающие в трех различных диапазонах частот:

Акустический и ультразвуковой диапазон частот US, до 300 кГц.
Высокочастотный диапазон частот HF (ВЧ), от 150 кГц до 30 МГц.
Сверхвысокочастотный диапазон частот UHF (СВЧ), от 100 до 1500 МГц.

Измерительное оборудование, работающее в каждом из этих трех частотных диапазонов, отличается параметрами, свойствами, особенностями монтажа первичных датчиков, ценой. Применительно к измерению частичных разрядов в высоковольтных кабельных линиях при выборе определяющим фактором является длина кабельной линии, которую можно контролировать при помощи одного датчика.

Краткая информация об особенностях практического применения для систем мониторинга кабельных линий диагностического оборудования, работающего в различных диапазонах частот, приведена в таблице 1.

Диапазоны частот мониторинга

Диапазон частот	Тип датчиков ЧР	Способ монтажа	Зона контроля	Объект контроля
US (ультразвук)	Пьезодатчики, микрофоны	Контактно и бесконтактно	± 1 м	Муфты
HF (ВЧ)	HF трансформаторы, Конденсаторы связи	На земляных и токоведущих шинах	± 2000 м	Муфты, кабель
UHF (СВЧ)	Электромагнитные антенны	Бесконтактно	± 20 м	Муфты

Из сравнительного анализа таблицы, что для организации мониторинга частичных разрядов в кабельных линиях предпочтительно использовать измерительную аппаратуру и первичные датчики, работающие в двух диапазонах частот:

Акустические и ультразвуковые приборы и датчики для регистрации частичных разрядов в концевых и соединительных муфтах.
Высокочастотные трансформаторы тока и измерительные приборы для регистрации частичных разрядов в концевых и соединительных муфтах, и в самом кабеле.

Наиболее эффективным является диагностическое оборудование, работающее в высокочастотном (HF) диапазоне частот. Оно одинаково хорошо применимо как для контроля состояния концевых и соединительных муфт, так и контроля изоляции самого высоковольтного кабеля.

Системы мониторинга, использующие акустические датчики и измерительные приборы, могут быть использованы только для контроля технического состояния концевых и соединительных муфт.

Диагностическое оборудование, работающее в UHF диапазоне частот, может быть использовано в системах мониторинга для контроля состояния муфт, но оно является более дорогим, чем оборудование, использующее акустические датчики, и чем оборудование, использующее датчики HF диапазона частот.

Современные системы мониторинга высоковольтных кабельных линий, основанные на методе регистрации и анализа импульсов частичных разрядов, работающие в HF диапазоне частот, позволяют:

Выявлять наличие дефектов в изоляции кабельной линии, эффективно отстраиваясь от внешних помех, используя метод «time of arrival» (определение места возникновения импульса на основе анализа разницы во времени регистрации импульсов по двум и более измерительным каналам).
Точно определять дефектный кабель на основании анализа амплитуд основных импульсов, и импульсов, наведенных в контролируемый кабель из рядом расположенных других фаз кабельной линии, и с соседних кабельных линий.
На основании экспертного анализа фазового и количественного распределения зарегистрированных импульсов частичных разрядов от дефекта диагностировать тип дефекта, возникшего в изоляции, определять степень его развития и опасности для дальнейшей эксплуатации кабельной линии.
Используя зарегистрированный на конце линии график распределения во времени прямого и отраженных импульсов частичных разрядов (от противоположного конца кабельной линии и соединительных муфт), можно выявлять в кабельной линии место возникновения дефекта в изоляции.
Проведя экспертную оценку зарегистрированных импульсов частичных разрядов можно формировать рекомендации по дальнейшей эксплуатации кабельной линии, заранее планировать сроки и объемы регламентных и ремонтных работ.

В целом можно сказать, что для кабельных линий с СПЭ изоляцией основным диагностическим методом для поиска дефектов в основной изоляции является регистрация и анализ частичных разрядов в кабельной линии и в муфтах.

1.2.3. Система контроля емкостных токов утечки кабельных линий с целью выявления повреждений оболочки кабеля

Механическое повреждение оболочки кабельной линии, приводящее к нарушению герметичности, является очень опасным дефектом. Опасность его заключается в том, что через зону повреждения в полость между оболочкой и основной изоляцией кабеля может поступать влага. Под действием электрического поля, как под действием насоса, влага начнет проникать в основную изоляцию кабеля. В результате в изоляции кабеля возникает специфический дефект, называемый в литературе «водяными деревьями». При таком дефекте вода создает разветвляющиеся каналы от поверхности слоя изоляции внутрь, в сторону жилы, напоминающие по форме дерево. В результате толщина эффективной изоляции кабеля начинает уменьшаться, и при достижении определенного минимума наступает фатальный пробой оставшегося слоя изоляции.

