Диагностика линий передач

В последние годы ведется интенсивная разработка и внедрение эффективных щадящих и неразрушающих методов диагностики силовых кабельных линий в условиях эксплуатации, во время которых изоляция кабельной линии не подвергается интенсивной нагрузке, в отличие от испытаний постоянным напряжением. Это касается кабельных линий, находящихся в эксплуатации уже несколько десятков лет.

Такие кабели составляют основную массу всего кабельного хозяйства энергосетевых предприятий России. Но необходимость диагностики затрагивает и вновь вводимые кабельные линии, качество прокладки и монтажа концевых и соединительных гарнитур которых бывает на очень низком уровне, что приводит к их преждевременному выходу из строя. Состояние таких линий зачастую гораздо хуже тех, что проложены несколько десятков лет назад.

Наиболее распространенными из множества внедряемых, зарекомендовавших себя как эффективные, являются методы:

- измерения и оценки параметров частичных разрядов (ЧР) и выявления мест их сосредоточения с целью прогнозирования будущего повреждения в кабельной линии (КЛ), вызванного их наличием, и недопущения аварийного отключения;

- измерения и анализа параметров возвратного напряжения, применяемых для повсеместно распространенных кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ), и изотермического тока релаксации, а также для находящихся в эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ).

По результатам диагностики кабельных линий можно достоверно сказать о степени старения изоляции и увлажненности, местах наличия дефектов, выраженных концентрацией частичных разрядов, их уровне и интенсивности. Ранее невозможное определение скрытых дефектов в изоляции сегодня является решаемой задачей, с высокой точностью достоверности расчета выхода их из строя. Диагностика дает полную картину развития скрытых дефектов на всей протяженности кабельной линии. Это одни из преимущественных и отличительных особенностей диагностических методов по сравнению с применяемыми испытаниями повышенным напряжением.

Отличительной особенностью внедряемых методов диагностики по сравнению с испытаниями является специфика неразрушающего обследования без ухудшения состояния и сокращения остаточного ресурса кабеля. Диагностическое напряжение, воздействующее на кабель, прикладывается на очень короткое время, равное интервалу от нескольких секунд до нескольких миллисекунд, при уровне напряжения, не превышающем двукратной величины номинального рабочего напряжения кабеля. В то время как целью и возможностью высоковольтных испытаний является только определение явно выраженных дефектов в конструкции кабельной линии.

Это серьезные ошибки, вызванные нарушением или несоблюдением технологии монтажа, которые приводят к пробою линии в кратчайшие сроки, сразу после включения КЛ в эксплуатацию, или к нарушениям целостности внешней защитной оболочки кабеля.

Диагностика местных неисправностей

Одним из общепринятых методов, достоверно выявляющим скрытые дефекты и, как следствие, эффективно повышающим надежность энергосистемы, является метод измерения частичных разрядов (ИЧР).

ЧР — локализованный электрический разряд, частично шунтирующий изоляцию между проводниками, который может возникать как в прилегающих, так и в не прилегающих к проводнику объёмах изоляции.

Разряды не замыкают изоляцию и проводник и могут быть обнаружены в следующих местах: полностью внутри изоляции (полости);  вдоль мест соприкосновения изоляционных материалов (например, в гарнитурах).

Характеристики частичных разрядов зависят от типа, размера и местоположения дефекта, изоляционного материала, приложенного напряжения, температуры кабеля, а также изменяются с течением времени.

 Повреждения из-за ЧР зависят от ряда факторов и могут изменяться в диапазоне от незначительных величин до опасных, приводящих к отказам в сроки от нескольких дней до нескольких лет.

Сущность реализации метода основана на подаче высокого напряжения в кабельную линию и инициировании в ней на несколько долей секунд переменного затухающего напряжения (DAC), иначе именуемого демпфирующим, под действием которого в дефектных участках и полостях кабельной линии возгораются частичные разряды. В дальнейшем по известной или заблаговременно измеренной длине кабельной линии и руководствуясь определенной скоростью распространения электромагнитного импульса, методом рефлектометрии определяется локальное место сосредоточения частичных разрядов.

Результатом диагностики инновационным методом ИЧР является карта распределения ЧР, на которой определяются наличие или отсутствие скрытых дефектов по длине кабельной линии, возможность ранжирования линий по критериям состояния — «хорошая», «плохая» или «критичная». Благодаря этому методу возможно определение как общего состояния линии, так и конкретных дефектных мест, а также прогнозирование развития дефекта и определения затрат, связанных с плановым ремонтом линии, а не с аварийным. В большинстве случаев, имея дело с изношенными КЛ, целесообразнее использовать финансовые потоки, направленные на замену состарившихся линий, выбирая из нескольких наиболее критичные, подлежащие первоочередной замене.

Одним из лидеров в области производства диагностических установок является немецкий концерн SebaKMT — установка CDS интегральной диагностики КЛ и установка OWTS-диагностики методом измерения частичных разрядов. В комплексе данные установки, работающие с любым типом изоляции, в полной мере дают картину  технического состояния кабельных линий.

Оценка технического состояния кабельной линии

На основании многолетних исследований и измерений пользователями диагностических установок OWTS и CDS была разработана применительно к российским условиям методика оценки технического состояния КЛ 6—110 кВ по результатам диагностического обследования щадящими и неразрушающими методами с определенными критериями оценки. С помощью данных критериев стало возможным быстро и детально определять и достаточно точно прогнозировать, в период какого времени дойдут до пробивного значения выявленные скрытые дефекты.

