Кабельні лінії

Світлана Висогорець, к.т.н., головний спеціаліст служби експлуатації Департаменту технічного обслуговування та ремонтів ПАТ «МРСК Північно-Заходу»Олександр Назаричев, д.т.н. , професор, ректорОлексій Таджибаєв, д.т.н., професор, завідувач кафедри ДЕО Петербурзького енергетичного інституту підвищення кваліфікації, р. Санкт-Петербург

Для своєчасного виявлення дефектів у кабельних лініях (КЛ) під час експлуатації вони піддаються профілактичним високовольтним випробуванням із встановленою періодичністю [1]. Після проведення високовольтних випробувань передбачається, що якийсь час КЛ працюватиме без пробою. Однак досвід показує, що випробування підвищеною випрямленою напругою часто призводять до скорочення ресурсу КЛ. Крім того, такі випробування не дозволяють оцінити реальний технічний стан КЛ: розташування наявних проблемних ділянок, ступінь їхньої небезпеки, залишковий ресурс кабелю [2].

ЗАВДАННЯ ДІАГНОСТИКИ

Позначимо класичним підходом до оцінки технічного стану КЛ проведення випробувань КЛ підвищеною випрямленою напругою [1], сучасним підходом – діагностику КЛ методами неруйнівного контролю (вимір часткових розрядів та поворотної напруги КЛ, наприклад, системами OWTS та CDS).

Для розкриття переваг сучасних методів діагностики КЛ розглянемо реалізацію завдань ТД у кожному із зазначених вище підходів.

При організації ТД виділяють такі завдання:

  1. Визначення технічного стану на даний час.
  2. Виявлення дефектів на ранній стадії розвитку, відповідно визначення ступеня розвитку та місцялокалізації дефекту.
  3. Прогнозування технічного стану.

Класичний підхід дозволяє вирішити певною мірою лише перше завдання: визначення технічного стану на даний момент часу.

Сучасний підхід вирішує все коло поставлених завдань.

Розглянемо переваги та недоліки різних підходів до оцінки технічного стану КЛ у світлі реалізації завдань ТД, а також деякі результати ТД КЛ у ПАТ «МРСК Північно-Заходу».

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ КЛ

При організації оцінки технічного стану КЛ класичним методом ми маємо чинні нормативно-технічні документи (НТД), що чітко регламентують порядок проведення випробування підвищеною напругою випрямлення, а також бракувальні критерії [3].

Система проведення випробувань та обробки даних досить проста та не вимагає високої кваліфікації персоналу. Однак методи оцінки технічного стану КЛ, що застосовуються при класичному підході, неінформативні та не гарантують безаварійну роботу КЛ на встановлений період часу. Недоліком класичного підходу є ще й мала ефективність виявлення дефектів, зумовлених старінням ізоляції, дефектів на ранній стадії розвитку, а також те, що випробування підвищеною випрямленою напругою призводять до погіршення стану КЛ.

Сучасний підхід дозволяє отримувати значно більший обсяг інформації, що дозволяє виявляти дефекти на ранніх стадіях розвитку і планувати своєчасне проведення ремонтів, визначати обсяги ремонтних робіт. Вимірювання, наприклад, системами OWTS і CDS досить прості у реалізації, проте обробка та інтерпретація даних є складним багатофакторним аналізом, що потребує високої кваліфікації персоналу.

ІстотнимНедоліком сучасного підходу при оцінці технічного стану КЛ є відсутність в Україні галузевих НТД, що регламентують діагностику КЛ методами неруйнівного контролю, а також загальновизнаних бракувальних критеріїв (контрольованих діагностичних параметрів). Розробка стандарту з діагностики КЛ та корпоративних освітніх програм з навчання персоналу для проведення діагностики КЛ є одним із напрямків пошуку вирішення проблем, що виникають при оцінці технічного стану КЛ сучасними методами.

На основі досвіду діагностики КЛ системами OWTS та CDS у філії ПАТ «МРСК Північно-Заходу» «Коміенерго» розроблено пропозиції щодо формування переліку діагностичних параметрів КЛ [4, 5].

СИСТЕМА АНАЛІЗУ ВИМІРЮВАНЬ, ОТРИМАНИХ ПРИ ДІАГНОСТИЦІ ВСТАНОВЛЕННЯМ CDS

Зміна фізичних властивостей ізоляції характеризується зміною абсорбційних характеристик ізоляції – напруги.