Самой большой сложностью при этом является то, что эффективных методов контроля появления и развития «водяных деревьев» в изоляции кабельных линий в режиме «on-line» нет, даже частичные разряды появляются при таком дефекте только на самом последнем этапе развития этого опасного дефекта, когда слой оставшейся изоляции становится критическим.

Единственным возможным способом контроля наличия повреждений внешней оболочки КЛ в режиме «on-line» является использование систем мониторинга емкостных токов утечки в экранах кабельных линий. Метод базируется на предположении, что появление дополнительной цепи утечки через дефект в оболочки кабеля может быть зафиксирован в виде уменьшения величины емкостного тока фазы на конце кабельной линии за счет эффекта шунтирования.

При использовании метода контроля емкостных токов утечки не следует забывать несколько важных допущений, принятых при оценке эффективности работы этого диагностического метода.

Метод контроля емкостных токов позволяет контролировать не появление и развитие в основной изоляции кабельной линии опасного дефекта в виде «водяных деревьев», а только появление предпосылок к появлению этого дефекта – он контролирует появление возможности (!) для проникновения влаги к основной изоляции кабельной линии. Сам дефект при этом может развиться, а может и не развиться.
Появление дефектов в оболочке кабельной линии может привести к изменению токов утечки, а может и не привести. Иными словами говоря, дефект оболочки кабельной линии может быть, но диагностироваться он будет не во всех практических случаях. Если зона дефекта будет увлажнена, то дефект будет диагностирован. Дефект оболочки кабельной линии в «сухой» зоне диагностироваться не будет, т. к. не будет цепей для протекания шунтирующих токов утечки.

Большой проблемой при организации мониторинга емкостных токов утечки является то, в экранах кабельных линий кроме информативных токов утечки протекают наведенные токи промышленной частоты. Величина этих токов определяется токовой нагрузкой линии, особенностями взаимной прокладки фазных кабелей друг относительно друга, наличием пунктов суперпозиции экранов. Для устранения влияния этих токов необходимо проводить сравнительные измерения только в режиме холостого хода линии, или же использовать скомпенсированную балансную схему контроля трехфазных токов в экранах фаз контролируемой кабельной линий. В этой схеме наведенные фазные токи взаимно уничтожаются.

Несмотря на все перечисленные проблемы метод контроля емкостных токов утечки широко применяется на практике благодаря своей простоте, а также потому, что других диагностических методов для контроля целостности оболочки кабельной линии, работающих в режиме «on-line», нет.

2. Организация комплексного диагностического мониторинга высоковольтных кабельных линий

Методика исследования работоспособности кабеля повышенным напряжением

При тестировании кабельной линии с помощью мегомметра исследуются следующие параметры:

Правильность фазности каждой из токоведущих линий.
Целостность изоляционных обмоток кабельных линий.
Уровень сопротивления диэлектрика при нормальных, стандартных условиях эксплуатации линии (стандартное напряжение, стабильная температура и уровень влажности).
Уровень сопротивления диэлектрика при работе с переменным уровнем тока (при резком повышении или резком понижении уровня напряжения в сети).

Специалисты электролаборатории «ЛабТестЭнерго» проведут испытания кабельных линий на предмет безопасности использования и составят подробный отчет о работоспособности данной линии.

Схема проведения проверки

При проведении проверки работоспособности кабельных линий электрики строго соблюдают алгоритм действий.

Этапы:

Изучение технической документации. Специалисты изучают технический паспорт помещения, техническую документацию на все электроустановки, кабельные линии и прочие, а также, внимательно изучают все результаты технологических проверок этой линии за прошедшие периоды.
Подбирают максимальной безопасный и быстрый способ проведения проверки работоспособности кабельных линий.
Проводят проверку в соответствии со всеми правилам и нормативными документами.

Специалисты электролаборатории «ЛабТестЭнерго» обладают глубокими знаниями в области электрификации и смогут безошибочно определить методику проверки подходящую для каждой отдельной кабельной линии различного рода объектов. В ходе проведения проверки не нужно будет обесточивать все производство или здание. Риск получения травм во время проведения исследования минимален.

Методики исследований

Специалисты электролаборатории «ЛабТестЭнерго» используют в своей работе два метода исследования работоспособности кабельных систем:

Проверка целостности изоляционного слоя линии и правильность распределения фазности системы.
Измерение уровня сопротивления диэлектриков.
Проверка выпрямленным током.

Проверка целостности изоляционного слоя линии и правильность распределения фазности системы

Такая методика используется для кабельных линий напряжением менее 10 000 вольт в следующих случаях:

Ввод новой кабельной линии в эксплуатацию;
Запуск кабельной линии после ремонта или модернизации;
Запуск кабельной линии после аварии.