Следствия внедрения диагностических методов:

- экономически и технически оправданный переход от технического обслуживания по необходимости, т.е. при аварийном выходе из строя кабельной линии (при котором выражено отсутствие контроля за финансовыми ресурсами, продолжительное время перерывов в энергоснабжении, высокие расходы вследствие неконтролируемого времени отключения энергоснабжения»), к техническому обслуживанию, ориентированному на состояние;

- эксплуатация продиагностированных кабельных линий показала, что результаты диагностики могут достаточно точно определять места предпробойного состояния кабельной линии и, соответственно, дают возможность заблаговременно производить ее ремонт, что позволит во многом сократить аварийность на производстве, спланировать график проведения ремонтных работ, получить ощутимый экономический эффект;

- эти методы помогают значительно экономить на затратах, связанных с внеплановыми ремонтно-восстановительными работами;

- позволяют более эффективно планировать вывод эксплуатируемого оборудования и кабельных линий в планово-профилактические ремонты;

- дают возможность проверки качества прокладки и монтажа гарнитур кабельных линий для контроля подрядных организаций и выявления дефектов на ранних стадиях.

Обзор приборов

Германский холдинг Seba KMT, являясь всемирно известным производителем оборудования для диагностики, контроля, испытания и локализации повреждений в сетях энергоснабжения, производит универсальную систему для интегральной диэлектрической диагностики CDS, использующую метод измерения возвратного напряжения (RVM) для бумажно-масляных кабелей и метод анализа изотермического тока релаксации (IRC) для кабелей с полиэтиленовой изоляцией (PЕ/VPE), а также целый ряд установок OWTS для диагностики локальных неисправностей и «слабых мест» в кабельных линиях и гарнитурах, применяющих метод измерения частичных разрядов в диэлектрике с выходным напряжением от 28 до 350 кВ и позволяющих охватить всю линейку силовых кабелей.

В настоящее время в России уже накоплен богатый опыт использования интегральных систем типа CDS (ранее CD31) — более 10 лет — и систем для диагностики частичных разрядов типа OWTS — более шести лет. Такие установки работают в энергохозяйствах «Газпрома», «ЛУКОЙЛа», «Сургутнефтегаза», филиалах холдинга МРСК, на ряде предприятий черной и цветной металлургии.

Наибольший интерес в последнее время вызывают новые установки для измерения частичных разрядов, способные не только диагностировать, но и испытывать электрическую прочность кабелей сверхвысокого напряжения 110, 220 и 330 кВ. Особенно большое значение имеет использование таких установок в ходе проведения приемосдаточных работ при вводе в эксплуатацию новых или отремонтированных кабельных линий сверхвысокого напряжения.

Это новая линейка диагностического оборудования OWTS HV Set, производимая холдингом Seba KMT в кооперации со швейцарской фирмой Sietz. Она уже получила признание и рекомендации к применению ведущих мировых производителей кабелей сверхвысокого напряжения как реальная альтернатива резонансным установкам.

Существенными преимуществами этих установок являются на порядок меньшие вес, габариты и потребляемая мощность, что позволяет использовать их непосредственно внутри закрытых подстанций. Такие установки активно используются в энергохозяйствах европейских стран, Сингапура и Китая.

Во многом благодаря их использованию Сингапурская электросетевая компания вышла на первое место в мире по надежности электроснабжения, а китайцы сумели обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии во время проведения Олимпийских игр в Пекине. Первые установки появились и в России — на напряжение 150 кВ в г. Саратове и 250 кВ в г. Нижнем Новгороде.

Одной из самых ответственных задач после обнаружения «слабых мест» в кабеле с помощью установок для измерения частичных разрядов является точное определение местоположения дефекта. Для решения этой задачи холдингом Seba KMT разработаны приборы PD LOC и TE PDS, первый из которых указывает место возникновения частичных разрядов, используя внешний генератор импульсов и рефлектометр, а второй — измеряет уровень частичных разрядов в непосредственной близости от предполагаемого места дефекта. Использование этих приборов существенно упрощает дальнейшие работы по ремонту или замене дефектных гарнитур или участков кабеля.

Кроме рассмотренных выше установок, предназначенных для работы в off-line режиме, все большее внимание уделяется on-line режиму, или мониторингу состояния изоляции кабельных линий. Для решения этой задачи холдинг Seba KMT производит прибор LPD Monitor, предназначенный для контроля изоляции силовых кабелей, а также изоляции распределительных устройств всех типов. Мониторинг частичных разрядов повышает надежность электрических сетей и их компонентов.

Этот мониторинг позволяет обнаружить любые изменения в электроустановке на ранней стадии при ее нормальном функционировании, что дает возможность принять соответствующие корректирующие меры. Таким образом, техническое обслуживание производится по мере необходимости, что снижает эксплуатационные расходы. Система мониторинга частичных разрядов является портативным автономным прибором, предназначенным специально для среднего по продолжительности и долгосрочного непрерывного мониторинга оборудования под рабочим напряжением. В ряде случаев при установке датчиков даже не требуется выключать тестируемое оборудование. Прибор подходит как для временной, так и для постоянной установки.

Оптимальным является сочетание обоих режимов, при которых дефекты, выявленные в ходе мониторинга, локализуются и оцениваются с точки зрения дальнейшего обслуживания или ремонта кабельных линий с помощью офлайн-установок типа OWTS.

Подводя итог, можно сделать вывод о том, что за диагностическими методами контроля состояния кабельных линий будущее, поскольку они позволяют контролировать текущее состояние изоляции кабельных линий, предвидеть возможные аварийные ситуации, своевременно принимать необходимые меры для их предотвращения и при этом не снижать остаточного ресурса эксплуатации кабеля.

Системы и приборы диагностического мониторинга воздушных линий

Приборы для контроля воздушных линий, с возможностью установки как на проводах, так и на земле