Мудрые мысли веков

Опыт должно производить многократно, чтобы какое-нибудь случайное обстоятельство не повлияло бы на его результаты.
Леонардо да Винчи
Печать

Диагностика силовых кабельных линий среднего напряжения с бумажно-масляной изоляцией

Для диагностики силовых кабельных линий среднего напряжения с бумажно-масляной изоляцией используются метод частичных разрядов и метод возвратного напряжения. Дополнительно возможны измерения сопротивлений фаз, петли фаза-нуль, тепловизионные обследования кабельных муфт.

Заключение по техническому состоянию силовой кабельной линии делается на основании анализа результатов диагностики методом частичных разрядов и методом возвратного напряжения. Первый метод позволяет определить степень опасности обнаруженных дефектов или проблемных мест, выполнить их локализацию. Под локализацией понимается определение участка линии, на котором имеется дефект. При ремонте этот участок подлежит замене. При локации места дефекта его наихудшее и точное место положение практического смысла не имеет, так как  при ремонте, все равно нужно определиться, какой длины отрезок линии должен быть заменен. При определении точного места положения дефекта с наихудшими свойствами, например в кабельной линии, в существующей практике используются нормативы по длине кабельной вставки, которые не всегда соответствуют реальному состоянию изоляции в месте дефекта. 

Второй метод позволяет уточнить время выхода линии из строя, т.е. остаточный ресурс с имеющимся дефектом. Кроме того, возможно определение степени старения изоляции и наличие в ней влаги. Наличие влаги в изоляции характерно не только для старых линий, но и для вновь вводимых в эксплуатацию при ненадлежащем хранении кабеля.

В ООО «ТестСервис» разработана методика, которая позволяет на основании полученных результатов определять остаточный ресурс линий с точностью до года, а по полученным осциллограммам оценивать техническое состояние линии, включая контроль предпробивного состояния. Недостаток метода заключается в интегральной оценке технического состояния изоляции.

В протоколе диагностических испытаний приводятся напряжения возникновения разрядов по фазам, а также максимальный уровень и количество разрядов в секунду. Здесь же указываются диапазоны допустимых значений факторов по четырем степеням технического состояния. Дополнительно определяются не нормированные факторы. К ним относятся:

  • уровень разрядов для напряжения возникновения разрядов;
  • напряжение гашения;
  • тангенс угла диэлектрических потерь;
  • скорость распространения электромагнитной волны;
  • количество циклов измерения;
  • электрическая емкость каждой фазы относительно земли.

Осциллограммы в технических отчетах по диагностике приводятся как интегральные для всех фаз, так и по каждой фазе в отдельности. Осциллограммы с картой частичных разрядов и гистограммами их количества в проблемных местах уже на первом этапе позволяют делать выводы о техническом состоянии линии и степени опасности обнаруженных дефектов. По результатам диагностических испытаний методом частичных разрядов пока не удалось научиться определять остаточный ресурс кабельных линий, что является необходимым для снижения затрат на производство работ.

В методе частичных разрядов для решения задачи по определению остаточного ресурса, казалось бы достаточно иметь статистику состояния изоляции во времени. Однако, как показывает практика, заметное изменение технического состояния происходит за время не менее полугода, а для построения кривой изменения, в соответствие с теорией аппроксимации, необходимо иметь не менее пяти результатов диагностик. За это время есть риск неконтролируемого выхода линии из строя. Кроме того, уже в течение нескольких месяцев локализованный дефект может переместиться в другое место линии, что характерно для кабелей с бумажно-масляной изоляцией, а в ряде случаев вообще исчезнуть, чтобы вновь возникнуть через определенное время.

Перемещение проблемных мест, а также их исчезновение в линиях с бумажно-масляной изоляцией возможно по ряду причин. При нарушении герметичности муфт или кабеля происходит утечка масла, которое находится под давлением большим атмосферного давления. Давление масла в месте утечки падает, что приводит к перемещению масла к точке утечки по межслойным капиллярным каналам изоляции. 

По длине капиллярных межслойных каналов действует большая сила поверхностного натяжения, поэтому возможен разрыв потока масла. В месте разрыва потока образуется газовый пузырь, за задним фронтом которого создается разряжение давления. Аналогично маслу в силовых трансформаторах, в линиях с бумажно-масляной изоляцией при работе всегда имеются растворенные газы. Газовый пузырь поляризуется под действием сил электрического поля и в дальнейшем ведет себя как диполь, т.е. может перемещаться в направлении поля.