Система CDS дозволяє аналізувати широкий спектр характеристик ізоляції та робити інтегральну оцінку її стану [6]. При діагностиці кабелів установкою CDS виключені пробої ізоляції експлуатованих КЛ, так як вихідна напруга, що використовується для діагностики, становить не більше 10% величини робочої напруги КЛ.

При аналізі даних, отриманих в результаті вимірювань системою CDS, визначено, що основним є аналіз діаграм зміни напруги в залежності від часу вимірювання (рис. 1), при якому пропонується брати до уваги:

  • максимальну величину поворотної напруги;
  • час досягнення максимальної величини зворотної напруги (піка);
  • ідентичність форм кривих поворотної напруги, виміряних при напрузі 1 і 2 кВ, щодо один одного;
  • формуспаду кривої напруги після досягнення максимуму (пропонується виділяти три форми кривої напруги).

Мал. 1. Діаграма зміни поворотної напруги залежно від часу виміру

кабельні

Виходячи з форми кривої зворотної напруги, доцільно виділяти такі стани КЛ: критичний, середній, задовільний.

Додатковими діагностичними параметрами при інтерпретації даних, отриманих під час вимірювання системою CDS, пропонується позначити такі:

  • крива нелінійності – діаграма зміни коефіцієнта нелінійності (Q-фактор) залежно від часу виміру, при аналізі якої оцінюється форма кривих нелінійності, ідентичність кривих нелінійності для різних фаз КЛ, ​​розрахункова величина показників P- та Q-факторів;
  • діаграма заряду жил КЛ, під час аналізу якої оцінюється наявність чи відсутність спаду кривих струму заряду КЛ, форма кривих струму заряду КЛ та його ідентичність.

СИСТЕМА АНАЛІЗУ ВИМІРЮВАНЬ, ОТРИМАНИХ ПРИ ДІАГНОСТИЦІ УСТАНОВКИ OWTS

Однією із причин зниження електричної міцності ізоляції КЛ у процесі тривалої експлуатації є часткові розряди (ЧР). У кабелях із паперово-просоченою ізоляцією ЧР виникають у місцях виникнення різкої неоднорідності електричного поля (металеві задирки на жилах КЛ, що проводять вкраплення в ізоляції) або у місцях із зниженою електричною міцністю ізоляції (порожнечі, бульбашки повітря, розшарування ізоляції).

За тривалого впливу ЧР призводять до старіння ізоляції, т.к. просочувальна маса і просочений папір бомбардуються частинками з великою енергією, що викликає ерозію твердого діелектрика. У зоні дії ЧР локально підвищується температура,з'являються продукти розпаду, які впливають ізоляцію. Ці процеси при інтенсивному перебігу (при виникненні критичних ЧР з рівнем понад 5000–10000 пКл) призводять до виникнення навуглерожених каналів та пробою ізоляції.

Визначення рівня та місця виникнення ЧР дозволяє на ранній стадії визначити процес розвитку пробою ізоляції КЛ, що виключає аварійні ситуації та дає можливість у плановому порядку проводити ремонт. Для цих цілей розроблена система випробувань коливається хвилею OWTS M [7].

При аналізі даних, отриманих у результаті вимірювань установкою OWTS, основним пропонується вважати аналіз карт ЧР, щодо яких оцінюється характер розподілу ЧР, середня величина ЧР і концентрація (кількість) ЧР. За результатами аналізу карти ЧР пропонується експертно виділяти три стадії розвитку дефектів (рис. 2): початкова, середня та дефект, що розвинувся. По напрузі (амплітуді) запалення та напрузі гасіння доцільно визначати інтенсивність впливу ЧР на ізоляцію.

Мал. 2. Стадії розвитку дефектів ізоляції КЛ

лінії

Додатковими діагностичними параметрами при інтерпретації даних, отриманих під час вимірювання системою OWTS, пропонується вважати:

  • швидкість розповсюдження сигналу;
  • ємність жили КЛ (порівняння трьох фаз);
  • тангенс кута діелектричних втрат (порівняння трьох фаз);
  • зміна рівня ЧР.

Запропоновані додаткові критерії доцільно використовувати під час проведення повторної діагностики з обов'язковим аналізом трендів.

ВИявлення дефектів на ранній стадії розвитку

Завдання визначення ступеня розвитку та місця локалізації дефекту є нерозв'язним при класичному підході до оцінки технічного стануКЛ. При цьому вона впевнено вирішується у вигляді вимірювань системою OWTS.

