Кабельные линии
Мнение специалистов из Екатеринбурга о методах диагностики кабельных линий с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ), высказанное ими на предыдущих страницах журнала, полностью поддерживают их петербургские коллеги. Они считают, что современные способы оценки технического состояния КЛ позволяют решить весь спектр задач технического диагностирования (ТД).
На примере одной из энергосистем Северо-Запада представители МРСК Северо-Запада и ПЭИПК анализируют эффективность классического и современного подхода к диагностике технического состояния КЛ.
КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ 10 КВ С БУМАЖНО-ПРОПИТАННОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Опыт применения новых способов оценки технического состояния
Светлана Высогорец,
к.т.н., главный специалист службы эксплуатации Департамента технического обслуживания и ремонтов
ПАО «МРСК Северо-Запада»
Александр Назарычев, д.т.н., профессор, ректор
Алексей Таджибаев, д.т.н., профессор,
заведующий кафедрой ДЭО
Петербургского энергетического института повышения квалификации,
г. Санкт-Петербург
Для своевременного выявления дефектов в кабельных линиях (КЛ) во время эксплуатации, они подвергаются профилактическим высоковольтным испытаниям с установленной периодичностью [1]. После проведения высоковольтных испытаний предполагается, что какое-то время КЛ будет работать без пробоя. Однако опыт показывает, что испытания повышенным выпрямленным напряжением часто приводят к сокращению ресурса КЛ. Кроме того, такие испытания не позволяют оценить реальное техническое состояние КЛ: местоположение имеющихся проблемных участков, степень их опасности, остаточный ресурс кабеля [2].
ЗАДАЧИ ДИАГНОСТИКИ
Обозначим классическим подходом к оценке технического состояния КЛ проведение испытаний КЛ повышенным выпрямленным напряжением [1], современным подходом – диагностику КЛ методами неразрушающего контроля (измерение частичных разрядов и возвратного напряжения КЛ, например, системами OWTS и CDS).
Для раскрытия преимуществ современных методов диагностики КЛ рассмотрим реализацию задач ТД в каждом из обозначенных выше подходов.
При организации ТД выделяют следующие задачи:
- Определение технического состояния на текущий момент времени.
- Выявление дефектов на ранней стадии развития, соответственно определение степени развития и места локализации дефекта.
- Прогнозирование технического состояния.
Классический подход позволяет решить в некоторой степени лишь первую задачу: определение технического состояния на текущий момент времени.
Современный подход решает весь круг поставленных задач.
Рассмотрим преимущества и недостатки разных подходов к оценке технического состояния КЛ в свете реализации задач ТД, а также некоторые результаты ТД КЛ в ПАО «МРСК Северо-Запада».
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КЛ
При организации оценки технического состояния КЛ классическим методом мы имеем действующие нормативно-технические документы (НТД), четко регламентирующие порядок проведения испытания повышенным выпрямленным напряжением, а также браковочные критерии [3].
Система проведения испытаний и обработки данных достаточно проста и не требует высокой квалификации персонала. Однако методы оценки технического состояния КЛ, применяемые при классическом подходе, неинформативны и не гарантируют безаварийную работу КЛ на установленный период времени. Недостатком классического подхода является еще
и малая эффективность выявления дефектов, обусловленных старением изоляции, дефектов на ранней стадии развития,
а также то, что испытания повышенным выпрямленным напряжением приводят к ухудшению состояния КЛ.
Современный подход позволяет получать значительно больший объем информации, позволяющий выявлять дефекты на ранних стадиях развития и соответственно планировать своевременное проведение ремонтов, определять объемы ремонтных работ. Измерения, например, системами OWTS и CDS достаточно просты в реализации, однако обработка
и интерпретация данных является сложным многофакторным анализом, требующим высокой квалификации персонала.
Существенным недостатком современного подхода при оценке технического состояния КЛ является отсутствие в РФ отраслевых НТД, регламентирующих диагностику КЛ методами неразрушающего контроля, а также общепризнанных браковочных критериев (контролируемых диагностических параметров). Разработка стандарта по диагностике КЛ
и корпоративных образовательных программ по обучению персонала для проведения диагностики КЛ является одним из направлений поиска решения проблем, возникающих при оценке технического состояния КЛ современными методами.
На основе опыта диагностики КЛ системами OWTS и CDS
в филиале ПАО «МРСК Северо-Запада» «Комиэнерго» разработаны предложения по формированию перечня диагностических параметров КЛ [4, 5].
