Диагностика местных неисправностей в кабельных линиях при помощи измерения частичных разрядов (ЧР)

Введение. Одним из крупнейших потребителей электроэнергии в России является ГУП «Московский метрополитен» с огромным числом кабельных линий, которые необходимо обслуживать и делать это качественно, что обязывает его по возможности снижать случаи возгорания силовых кабелей (10/20 кВ, 825 В). При этом основным направлением является развитие систем неразрушающего контроля и выявления предотказного состояния кабельных линий в режиме реального времени. Практика показывает, что наиболее уязвимыми местами являются кабельные муфты.

В рамках текущей эксплуатации производится периодическая проверка кабелей на пробой с использованием генераторов высокого напряжения, а также с применением токов низкой частоты. Рассматривается вопрос проведения диагностики оборудования с использованием метода частичных разрядов (далее ЧР). Недостаток данных методик связан с необходимостью отключения напряжения на силовом кабеле, создания дополнительных условий для разрушения изоляции и показывают только то, что в данный, конкретный момент времени кабель может быть включен в работу. Т.е. не являются гарантией работы кабеля в течение всего срока между профилактическими испытаниями.

В таблице 1 приводится список применяемого технологического оборудования для измерения ЧР [2].

Таблица 1 – Технологическое оборудование для измерения ЧР

Питание	12 В внешн. /автомоб.,блок питания
1	2
Время непр. работы	около 24 ч от лит.-ионн. акк.
Частота повтор. импульса	3,33 Гц

Окончание таблицы 1

1	2
Ширина импульсов	50 нс, 200 нс, 500 нс, 1 µс
Амплитуда импульса	250 В
Импульсный ток	200 A
Защита выхода	Устойчив к кор. замыканию
Класс защиты	IP 54
Рабочая температура	-10 °C ...+50 °C
Вес	2 кг
Teleflex T 30-E PD	Регистратор переход. процессов для ЧР
	64 мм опция
Разъем	BNC

Также немаловажным параметром является материал изоляции кабельной линии [3].

• -    PE/VPE-кабели

Смешанные линии из участков PE- и VPE- кабелей можно диагностировать вместе. Для проведения диагностики основная жила и экран кабеля должны быть полностью отключены с обоих концов от распределительного устройства, чтобы гарантировано исключить помехи и эффекты поляризации распределительной установки [4].

• -    кабели с пропитанной бумажной изоляцией

Для проведения диагностики жилы должны быть полностью отключены с обоих концов от распределительного устройства. В месте измерения остается подключенным металлическая оболочки/заземление подстанции. На другом конце кабеля это подключение, если можно, надо отключить от распределительной установки, чтобы исключить влияние помех на результаты измерения [4].

• -    смешанные линии из участков с пропитанной бумажной изоляцией и PE/VPE-кабелями

Согласно физическим законам на смешанных кабелях в результате диагностики возможна информация лишь о кабеле с пропитанной бумажной изоляцией. Разумеется, кабельная линия большей частью должна состоять из кабеля с пропитанной бумажной изоляцией, доля PE/VPE- кабелей должна составлять макс. 20% от всей длины кабелей. Часто это имеет место при ремонте отдельных участков и вводов на подстанциях. Подготовительные работы такие же как для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией [4].

Проблемы кабелей с изоляцией из полиэтилена (PE) и сшитого полиэтилена (VPE)

Значительный эффект старения кабелей с изоляцией из РЕ/VPE вызывается возникновением и ростом водяных триингов (watertrees). Они возникают со временем под воздействием воды, тепла и напряженности электромагнитного поля. Разрастаются они постепенно и в конечном результате вследствие образования электрических триингов ведут к короткому замыканию и к выходу из строя кабеля. Другие эффекты старения появляются при термической перегрузке изоляции из РЕ/VPE. Влага в кабелях с дефектами оболочки особенно благоприятствует разрастанию водяных триингов. Так как водяные триинги, обусловленные физическими законами, не показывают частичных разрядов, то описанные процессы старения можно обнаружить и оценить лишь при помощи диэлектрической диагностики [4].

Рисунок 1 – Сокращение срока службы эксплуатируемого кабеля при испытании повышенным напряжением [5]

Цель исследования. Выявления предотказного состояния кабельных линий, в режиме реального времени при помощи измерения частичных разрядов.

Материалы и методы исследования . В работе использовался метод диагностики местных неисправностей в кабельных линиях при помощи измерения частичных разрядов (ЧР), анализ норм VDE 0276-620, ГОСТ 55025-2012 при напряжении СНЧ 0,1 Гц.

Результаты исследования и их обсуждение.

Диагностика кабельных линий при помощи измерения частичных разрядов позволяет:

• 1.    Определить слабые места в кабельных системах – механические повреждения – одиночные большие водяные триинги, снижающие надежность

  

  О 50    100    150    200    250    300    350    400    450    500    550    600    650    700    750    800    850    900    950   1 000 1 050 1 100 1 150 1 200 1 250 1 300 1 350 1 400 1 450

  Рисунок 2 – Новый кабель из сшитого полиэтилена, 6 кВ, 1.45 км.

  Повреждение внешней изоляционной оболочки кабеля и брони на 650 м при прокладке кабеля на эстакаде

  
  

эксплуатации кабелей - серьезные ошибки монтажа, которые могут привести к отказу

Рисунок 3 – Кабель с бумажно-масляной изоляцией, 6 кВ, 280 м

Кабель часто отключался. Обследование установкой выявило множественные дефекты в изоляции. Была проведена замена кабеля.

Рисунок 4 – Кабель с бумажно-масляной изоляцией, 6 кВ, 280 м.

Кабель часто отключался. Обследование установкой выявило множественные дефекты в изоляции. Была проведена замена кабеля.

Диагностика кабельных линий частичными разрядами – единственный и незаменимый помощник при проведении диагностики «старых» кабельных линий.

Отлично выявляются следующие дефекты:

• •      Недопустимые перегибы кабеля;

• •      Состояние концевых и соединительных муфт;

• •      Механические повреждения кабеля;

• •      Состояние основной изоляции по всей длине кабеля;

Обследование нескольких кабельных линий позволяет составить очередность проведения ремонтных работ и первой вывести в ремонт самую наихудшую линию.

После ремонта кабельной линии, проводится повторный контроль проведенных работ с помощью соответствующих установок.

Выводы.

Измерение и анализ активности частичных разрядов (ЧР) – это надежный метод неразрушающего контроля, позволяющий выявить дефекты кабельной линии до того, как возникнет серьезное повреждение или пробой.