Таким образом, перемещение проблемного места в таких линиях происходит под действием сил перепада давления и сил электрического поля. Газовый пузырь может выйти наружу в месте утечки масла и проблемное место (частичные разряды) исчезает. Новый разрыв потока масла возможен в любом другом месте линии, но вблизи места утечки. Проблема в большинстве случаев находится в арматуре линий, хотя порой и не проявляет себя по наличию частичных разрядов.

 По результатам выполненных диагностических работ оформляется технический отчет. Отчет включает в себя протоколы диагностических испытаний, полученные осциллограммы, дополнительные сведения о выполненных работах, а также заключение о техническом состоянии, остаточном ресурсе эксплуатации и рекомендации по последующим действиям.  Как правило, при выполнении диагностики достаточно большого числа линий делается обобщение по необходимым дальнейшим работам и требуемым материальным ресурсам. Технология производства диагностических работ, из-за объемности материала, в отчете не приводится.

В отчете приводятся также результаты измерений ненормируемых параметров, по которым можно дополнительно судить о техническом состоянии КЛ. Частичные разряды распределены в каждом проблемном месте не равномерно. Средняя величина энергии разрядов соответствует их математическому ожиданию, в то время как нормативы определены по максимальным значениям. Поэтому полученные в ООО «ТестСервис» нормативы технического состояния изоляции по частичным разрядам имеют некоторую избыточность в сторону завышения степени проблемы.

Обработка статистики диагностических испытаний кабельных линий среднего напряжения для всех типов изоляции показала, что нормативы, по которым производится  анализ и выработка заключений о техническом состоянии, подчиняются нормальному закону распределения. В тоже время, первые результаты исследований с целью получения нормативов для математического ожидания параметров показали, что они не подчиняются нормальному закону распределения. Это обстоятельство затрудняет формулировку таких нормативов. Вместе с тем, нормативы по математическому ожиданию позволят более точно оценивать степень опасности проблемных мест в КЛ. В дальнейшем предполагается совместное использование нормативов обеих типов, как по максимальным значениям, так и по математическому ожиданию параметров. При этом дополнительно необходимо оценивать и дисперсию параметров.

Интегральная оценка технического состояния линий, выполняемая методом возвратного напряжения, производится по около десяти признакам. При этом было установлено, что схождение «хвостов» линий графиков возвратного напряжения говорит о присутствии влаги в изоляции, а их пересечение о скором пробое линии. Предварительно остаточный ресурс КЛ определяется с помощью номограмм, рис. 1.

Все результаты диагностических испытаний, заключения о техническом состоянии линий, а также обобщенные результаты диагностики хранятся в базе данных сервера, на бумажных носителях и CD – дисках. Такая технология позволяет проследить изменение технического состояния линий во времени и обеспечить сохранность информации. Технический отчет в своем начале содержит заключение о техническом состоянии объекта.

 

 К определению ресурса

 Рис.1. К определению остаточного ресурса кабельной линии с бумажно-масляной изоляцией

 

Технологически процесс выполнения диагностических испытаний силовых кабельных линий выстроен следующим образом. Бригада испытателей, пользуясь средствами мобильной лаборатории, производит испытания непосредственно на месте эксплуатации объекта. Испытания выполняются со снятием рабочего напряжения и с обеих сторон линии. Предварительно оформляется наряд на выполнение работы и производится допуск к рабочему месту оперативным персоналом заказчика в соответствие с правилами ПТЭ. Бригада должна иметь все необходимое оборудование для обеспечения безопасности производства работ.

Результаты замеров записываются на CD диск. Этот диск предоставляется аналитической группе для анализа полученных результатов и формулирования заключения о техническом состоянии линий. При необходимости информация может быть передана аналитической группе средствами электронной связи. Работы выполняются испытателями в соответствие с утвержденными технологическими инструкциями и указаниями.

Если возникает необходимость оперативного получения заказчиком заключения о техническом состоянии линий, то бригада испытателей имеет возможность  выполнить эту работу на месте, пользуясь имеющимся в лаборатории программным обеспечением. Однако следует иметь в виду, что квалификация испытателей лаборатории не достаточна для качественного аналитического исследования результатов испытаний. Поэтому, окончательным заключением следует считать заключение, выполненное экспертами аналитической группы диагностического предприятия. Квалифицированное заключение заказчик также может получить, пользуясь средствами электронной связи.

При получении результатов испытаний, из которых интегрально можно сразу сделать заключение об опасном техническом состоянии линий, информация через руководство диагностического предприятия  немедленно передается заказчику. Бригаде испытателей делать подобные заключения не допускается, ровно, как и отступать от утвержденных технологических инструкций. Состав бригады испытателей, перечень оборудования для производства работ оформляются приказом по диагностическому предприятию.