Для определения целостности изоляционной обмотки диэлектриков используют мегаомметр. С помощью него не только проверяют целостности изоляции, но и определяют правильность подключения к фазам.

Измерение уровня сопротивления диэлектриков

Такой тип проверки проводят лишь на обесточенных объектах.

Этапы:

Проверка состояния брони, кабельных заземлений и воронок.
Специалисты подключают один конец кабельной линии к мобильному устройству заземления, а на другом разводят в стороны токопроводящие жилы на расстояние пример 15-20 см друг от друга.
Еще раз проверяют, что кабель отключен от сети.
Зачищают изоляцию на обмотках жил от грязи и пыли.
Через генератор подают в кабельную линию напряжение.
Поочередно подключают омметр к одной жилы, снимая показания, затем к другой жиле.
Сверяют полученные данные с минимально допустимыми пределами и вычисляют расхождения.
Составляют сводный отчет о ходе проверки и выявленных показателях.

Если напряжение в кабеле более 1000 вольт, то проверка проходит по аналогичной методике. Замеры показателей на жилах проводят поочередно:

Фаза-фаза;
Фаза-ноль;
Фаза-защита;
Ноль – защита.

Исследование линий с помощью выпрямленного тока

Методика определение дефектов в системе кабельной линии посредством подачи на жилу выпрямленного тока через устройство типа АИД, СКАТ и т.д.

Выпрямленный ток подает поочередно для каждой жилы и каждой фазы, притом другие фазы в момент проверки обесточены.

В результате длительной подачи выпрямленного тока в системе возникают своего рода пробои, и, как следствие, утечка тока. Специалист замеряет показания утечки тока и вычисляет разницу между текущим показанием и предельно допустимыми нормами.

После проделанной работы составляется акт проверки.

Периодичность проведения проверок

Для каждого рода кабельной системы существует разная периодичность проведения проверок работоспособности данных систем.

Периодичность для кабельных линий диапазоном от 6 до 35 киловольт:

Ежегодно в течение первых двух лет использования кабельной линии.
Далее раз в 2 года, при отсутствии аварийного состоянии и неожиданных отключений.
Если произошла авария на линии, то проверки необходимо проводить каждый год.
Кабель, который располагается на территории без допуска посторонних лиц, проверяется раз в 3 года.

Внеплановые проверки системы необходимо проводить:

По представлению контрольно-надзорных органов;
В случае аварии, ремонта или переоборудования системы.

Испытания кабельных систем не проводят если:

Планируется вывести из эксплуатации линию в течение 5 ближайших лет.
Длина кабельной линии менее 100 метров.
Если количество аварийных остановок системы не более 30 на каждые сто километров линии за предыдущие 15 лет.

Электролаборатория «ЛабТестЭнерго» — мы проводим испытания любых кабельных систем.

Электролаборатория «ЛабТестЭнерго» гарантия надежности кабельных систем и залог долговечной работы и сохранения здоровья потребителей.

Источник

Кабельные линии и правила их эксплуатации

Силовые кабели ВБбШв используются для прохода и разделения электроэнергии внутри стационарных установок на номинальное переменное напряжение частоты 50 Гц или на постоянное напряжение, превышающее переменное в 2,4 раза. Кабели ВБбШв могут быть проложены как на земле, так и в озёрах и реках на высоте 4300 м над уровнем моря.

Бронированные кабели ВБбШв укладываются в ту или иную среду по разным причинам и при разных условиях. Под грунт (в траншеях) – с любой степенью коррозийной активности, с блуждающими токами или без них, а также при условии отсутствия на кабель воздействий, способствующих его растяжению во время работы. «Воздушный» способ укладки кабеля применяется, если существует вероятность порчи кабеля во время его работы, а также в помещениях с разной коррозийной активностью, сухих и сырых помещениях, коллекторах и шахтах, зданиях с высокой степенью пожарной опасности и во взрывоопасных местах класса B-Iб, B-Iг, В-II, В-IIа.

Кабели ВБбШв могут эксплуатироваться на горизонтальных трассах и трассах с уклоном.

Проверка состояния кабелей

Для полной проверки состояния кабельных линий ВБбШв производят следующие действия:

Просчёт нагрузок и проверка степени нагревания;
Антикоррозийная обработка металлической обмотки кабелей;
Проверка рабочих характеристик трасс и кабельных конструкций;
Контроль выполняемых операций рядом с линиями и на трассах;
Систематические ремонтные работы линий и кабельных конструкций;
Наблюдение за состоянием и систематические ремонтные работы концевых заделок кабелей в РП и ТП;
Опробование линий с использованием повышенного напряжения;
Просчёт размера сопротивления изоляционных частей линий;
Ремонтные работы при неисправностях или авариях на линии.