Сучасні методи діагностики дають можливість виявляти дефекти на ранній стадії розвитку, а також визначати місце їх локалізації з похибкою 1% систем OWTS, що дозволяє:

  • планувати проведення ремонтних робіт у оптимальні терміни завдяки можливості визначення ступеня розвитку дефекту;
  • коректно планувати витрати на проведення ремонтних робіт завдяки можливості чіткого визначення місця дефекту;
  • підвищити якість ремонтних робіт завдяки можливості виявлення конкретної дефектної ділянки та усувати дефекти у повному обсязі, за винятком проведення повторних ремонтів.

ПРОГНОЗУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ КЛ

Прогнозування технічного стану об'єкта – це визначення його технічного стану із заданою ймовірністю на майбутній період.

Це завдання є нерозв'язним при класичному підході до оцінки технічного стану КЛ.

При сучасному підході з використанням системи вимірювань CDS та OWTS з'являється можливість скласти прогноз технічного стану КЛ.

ПРАКТИЧНІ РЕЗУЛЬТАТИ

З метою аналізу парку КЛ у філії ПАТ «МРСК Північно-Заходу» «Коміенерго» було розроблено систему ранжування КЛ за технічним станом:

  • задовільний стан;
  • сфера ризику (прискорена діагностика);
  • незадовільний стан (у план ремонтів наступних років);
  • передаварійний стан (у ремонт при найближчому виведенні обладнання з роботи не пізніше ніж через 6–12 місяців з дати виявлення дефекту);
  • аварійний стан (у ремонт у найкоротші терміни, не пізніше трьох тижнів з дати виявлення дефекту);
  • ушкодження (у ремонті).

За 2010 рік у філії ПАТ «МРСК Північно-Заходу» «Коміенерго» було проведено ТД 155 КЛ, результати якої подано на рис. 3. Подані результати підтверджують неефективність класичного підходу.

Мал. 3. Результати діагностики КЛ у філії ПАТ «МРСК Північно-Заходу» – «Коміенерго» за 2010 рік

лінії

Встановлено, що з організації робіт з діагностиці КЛ важливе проведення повторних вимірів з аналізом трендів. Проведення разових вимірів не інформативно. У цьому важливо правильно визначити терміни повторних вимірів. З проведених досліджень пропонується наступний алгоритм організації робіт з оцінки технічного стану КЛ сучасними методами діагностики (рис. 4).

Мал. 4. Алгоритм організації робіт з оцінки технічного стану КЛ

лінії

Встановлено, що проведення випробувань КЛ підвищеною випрямленою напругою є неефективним та недоцільним. В якості альтернативи запропоновано проведення випробування установками наднизької частоти (0,1 Гц), що дозволяє значно зменшити випробувальну напругу при випробуваннях КЛ з паперово-просоченою ізоляцією.

  1. Назріла необхідність переходу від класичного підходу до оцінки технічного стану ліній з БПІ-кабелями напругою 10 кВ до сучасного підходу, що реалізується системами CDS та OWTS.
  2. Доцільно при організації робіт з ТД КЛ із паперово-просоченою ізоляцією повністю відмовитися від випробувань підвищеною випрямленою напругою, замінивши їх на випробування установками наднизької частоти (0,1 Гц).
  3. Необхідна розробка стандартів організації з діагностики КЛ, а також корпоративних освітніх програм навчання персоналу для проведеннядіагностики КЛ.

ЛІТЕРАТУРА

  1. РД 34.45-51.300-97. Обсяги та норми випробувань електрообладнання / За заг. ред. Б.А. Алексєєва, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамиконянця. 6-те вид., З ізм. та дод. М: ЕНАС, 2007.
  2. Каніскін В.А., Коцур С.А., Привалов І.М. Кабелі 10 кВ із паперово-просоченою ізоляцією. Неруйнівний метод діагностики // Новини електротехніки. 2005. № 5 (35).
  3. РД 34.20.508. Інструкція з експлуатації силових кабельних ліній. Частина 1. Кабельні лінії напругою до 35 кВ/За ред. К.М. Антипова. М: Союзтехенерго, 1980.
  4. Методика проведення діагностики кабельних ліній напругою 6–10 кВ системою OWTS/Філія ВАТ «МРСК Північно-Заходу» «Коміенерго». Сиктивкар, 2012.
  5. Методика вимірювання та аналізу зворотної напруги та струму релаксації установкою CDS/Філія ВАТ «МРСК Північно-Заходу» «Коміенерго». Сиктивкар, 2012.
  6. Інструкція з експлуатації. Система діагностики кабелів CDS. Версія 1.0. SebaKMT.
  7. Посібник з експлуатації системи OWTS M (28 кВ/60 кВ). Версія 5.0. SebaKMT.