СИСТЕМА АНАЛИЗА ИЗМЕРЕНИЙ,
ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ УСТАНОВКОЙ CDS
Изменение физических свойств изоляции характеризуется изменением абсорбционных характеристик изоляции – возвратного напряжения.
Система CDS позволяет анализировать широкий спектр характеристик изоляции и делать интегральную оценку ее состояния [6]. При диагностике кабелей установкой CDS исключены пробои изоляции эксплуатируемых КЛ, так как используемое для диагностики выходное напряжение составляет не более 10% величины рабочего напряжения КЛ.
При анализе данных, полученных в результате измерений системой CDS, определено, что основным является анализ диаграмм изменения возвратного напряжения в зависимости от времени измерения (рис. 1), при котором предлагается принимать во внимание:
- максимальную величину возвратного напряжения;
- время достижения максимальной величины возвратного напряжения (пика);
- идентичность форм кривых возвратного напряжения, измеренных при напряжении 1 и 2 кВ, относительно друг друга;
- форму спада кривой возвратного напряжения после достижения максимума (предлагается выделять три формы кривой возвратного напряжения).
Рис. 1. Диаграмма изменения возвратного напряжения в зависимости от времени измерения
Исходя из формы кривой возвратного напряжения, целесообразно выделять следующие состояния КЛ: критичное, среднее, удовлетворительное.
Дополнительными диагностическими параметрами при интерпретации данных, полученных при измерении системой CDS, предлагается обозначить следующие:
- кривая нелинейности – диаграмма изменения коэффициента нелинейности (Q-фактор) в зависимости от времени измерения, при анализе которой оценивается форма кривых нелинейности, идентичность кривых нелинейности для разных фаз КЛ, расчетная величина показателей P-
и Q-факторов;
- диаграмма заряда жил КЛ, при анализе которой оценивается наличие или отсутствие спада кривых тока заряда КЛ, форма кривых тока заряда КЛ и их идентичность.
СИСТЕМА АНАЛИЗА ИЗМЕРЕНИЙ,
ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ УСТАНОВКОЙ OWTS
Одной из причин снижения электрической прочности изоляции КЛ в процессе длительной эксплуатации являются частичные разряды (ЧР). В кабелях с бумажно-пропитанной изоляцией ЧР возникают в местах возникновения резкой неоднородности электрического поля (металлические заусенцы на жилах КЛ, проводящие вкрапления в изоляции) или в местах с пониженной электрической прочностью изоляции (пустоты, пузырьки воздуха, расслоение изоляции).
При длительном воздействии ЧР приводят к старению изоляции, т.к. пропиточная масса и пропитанная бумага подвергаются бомбардировке частицами с большой энергией, вызывающей эрозию твердого диэлектрика. В зоне действия ЧР локально повышается температура, появляются продукты распада, воздействующие на изоляцию. Эти процессы при интенсивном протекании (при возникновении критических ЧР с уровнем более 5000–10000 пКл) приводят к возникновению науглероженных каналов и к пробою изоляции.
Определение уровня и места возникновения ЧР позволяет на ранней стадии определить процесс развития пробоя изоляции КЛ, что исключает аварийные ситуации и дает возможность в плановом порядке производить ремонт. Для этих целей разработана система испытаний колеблющейся волной OWTS M [7].
При анализе данных, полученных в результате измерений установкой OWTS, основным предлагается считать анализ карт ЧР, при изучении которых оценивается характер распределения ЧР, средняя величина ЧР и концентрация (количество) ЧР. По результатам анализа карты ЧР предлагается экспертно выделять три стадии развития дефектов (рис. 2): начальная, средняя и развившийся дефект. По напряжению (амплитуде) зажигания и напряжению гашения целесообразно определять интенсивность воздействия ЧР на изоляцию.
Рис. 2. Стадии развития дефектов изоляции КЛ
Дополнительными диагностическими параметрами при интерпретации данных, полученных при измерении системой OWTS, предлагается считать:
- скорость распространения сигнала;
- емкость жилы КЛ (сравнение трех фаз);
- тангенс угла диэлектрических потерь (сравнение трех фаз);
- изменение уровня ЧР.
Предложенные дополнительные критерии целесообразно использовать при проведении повторной диагностики с обязательным анализом трендов.
Важным является то, что периодичность диагностики КЛ, перечень рекомендуемых мероприятий по ТОиР необходимо устанавливать на основании анализа всех предложенных
к рассмотрению параметров, получаемых как системой CDS, так и OWTS.
ВЫЯВЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ НА РАННЕЙ СТАДИИ РАЗВИТИЯ
Задача определения степени развития и места локализации дефекта является неразрешимой при классическом подходе к оценке технического состояния КЛ. При этом она уверенно решается посредством измерений системой OWTS.