Кабели ВБбШв работают до 30-ти лет в зависимости от величины нагрузки. Необходимо определить предельную токовую нагрузку для всех кабельных линий, которая высчитывается на точке линии с самыми плохими условиями охлаждения. Во время работы линии необходимо следить за тем, чтобы реальная нагрузка не была выше предельной. В ситуациях после аварий перегрузки кабелей могут иметь место, но их допустимое значение по времени – 6 из 24-ёх часов. Продолжаться такая перегрузка может не дольше 5-ти суток подряд и не более ста часов в год при условии, что всё остальное время нагрузка не поднимается выше предельной. На величину предельной перегрузки влияет изоляционный материал кабеля. Расчёт нагрузок кабельных линий требуется выполнять регулярно во время, определяемое главным инженером предприятия. По итогам расчётов составляется схема и порядок работы сетей.

Общее время работы кабеля ВБбШв также зависит от качества его оболочки, сделанной из металла. Она постоянно взаимодействует с окружающей её средой, подвергаясь различным коррозиям – почвенным, электрическим, химическим. Самое серьёзное влияние на неё оказывают блуждающие токи от систем рельсового транспорта и химические элементы внутри грунтов. Участки, где блуждающие токи передаются из грунта в обмотку кабеля, получили название катодных; участки, где эти токи передаются из обмотки в грунт – анодных. Кабельная оболочка подвергается коррозии исключительно на анодных участках. Такие участки вычисляются по присутствию положительного потенциала на оболочке по отношению к грунту. Для подобных вычислений применяют магнитоэлектрический вольтметр, который крепится к обмотке кабеля и стальному колу, вбиваемому в землю. Исходя из размера потенциала на обмотке, а также силы и направленности находящегося внутри тока определяют уровень коррозийной опасности.

Согласно правилам технической эксплуатации, недопустима работа кабельных линий, в которых отсутствует защита от коррозии, на участках с рельсовым электротранспортом и в местах скопления агрессивных грунтов. На таких территориях с проложенным кабелем регулярно замеряются блуждающие токи, вычисляются и дополняются диаграммы потенциалов, планы грунтовых коррозийных зон. В обязанности предприятия, эксплуатирующего кабельные сети, входят постоянные проверки производства работ по минимизации величин блуждающих токов. Такие работы должны вестись службами городского электрифицированного транспорта.

В случае распознания характерных черт опасных коррозий следует сделать всё возможное, чтобы исключить их, а именно установить особую защиту. В отношении такой защиты также должны проводиться постоянные проверки.

Из-за коррозийных воздействий на обмотку силовых кабелей ВБбШв предприятия, эксплуатирующие их, терпят весомые убытки, во избежание которых следует ещё в период составления проекта уделять особое внимание размещению линий, а также регулярно выявлять и уничтожать загромождения трасс, расчищать всевозможные отходы и мусор. Важно помнить, что все эти скопления являются причиной появления агрессивных элементов в грунте.

Проверка состояния кабельных линий проводится путём визуальных обзоров, проводимых электромонтёром по определённым дням. Также осмотры проводятся выборочно – инженерно-техническим персоналом и дополнительно к графику во время паводков, после сильных дождей и в период отключения линии от релейной защиты. Ревизии трасс кабелей, проходящих в грунте, необходимо выполнять один раз в три месяца; трасс, проведённых в шахтах, туннелях и коллекторах – один раз в шесть месяцев; трасс, проведённых под усиленным покрытием – один раз в год. Допускается более, но не менее частая проверка.

Проверки кабельных систем на подстанциях производятся по графику, составленному главным инженером предприятия. Во время визуального обзора кабельных систем необходимо исследовать отлаженность освещения и вентиляции, показатели температуры в системе, состояние обмотки кабелей, покрытых защитой от коррозии, промежутки между кабелями, плотность и правильность их расположения, маркировку. Любые изъяны и неисправности, распознанные при проверке, должны быть обязательно отображены в журнале дефектов.

Сотрудники предприятия, эксплуатирующего кабельные линии, должны следить за их предохранением от нежелательных воздействий и опасностей во время мероприятий, идущих в непосредственной близости от линий. Любые землеройные и изыскательские процессы рядом с кабельной трассой возможны лишь при согласовании с руководством данного предприятия и оформления соответствующего разрешительного документа. Защита кабелей должна быть организована на весь период выполняемых мероприятий. Вскрытые кабели ВБбШв должны иметь необходимые укрепление и защиту. Согласно правилам технической эксплуатации, предприятие, ведущее работу с кабельной сетью, должно регулярно ознакомлять учреждения и граждан, проживающих на соответствующей территории, с правилами проведения землеройных или строительных работ рядом с кабельными трассами.

Для обнаружения слабых участков изоляции муфт и кабелей и предотвращения их порчи необходимо выполнять регулярные обследования трасс с помощью высоковольтного мегомметра (1000-2500 В) и повышенного напряжения постоянного тока.

Источник