Ниже приведено заключение по диагностическому обследованию изоляции силовой кабельной линии с бумажно-масляной изоляцией.

Заключение

                     по диагностическому обследованию изоляции силовой кабельной линии

      Предприятие:_ хххххххххххххххх ______________________________________

      Объект:   _ хххххххххххххххх ________________________________________________________

      Длина КЛ:              1375           м.    Марко-размер:                    ААШв 3х240                   

      Год прокладки:       2001             Номинальное напряжение:           6                       кВ

Предыдущее обследование OWTS:                       не проводилось

Предыдущее обследование CD:                            не проводилось

 

По результатам обследования КЛ аппаратурой OWTS техническое состояние изоляции на отрезках 1030–1072 м и 930-956 м от ТП-70 (или соответственно 303-345 м и 419-445 м от БКТП-1181) в области риска.  Здесь зафиксированы разряды значительной интенсивности. На отрезке 500-554 м от ТП-70 (или 821-875 м от БКТП-1181) возможно развитие дефектов изоляции. По результатам обследования КЛ аппаратурой CDS во всех фазах признаков ухудшения изоляционных характеристик и предпробивного состояния изоляции не обнаружено. Выход из строя КЛ в течение года маловероятен.

Рекомендуется ремонт КЛ на отрезках 1030-1072 м и 930-956 м от ТП-70 в течение года с последующей диагностикой. Испытания КЛ повышенным напряжением постоянного тока не рекомендуются.

 

Приложения:

Протокол OWTS № 127-08;

Протокол CD № 128-08CD

 

Формулировки заключений формализуются в максимальной степени, хотя они не являются строго фиксированными. Ведется работа по классификации содержания заключений, что необходимо для автоматизированных систем управления технического состояния объектов во времени.

Протокол № 127-08

обследования КЛ методом частичных разрядов (аппаратура OWTS, модуль М710)

   Дата: ____09.06.2008                                      

            Предприятие:            _ хххххххххххххххх___________________________

            Объект:   __ хххххххххххххххх_______________________________________

            Длина КЛ:        1375           м.    Марко-размер:                    ААШв 3х240                 

            Год прокладки:2001             Номинальное напряжение:           6                       кВ

 

Результаты обследования

Нормируемые параметры

Фаза А

(L1)

Фаза В

(L2)

Фаза С

(L3)

Напряжение возникновения ЧР

(Um), кВ

3

2,5

2,5

Максимальный уровень ЧР

(при Uз=8,5 кВ), пКл

19583

18526

23789

Максимальная  интенсивность* ЧР за один

цикл измерения  в локальном месте, шт.

1,826

1,571

1,607

 

    • Интенсивность – это сумма ЧР в локальном месте, деленная на число циклов измерения для каждой фазы приведенная к одной секунде. На гистограммах показана сумма ЧР в локальных местах фаз. Этот параметр приводится в таблице нормируемых параметров с максимальным количеством ЧР по всем трем фазам.

 

Не нормированные параметры

Фаза А

(L1)

Фаза В

(L2)

Фаза С

(L3)

Максимальный уровень ЧР

 (при Um), кВ

1500

1300

2800

Напряжение гашения ЧР

(при Uз=8,5 кВ), кВ

4,2

4,2

4,2

tan? х 10-3

3,54

3,65

3,57

Скорость распространения импульса, м/мкс

160,44

160,44

160,44

Количество циклов измерения

46

46

46

Емкость фазы, мкФ

0,579

0,579

0,579

 

Приложения 1,2 – дефектные карты

 Приложение 1 к протоколу 127-08

КЛ: ТП-70 – ТП-1181

Карта ЧР

 Приложение 2 к протоколу 127-08

КЛ: ТП-70 – ТП-1181

Гистограмма

На карте ЧР представлены  метки разрядов определенные по величине и положению, которые получены аналитической группой при обработке результатов диагностики с помощью специальных алгоритмов. Метки соответствуют различным значениям напряжений, приложенным к изоляции в течение времени измерения. По карте ЧР хорошо наблюдаются места установки соединительных муфт вдоль линии, а также места с наличием проблемных участков.

На гистограмме разрядов приведены значения их количества в соответствующих местах за все циклы производства измерений. То есть, гистограмма характеризует интенсивность разрядов лишь качественно. Для количественной оценки интенсивности разрядов производится приведение их количества к секунде, что и указывается в протоколе № 127-08. Эта величина нормирована.