Современные методы диагностики дают возможность выявлять дефекты на ранней стадии развития, а также определять место их локализации с погрешностью 1% системами OWTS, что позволяет:
- планировать проведение ремонтных работ в оптимальные сроки благодаря возможности определения степени развития дефекта;
- корректно планировать затраты на проведение ремонтных работ благодаря возможности четкого определения места дефекта;
- повысить качество ремонтных работ благодаря возможности выявления конкретного дефектного участка и устранять дефекты в полном объеме, исключая проведение повторных ремонтов.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КЛ
Прогнозирование технического состояния объекта – это определение его технического состояния с заданной вероятностью на предстоящий период времени.
Данная задача является неразрешимой при классическом подходе к оценке технического состояния КЛ.
При современном подходе с использованием системы измерений CDS и OWTS появляется возможность составить прогноз технического состояния КЛ.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
С целью анализа парка КЛ в филиале ПАО «МРСК Северо-Запада» «Комиэнерго» была разработана система ранжирования КЛ по техническому состоянию:
- удовлетворительное состояние;
- область риска (учащенная диагностика);
- неудовлетворительное состояние (в план ремонтов последующих лет);
- предаварийное состояние (в ремонт при ближайшем выводе оборудования из работы, не позднее чем через 6–12 месяцев с даты обнаружения дефекта);
- аварийное состояние (в ремонт в кратчайшие сроки, не позднее трех недель с даты обнаружения дефекта);
- повреждение (в ремонте).
За 2010 год в филиале ПАО «МРСК Северо-Запада» «Комиэнерго» была проведена ТД 155 КЛ, результаты которой представлены на рис. 3. Представленные результаты подтверждают неэффективность классического подхода.
Рис. 3. Результаты диагностики КЛ в филиале ПАО «МРСК Северо-Запада» – «Комиэнерго» за 2010 год
Установлено, что при организации работ по диагностике КЛ важно проведение повторных измерений с анализом трендов. Проведение разовых измерений не информативно. При этом важно правильно определить сроки повторных измерений. На основании проведенных исследований предлагается следующий алгоритм организации работ по оценке технического состояния КЛ современными методами диагностики (рис. 4).
Рис. 4. Алгоритм организации работ по оценке технического состояния КЛ
Установлено, что проведение испытаний КЛ повышенным выпрямленным напряжением неэффективно и нецелесообразно. В качестве альтернативы предложено проведение испытания установками сверхнизкой частоты (0,1 Гц), что позволяет
в значительной степени уменьшить испытательное напряжение при испытаниях КЛ с бумажно-пропитанной изоляцией.
ВЫВОДЫ
- Назрела необходимость перехода от классического подхода к оценке технического состояния линий с БПИ-кабелями напряжением 10 кВ к современному подходу, реализуемому системами CDS и OWTS.
- Целесообразно при организации работ по ТД КЛ с бумажно-пропитанной изоляцией полностью отказаться от испытаний повышенным выпрямленным напряжением, заменив их на испытания установками сверхнизкой частоты (0,1 Гц).
- Необходима разработка стандартов организации по диагностике КЛ, а также корпоративных образовательных программ по обучению персонала для проведения диагностики КЛ.
ЛИТЕРАТУРА
- РД 34.45-51.300-97. Объемы и нормы испытаний электрооборудования / Под общ. ред. Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамиконянца. 6-е изд., с изм. и доп. М.: ЭНАС, 2007.
- Канискин В.А., Коцур С.А., Привалов И.Н. Кабели 10 кВ с бумажно-пропитанной изоляцией. Неразрушающий метод диагностики // Новости ЭлектроТехники. 2005. № 5(35).
- РД 34.20.508. Инструкция по эксплуатации силовых кабельных линий. Часть 1. Кабельные линии напряжением до 35 кВ / Под ред. К.М. Антипова. М.: Союзтехэнерго, 1980.
- Методика проведения диагностики кабельных линий напряжением 6–10 кВ системой OWTS / Филиал ОАО «МРСК Северо-Запада» «Комиэнерго». Сыктывкар, 2012.
- Методика измерения и анализа возвратного напряжения и тока релаксации установкой CDS / Филиал ОАО «МРСК Северо-Запада» «Комиэнерго». Сыктывкар, 2012.
- Инструкция по эксплуатации. Система для диагностики кабелей CDS. Версия 1.0. SebaKMT.
- Руководство по эксплуатации системы OWTS M (28 кВ / 60 кВ). Версия 5.0. SebaKMT.
|