Далее в техническом отчете приводятся карты ЧР и гистограммы для каждой фазы отдельно. Здесь эта информация не представлена. Так как в данной работе описываются основные принципы диагностики, то опущен также материал по калибровке линий и технологии обработки результатов измерений. Эта информация отсутствует также в техническом отчете, представляемом заказчику. Калибровка линий производится с целью определения их действительной длины, а также для определения скорости распространения электромагнитной волны вдоль линий.   Эти данные приводятся в протоколе технического отчета.

Информация о длине линий в последствие используется для локализации проблемных мест. Калибровка выполняется перед началом диагностических испытаний по каждой фазе линий. Суммарное технологическое время производства диагностического испытания линии составляет около 45 минут (с одной стороны линии).

 

Диагностические испытания линий методом возвратного напряжения выполняются по всем трем фазам одновременно. Хотя порой возникает необходимость таких испытаний отдельно по каждой фазе с целью проверки межфазной изоляции. Технологическое время испытаний этим методом порядка трех часов, при одновременном испытании фаз. В соответствие с этим методом, к линии последовательно во времени прикладываются напряжения один и два киловольта.

Среди некоторых параметров, которые в последствие оцениваются:

  • скорость нарастания возвратного напряжения на начальном участке кривых;
  • максимальное значение возвратного напряжения;
  • отношение скоростей нарастания возвратного напряжения при 1 и 2кВ;
  • отношение максимальных значений возвратных напряжений;
  • время достижения максимальной величины возвратного напряжения;
  • характер кривых зарядного тока;
  • характер изменения «хвостов» кривых возвратных напряжений и др.

Протокол № 128-08 CD

               обследования КЛ методом возвратного напряжения (аппаратурой CD31(CDS))

     Дата: ____09.06.2008                                             

     Предприятие:       _ хххххххххххххххх _______________________________________

     Объект:   _ хххххххххххххххх___________________________________________________

     Длина КЛ:               1375           м.    Марко-размер:                    ААШв 3х240                

      Год прокладки:       2001             Номинальное напряжение:           6                       кВ

 

Результаты обследования

Измеренные параметры

Фаза А

(L1)

Фаза В

(L2)

Фаза С

(L3)

Напряжение заряда КЛ

1 кВ

 

 

Величина максимального возвратного напряжения Umax1, В

294,71

293,85

293,74

Скорость нарастания возвратного

напряжения S1, В/с

8,145

8,196

8,119

Напряжение заряда КЛ

2 кВ

 

 

Величина максимального возвратного напряжения Umax2, В

503,95

502,76

502,13

Скорость нарастания возвратного

напряжения S2, В/с

13,686

13,8

13,648

Отношение максимальных возвратных напряжений Umax2/Umax1

1,71

1,711

1,709

Отношение скоростей нарастания S2/S1

1,68

1,684

1,681

Емкость изоляции фаз КЛ, мкФ

0,579

0,579

0,579

 

Приложения к протоколу № 128-08CD:

Приложения 1,2 – характеристики возвратного напряжения

В приложении 1 графики изменения возвратного напряжения приведены для двух напряжений заряда линии, 1 и 2кВ. При линейном изменении поляризации изоляции эти графики должны отличаться в два раза по величине значений.

В реальных линиях, из-за нелинейности характеристик поляризации, а также по причине наличия дефектов, например, при увлажнении изоляции, отношения значений, при разных напряжениях заряда, могут быть отличными от двух. Отношение возвратных напряжений, а также отношение скоростей их нарастания являются нормированными величинами. Контрольным параметром является также максимальное значение возвратного напряжения.  Дополнительную информацию о техническом состоянии линии дает значение точки перегиба кривых, оцениваемое по оси времени процесса. Все нормированные величины в этом методе определяются на основе статистики диагностической информации большого числа линий.

В приложении 2, показаны отношения возвратных напряжений (U2/U1) для начального участка характеристик (60с) и для всего процесса измерения. Характер кривых (U2/U1) содержит информацию о степени увлажнения изоляции, а также об ее старении. При анализе этих зависимостей производится сравнение по всем фазам.

Приложение 1 к протоколу 128-08CD

КЛ: ТП-70 – ТП-1181 RVM фаза А

RVM фаза B

RVM фаза C

Приложение 2 к протоколу 128-08CD

КЛ: ТП-70 – ТП-1181RVM U1/U2 фаза A

RVM U1/U2 фаза B

RVM U1/U2 фаза C