Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий
реклама
Мониторинг и диагностика технического состояния высоковольтных кабельных линий Русов Валерий Александрович ООО «DIMRUS» [email protected] Способы организации контроля технического состояния высоковольтных кабельных линий 1. Непрерывный мониторинг технического состояния КЛ в режиме «on-line». Реализуется при помощи стационарно установленных и непрерывно работающих систем оценки технического состояния кабельных линий. Непрерывный мониторинг предназначен для реальной организации эффективного управления обслуживанием и ремонтами наиболее дорогого и ответственного оборудования по системе «обслуживание по техническому состоянию». Достоинства – оперативность и надежность. Недостаток – высокая стоимость. 2. Периодический мониторинг технического состояния КЛ в режиме «on-line». Реализуется при помощи стационарно установленных датчиков и периодически используемого измерительного и диагностического оборудования. Предназначен для контроля технического состояния оборудования, для которого экономически неэффективно устанавливать системы стационарного мониторинга. Достоинство – возможность оперативного проведения измерений на работающем оборудовании. Недостатки – сравнительно высокая трудоемкость работ и возможность «пропуска» дефектного состояния. 3. Разовые или периодические испытания КЛ в режиме «off-line». Реализуется на основе специальных диагностических средств и методов. Достоинство – высокая эффективность диагностических работ. Недостатки – необходимость вывода оборудования из работы, высокая трудоемкость проведения испытаний и диагностики, возможность «пропуска» дефектов. Разовые испытания обычно проводятся в плановом порядке, иногда во внеплановом порядке «по состоянию», а также для уточнения диагностических заключений, полученных системами непрерывного и периодического мониторинга. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Методы диагностики технического состояния кабельных линий в режиме «on-line» мониторинга Для контроля технического состояния высоковольтных кабельных линий в режиме «online» обычно используются три метода диагностики. Мониторинг температурных режимов работы кабельной линии. Предназначен для постоянного контроля температурного профиля кабельной линии с высоким разрешением по участкам, до 1 метра. Позволяет учитывать токовою нагрузку и особенности прокладки кабельной линии. Температурный мониторинг, в основном, позволяет решать вопросы технологической направленности, связанные с допустимой нагрузкой кабельной линии. Может выявлять дефекты муфт, сопровождающиеся повышением температуры. Мониторинг изоляции КЛ на основе измерения и анализа частичных разрядов. Предназначен для постоянного контроля состояния и диагностики дефектов в изоляции кабельной линии. Позволяет контролировать состояние изоляции самого кабеля, концевых и соединительных муфт. Мониторинг частичных разрядов позволяет выявлять дефекты в изоляции на сравнительно раннем этапе, в большинстве случаев предупреждая аварийные ситуации. Возможна локация мест возникновения дефектов в режиме «on-line». Мониторинг емкостных токов в экранах кабельных линий. Предназначен для контроля емкостных токов, протекающих в экране кабельной линии. Этот параметр связан с особенностями прокладки фаз высоковольтной кабельной линии, наличием пунктов суперпозиции, и т. д. При определенных условиях мониторинг емкостных токов утечки может позволить выявить наличие дефектов в оболочке кабельной линии, которые могут привести к возникновению опасных дефектов в изоляции – «водных деревьев». Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Система распределенного температурного мониторинга кабельных линий марки «ASTRO» Мониторинг температурных режимов работы КЛ осуществляется за счет использования систем контроля параметров оптического волокна, интегрированного в конструкцию кабеля, в котором контролируется рамановское рассеивание лазерного излучения. В оптическое волокно лазером излучаются мощные импульсы, и регистрируется обратный (отраженный) поток света. Основными параметрами отраженного сигнала являются время прихода каждого элемента потока, и его частотный и спектральный состав. Для организации температурного контроля КЛ оптоволоконный датчик может быть интегрирован в зону экрана кабеля еще на этапе производства. Плюсы - датчик находится максимально близко к жиле, температура которой наиболее важна, и сам датчик максимально защищен от повреждения. Минусы - невозможность демонтажа волокна при его повреждении, а также то, что каждое соединение оптического волокна вносит затухание в сигнал. При расположении оптоволоконного датчика снаружи он фиксируется к КЛ пластиковыми хомутами по всей протяженности силового кабеля. При прокладке фаз силового кабеля треугольником, оптоволоконный датчик обычно расположен посередине, внутри фаз. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Параметры и модификации системы «ASTRO» для температурного мониторинга кабельных линий Марка Волокно Каналов Длина E540 М 1 8 км E542 М 4 8 км E543 М 8 8 км E544 М 16 8 км E580 S 1 16 км E582 S 4 16 км E583 S 8 16 км E584 S 16 16 км Тип волокна: M - мультимодовое S – одномодовое Максимальная длина высоковольтного кабеля, контролируемого системой температурного мониторинга, зависит от типа используемого датчика - оптического волокна и мощности лазера. При многомодовом оптическом волокне максимальная длина контролируемой кабельной линии составляет до 8 км, при использовании одномодового волокна контролируемая длина кабельной линии возрастает до 16 км. Недостатком использования одномодового волокна является то, что при его применении ухудшается пространственное разрешение системы мониторинга. Если в первом случае оно составляет 1 метр, то для одномодового волокна длина элементарного участка составляет уже до 5 м. Также требуется лазер повышенной мощности. Для расширения эксплуатационных возможностей системы «ASTRO» и снижении затрат на систему мониторинга, прибор может поставляться со встроенным оптическим мультиплексором, имеющим в своем составе до 16 переключаемых оптических входов. Это дает возможность контролировать одним прибором несколько кабельных линий. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Способы монтажа системы «ASTRO» для кабельных линий различной длины Если контролируемая кабельная линия имеет сравнительно небольшую длину, до нескольких км, то оптические датчики температуры всех трех фаз могут быть включены последовательно, и измерения температур всех фазных кабелей будут проводиться одновременно. При помощи программного обеспечения мониторинга профили температур отдельных фаз будут отображаться на графиках и в отчетах реальным образом. Если длина КЛ больше 2 – 3 км, то система «ASTRO» должна быть поставлена со встроенным оптическим мультиплексором, и тогда оптический датчик температуры каждой фазы КЛ может быть подключен к отдельному входу измерительного прибора системы, что повысит точность проводимых измерений, но в то же время увеличит время проведения измерений температуры. Если длина контролируемой кабельной линии превышает максимально возможные 16 км, то в этом случае два независимых измерительных прибора «ASTRO» можно устанавливать на разных концах кабельной линии, и тогда длина контролируемой линии может достигать до 32 км. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Мониторинг состояния изоляции кабельной линии по методу регистрации и анализа частичных разрядов Наиболее эффективным методом оперативного контроля состояния и диагностики дефектов изоляции кабельных линий под рабочим напряжением является регистрация и анализ частичных разрядов в изоляции кабеля и муфт. Частичные разряды, по определению, «перекрывают только часть рабочего изоляционного промежутка», поэтому, чаще всего, не являются аварийным дефектом, но практически всегда предшествуют фатальным повреждениям изоляции кабельных линий. Время от момента возникновения частичных разрядов до момента перехода частичного дефекта в дуговой разряд обычно достаточно для принятия персоналом управляющих воздействий на эксплуатацию кабельной линии. Достоинства систем мониторинга частичных разрядов в кабельных линиях. - Высокая чувствительность метода диагностики по ЧР к большинству дефектов в изоляции кабельной линии. - Возможность определения типа выявленного дефекта, степени его развития и опасности для дальнейшей эксплуатации кабельной линии. - Проведение оперативной локации места возникновения выявленных дефектов под рабочим напряжением в режиме «on-line» на работающей кабельной линии. Недостатки использования систем мониторинга ЧР в кабельных линиях. - Высокий уровень высокочастотных импульсных шумов в кабельных линий, по параметрам соответствующих импульсам частичных разрядов, затрудняющий корректную оценку технического состояния и выявление дефектов в изоляции. - Необходимость использования специализированной экспертной диагностической системы для оценки состояния кабельной линии, так как «ручная» диагностика по частичным разрядам требует специальной подготовки персонала. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Выбор оптимального частотного диапазона для регистрации частичных разрядов в кабельных линиях Измерение частичных разрядов в различном высоковольтном оборудовании может производиться датчиками трех типов, работающими в различных диапазонах частот: - Ультразвуковые микрофоны и пьезодатчики (U). - Высокочастотные трансформаторы тока и конденсаторы связи (HF). - Сверхвысокочастотные электромагнитные антенны (UHF). Применительно к измерению частичных разрядов в высоковольтных кабельных линиях оптимальным является использование датчиков высокочастотного диапазона, особенно высокочастотных трансформаторов тока с ферритовыми сердечниками. Такие датчики серии RFCT (HFCT) легко монтируются на поводках заземления экранов кабельных линий, выведенных в муфтах. Самым важным является то, что такие датчики контролируют частичные разряды не только в самой муфте, но и в участке кабеля, отходящем от муфты. При этом длина контролируемого участка кабельной линии составляет не менее ± 2000 метров от места установки датчика, и зависит от типа кабеля и количества соединительных муфт. Диапазон частот Тип датчиков Способ монтажа Чувствительность U (ультразвук) Пьезодатчики, микрофоны Контактно и бесконтактно ±1м HF (ВЧ) HF трансформаторы Конденсаторы связи На земляных и токоведущих шинах ± 2000 м UHF (СВЧ) Электромагнитные антенны Бесконтактно ± 20 м Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Аппаратные средства и способы борьбы с помехами при регистрации частичных разрядов Эффективность работы системы мониторинга технического состояния изоляции кабельной линии по частичным разрядом в наибольшей мере завит от того, насколько надежно удается отстроиться от внешних помех. Все применяемые в оборудовании регистрации частичных разрядов способы отстройки от помех делятся на две группы – аппаратные и алгоритмические. Аппаратные средства отстройки от помех реализованы в электронных схемах регистрирующих приборов. Уже после использования аппаратных средств отстройки от помех производится преобразование импульсов частичных разрядов из аналоговой в цифровую форму. Наиболее часто применяемые аппаратные средства – это «разборка» импульсов на входе каналов приборов по времени прихода, и метод сравнение амплитуд сигналов в различных точках контролируемого оборудования. Согласно приведенному рисунку, если первым приходит импульс от датчика 1, смонтированного на кабельной линии, то регистрируемый импульс возник в кабельной линии. Если все наоборот, то частичный разряд возник внутри КРУЭ. Чем больше в системе регистрации частичных разрядов реализовано способов и использовано средств отстройки от помех, тем выше эффективность ее применения. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Алгоритмические средства борьбы с помехами при регистрации и анализе частичных разрядов Значительную часть внешних импульсных высокочастотных помех удается эффективно удалить из всей регистрируемой информации благодаря наличию прямой связи момента возникновения импульсов частичных разрядов с фазой высоковольтного питающего напряжения. Реальные импульсы частичных разрядов возникают всегда в моменты роста синусоидально изменяющегося напряжения питающей сети, когда происходит постоянное повышение взаимных потенциалов между элементами диэлектрика в изоляции кабельной линии. Импульсы высокочастотных помех (например помехи от сварочных работ), «похожие» на импульсы частичных разрядов, не связаны с синусоидой питающей сети, и на диаграмме будут представлены в виде равномерной шумовой полосы, и от которой можно достаточно легко отстроиться при помощи несложного алгоритма. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Определение типа дефекта в изоляции на основании связи распределения ЧР с фазой питающего напряжения Каждому конкретному типу дефекта в изоляции практически однозначно соответствует его образ, полученный на амплитудно – фазовом распределении импульсов частичных разрядов относительно фазы питающего напряжения. Такое распределение импульсов ЧР в литературе обычно называется PRPD. Каждая автоматизированная экспертная диагностическая система имеет в своем составе библиотеку (базу) образов дефектов в изоляции, представленную в виде стандартных PRPD. Обычно база включает дефекты, возникновение которых возможно в данном оборудовании. Сравнивая полученное PRPD распределение с библиотекой образов можно достаточно точно определить тип дефекта, генерирующий частичные разряды в кабельной линии. На приведенном на рисунке распределении ЧР в кабельной линии есть признаки двух источников частичных разрядов – небольшой короны и «проводник под плавающим потенциалом». Оба они не представляют опасности для дальнейшей эксплуатации КЛ. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Разделение нескольких дефектов в изоляции на основании анализа параметров импульсов ЧР Есть и более сложные способы графического и аналитического представления распределений импульсов частичных разрядов, предназначенные для фильтрации помех и разделения дефектов по типам и местам возникновения. Это широко известное распределение типа «TF-Map», разработанное итальянской фирмой «Tech Imp», и сравнительно новое распределение типа «PD-Cloud», разработанное фирмой «DIMRUS». Эти два графических распределения импульсов (2D и 3D типа), предназначены для использования в тех случаях, когда в контролируемой линии может быть два и более дефектов в изоляции, различающихся типом и местом возникновения. Все зарегистрированные импульсы ЧР при помощи этих распределений по временным и частотным параметрам делятся на группы, после чего каждая группа импульсов диагностируется на тип дефекта при помощи стандартного «PRPD» распределения. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «PD-Expert» - автоматизированная экспертная система диагностики кабельных линий по частичным разрядам Все алгоритмические решения, предназначенные для отстройки от помех, диагностики наличия дефектов, и определения их типов, для систем мониторинга и диагностики кабельных линий реализованы в автоматизированной экспертной системе «PD-Expert». При помощи этой системы, без прямого участия диагноста, выполняются все процедуры по обработке и анализу результатов замеров частичных разрядов в изоляции кабельных линий. Результаты работы системы представляются в виде готовых отчетов. Алгоритмы диагностики дефектов, учитывающие особенности конструкции и эксплуатации кабельных линий, поставляются в готовом виде. При появлении у обслуживающего персонала достаточной диагностической квалификации и практического опыта эти алгоритмы могут быть уточнены, они не являются закрытыми. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Способы локации места возникновения дефектов изоляции по параметрам импульсов частичных разрядов Зондирующий импульс Кабель Рефлектография зондирующими импульсами Частичный разряд Кабель Рефлектография импульсами частичных разрядов Определение места возникновения дефекта в кабельной линии может быть проведено по методу рефлектографии (под рабочим напряжением), и по разнице времени прихода импульсов ЧР к концам линии. Отличие ЧР - метода рефлектографии от стандартного заключается в том, что в качестве тестирующего импульса используется не импульс от встроенного в прибор тестового генератора, а импульс частичного разряда, возникающего в зоне дефекта изоляции. В месте наличия дефекта кабельной линии возникает частичный разряд, импульс от которого начинает распространяться по кабельной линии в обе стороны, в направлении концевых разделок кабельной линии. Прямой импульс будет сразу зарегистрирован прибором системы мониторинга. Противоположный импульс, приблизившись к правому концу кабеля отразится, и отраженный импульс, меньшей амплитуды, будет двигаться в обратном направлении. В тот момент, когда импульс придет к левому концу кабеля, он также будет зарегистрирован измерительным прибором. Разница во времени прихода импульса к прибору равняется удвоенному времени движения от места дефекта к противоположному концу кабельной линии. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Локация места возникновения дефектов изоляции по разнице времени прихода импульса к концам линии Для достаточно длинных кабельных линий, у которых невозможно зарегистрирован отраженный от противоположного конца импульс из-за его затухания, определение места возникновения дефекта в кабельной линии производится по разнице времени прихода импульсов ЧР к концам линии. На двух концах кабельной линии устанавливают два регистрирующих прибора системы мониторинга, работающих синхронно. Место возникновения дефекта рассчитывается по разнице времени прихода импульсов к измерительным приборам. Для обеспечения необходимой точности локации места возникновения дефекта оба регистрирующих прибора должны быть синхронизированы с очень высокой точностью. Для кабельных линий, в которых есть «свободное» встроенное оптическое волокно, синхронизацию можно осуществить при помощи этого волокна. Если такая возможность отсутствует, то синхронизировать приборы можно по сигналам системы точного времени GPS/GLONASS. Для этого в каждом измерительном приборе должен быть соответствующий приемник сигналов. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Оборудование для регистрации и анализа частичных разрядов в кабельных линиях Оборудование для регистрации и анализа частичных разрядов в изоляции кабельных линий в режиме «on-line» Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Система CDM-30 для мониторинга состояния до 45 кабельных линий 6 – 35 кВ по частичным разрядам Система мониторинга марки «CDM-30» (Cables Diagnostics Monitor) предназначена для постоянного контроля технического состояния изоляции 15 – 45 кабельных линий под рабочим напряжением. Все контролируемые кабельные линии должны быть подключены на одном объекте (КРУ) на расстоянии не более 100 метров между собой и от прибора системы мониторинга. В качестве датчиков частичных разрядов в системе используются высокочастотные трансформаторы тока «RFCT-7». Использование многоканальной системы мониторинга «CDM-30» позволяет, с одной стороны, снизить затраты на систему диагностики, рассчитываемые на один контролируемый кабель. С другой стороны, дает возможность эффективно отстраиваться от наводок высокочастотных помех на контролируемый кабель, которые в условиях больших КРУ очень значительны. Достоинства системы CDM-30: - Осуществляется непрерывный контроль состояния изоляции высоковольтной кабельной линии на основе метода регистрации и анализа уровня частичных разрядов. - Производится автоматическая локализация мест возникновения дефектов в изоляции, выявленных системой по частичным разрядам, как в муфтах, так и в самом кабеле. Эта функция реализована для кабельной линии, находящейся под рабочим напряжением. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Система CDM-30 для мониторинга состояния кабельных линий. Отстройка от помех. ¹ 2 NCh-4 RCh-2 ¹ 3 SCh-1 1 2 ¹ 4 RCh-3 ¹ 5 NCh-5 ¹ 6 Эффективность работы системы мониторинга состояния изоляции кабельных линий по частичным разрядам зависит от помехозащищенности используемой измерительной аппаратуры. Это связано с тем, что в сетях среднего и высокого напряжений количество помеховых сигналов, имеющих параметры, близкие к параметрам частичных разрядов, велико. Для решения этой задачи в системе мониторинга «CDM-30» реализован максимально эффективный набор аппаратных и алгоритмических средств отстройки от помех, позволяющий надежны выявлять дефектный кабель в составе сложных сборок. Наиболее эффективными из них способами отстройки от помех являются: - Метод «time of arrival» - контроль разновременности времени прихода импульсов от одного разряда к нескольким датчикам, сигналы кот которых в измерительном приборе регистрируются синхронно. Чем большее расстояние проходит импульс «по силовому кабелю + по измерительному кабелю» к датчику, тем дальше дефект от этого датчика. - Метод синхронного сравнения амплитуды сигналов от нескольких датчиков. Чем дальше датчик находится от дефекта, тем меньше будет амплитуда импульса. Этот и предыдущий методы реализованы в приборе на аппаратном уровне. - Метод сравнительного контроля частотных параметров каждого зарегистрированного импульса. В «CDM-30» этот метод реализован на программном уровне. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Система CDU для мониторинга состояния кабельных линий по частичным разрядам Система мониторинга марки «CDU-12» предназначена для постоянного контроля технического состояния изоляции 12 кабельных линий под рабочим напряжением, расположенных на одном объекте (КРУ). В качестве датчиков частичных разрядов используются «RFCT-7». В системе «CDU-12» также осуществляется контроль состояния изоляции высоковольтной кабельной линии на основе регистрации и анализа уровня ЧР, и производится автоматическая локализация мест возникновения дефектов в изоляции, выявленных системой по частичным разрядам, как в муфтах, так и в самом кабеле. Все алгоритмы отстройки от помех в системе «CDU-12» реализованы на аппаратном уровне, позволяя устранить влияние до 95%, и более, внешних высокочастотных импульсов. Основное отличие системы мониторинга марки «CDU-12» от системы мониторинга «CDM-30» заключается в том, что в ней измерения частичных разрядов в кабельных линиях по всем 12 измерительным каналам производится непрерывно, в режиме реального времени. Это увеличивает стоимость системы мониторинга, но позволяет повысить надежность и эффективность контроля и работы экспертной системы диагностики. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Система CDR для мониторинга состояния кабельных линий до 500 кВ по частичным разрядам Прибор марки «CDR» предназначен для организации мониторинга высоковольтных кабельных линий с рабочим напряжением до 500 кВ. Основные возможности системы: - Осуществляется непрерывный контроль состояния изоляции высоковольтной кабельной линии на основе метода регистрации и анализа уровня и распределения частичных разрядов. Определяется тип дефекта в изоляции и степень его развития. Производится автоматическая локализация мест возникновения дефектов в изоляции, выявленных системой по частичным разрядам, как в муфтах, так и в самом кабеле. Уникальность этой важной диагностической функции в системе заключается в том, что она реализована для кабельной линии, находящейся под рабочим напряжением. - Производится Непрерывное контактное измерение рабочей температуры фаз кабельной линии (концевых муфт), расположенных рядом с измерительным прибором системы мониторинга. - Контроль величины емкостных фазных токов утечки, протекающих по экрану кабельной линии. Появление уравнительных токов отрицательно сказывается на нагрузочной способности линии из-за увеличенной температурной нагрузки на изоляцию. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Особенности работы прибора системы мониторинга марки CDR для кабельных линий до 500 кВ Система марки «CDR» является наиболее эффективным средством организации мониторинга высоковольтных кабельных линий. Основу системы составляет универсальный шестиканальный измерительный прибор. Аппаратные и алгоритмические особенности системы «CDR»: - Возможность регистрации прибором импульсов частичных разрядов в очень широком диапазоне частот, от 50 кГц до 1 ГГц. Если импульс возник рядом с датчиком, то его частота будет очень высокой, равной сотням МГц. Чем длиннее линия, тем более низкочастотные импульсы ЧР могут быть зарегистрированы в ней. - В систему мониторинга марки «CDR» встроены два метода локации места возникновения дефекта в изоляции кабельной линии. Один работает независимо на основе анализа рефлектограмм распределения импульсов частичных разрядов в линии, а второй анализирует разницу по времени прихода высокочастотного импульса от дефекта к «концам» контролируемой кабельной линии. - В системе «CDR» реализована экспертная диагностическая система «PD-Expert», позволяющая в автоматическом режиме определять тип дефекта в изоляции, и степень его развития. - Отдельные приборы марки «CDR» легко интегрируются в единую систему мониторинга нескольких кабельных линий и другого оборудования путем синхронизации процесса регистрации импульсов. Синхронизация приборов может быть осуществлена двумя способами. При расстояниях до 1 км синхронизация осуществляется при помощи оптических линий связи. Если длина линии более одного км, или отсутствует возможность прокладки оптической линии, то измерения можно синхронизировать по сигналам системы GPS/GLONASS. Для этого во все приборы «CDR» встроены приемники сигналов GPS. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Система ADM-9 для мониторинга состояния муфт кабельных линий по частичным разрядам Система марки «ADM-9» предназначена для мониторинга состояния концевых и соединительных муфт на кабельных линиях с рабочим напряжением до 500 кВ при помощи акустических (ультразвуковых) датчиков. Система мониторинга с акустическими датчиками применяется в тех случаях, когда применить датчики частичных разрядов других типов не представляется возможным, по конструктивным, или иным причинам. Основной недостаток акустических датчиков заключается в их низкой чувствительности, и очень сложной отстройке от внешних акустических помех. Акустические датчики системы «ADM-9» обычно монтируются непосредственно на поверхности муфт, желательно на заземленных элементах конструкции. Поскольку сами акустические датчики являются направленными, как и само акустическое излучение, на каждой муфте желательна установка двух датчиков, имеющих различную пространственную ориентацию. При установке акустических датчиков применяются специальные средства, улучшающие акустический контакт с контролируемым объектом, и в то же время не ухудшающие электрическую изоляцию корпуса датчика от муфты. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Система CSM-1 для комплексного мониторинга состояния наиболее ответственных муфт кабельных линий Система марки «CSM-1» предназначена для «углубленного» мониторинга состояния наиболее ответственных кабельных муфт и линий с рабочим напряжением до 500 кВ. Производятся приборы для контроля одной или трех муфт кабелей. Прибор марки «CSM-1» позволяет: - Регистрировать ЧР в изоляции концевых и соединительных муфт используя датчики UHF (СВЧ) диапазона частот. - Регистрировать частичные разряды в изоляции кабеля, используя датчики HF (ВЧ) диапазона частот. - Регистрировать ЧР в изоляции муфты акустическим датчиком, работающие на частотах до 100 кГц - Локализовать место дефекта в кабеле, регистрируя рефлектограмму распространения импульсов ЧР по линии. - Контролировать внешнюю температуру муфты (кабеля) в месте установки прибора CSM-1. - Регистрировать ток промышленной частоты (емкостный и уравнительный), протекающий по экрану кабеля, приводящий к дополнительному нагреву кабеля Вся основная информация от датчиков обрабатывается в приборе и уже в практически готовом виде передается в общую систему мониторинга. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Система «CLM» для мониторинга емкостных токов утечки в экранах однофазных кабельных линий Одной из наиболее частых причин выхода кабельных линий из строя является повреждение оболочки кабеля. Как только это происходит влага может начать поступать к главной изоляции жилы, и начинается развитие опасного дефекта СПЭ изоляции - рост «водных деревьев», приводящий в конечном итоге к перекрытию изоляции. Появление повреждений оболочки, сопровождающееся дополнительными токами утечки, можно диагностировать по изменению величин емкостных токов экранов фазных кабелей. Для длинных линий контроль измерение тока утечки затрудняется наличием наведенных токов, связанных с нагрузкой, особенностями прокладки кабельной линии, наличием мест суперпозиции экранов фаз, удалением места повреждения от датчика измерения токов утечки. Максимальной чувствительностью к появлению токов утечки через места повреждения оболочки кабельной линии обладает балансная схема, в которой контролируется сумма трех фазных токов в экранах, примененная в приборе «CLM». В этой схеме индуктированные токи, наведенные в фазных контурах, в векторе небаланса всех трех токов взаимно уничтожаются. Измерительная схема принудительно балансируется при вводе линии в эксплуатацию, тем самым производится учет всех особенностей прокладки линии. Появление небаланса емкостных токов, особенно при отсутствии нагрузки в линии, всегда говорит о наличии повреждения оболочки кабеля. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Комплексный подход к мониторингу кабельных линий Организация комплексного мониторинга кабельных линий Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Комплексный подход к мониторингу кабельных линий. Система «КМК-500» Все перечисленные выше методы диагностики, используемые для контроля кабельных линий в режиме «on-line», имеют свои достоинства, но позволяют контролировать только часть параметров, характеризующих текущее техническое состояние линии. Наиболее эффективным является комплексный подход к диагностике, в котором информация от нескольких методов объединяется в едином диагностическом заключении. Фирмой «DIMRUS» поставляется комплексная система мониторинга марки «КМК500» (Комплексный Мониторинг Кабельных линий), предназначенная для контроля высоковольтных кабельных линий, которая включает в себя: - Контроль температуры кабельной линии при помощи системы «ASTRO» с оптическим волокном. Она позволяет не только оценивать температурный режим работы, и проводить диагностику зон кабеля с повышенным нагревом, но и определять возможность увеличения нагрузки на линию. - Выявление дефектов изоляции кабеля и муфт по частичным разрядам на ранних стадиях возникновения и развития, определение типа и опасности выявленного дефекта. Для этого используются диагностические приборы марок «CDR» (контроль состояния изоляции кабеля), и «ADM» (контроль состояния изоляции концевых и промежуточных муфт), «CDM» - контроль состояния сборок кабельных линий. - Локализация места возникновения дефекта в изоляции на работающей кабельной линии на основании анализа формы и времени прихода «прямых» и «отраженных» импульсов частичных разрядов (системы CDR и CDM). - Проведение оперативного контроля емкостных и уравнительных токов, протекающих по броне кабельной линии при помощи «CLM». Знание токов позволяет контролировать состояние оболочки, корректировать режимы работы контролируемой кабельной линии. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Техническое исполнение системы «КМК-500» для комплексного мониторинга кабельных линий Все оборудование системы комплексного мониторинга марки «КМК-500» располагается в монтажных шкафах трех типов, в зависимости от поставленных технических задач и реальной топологии контролируемой кабельной линии. - Центральный шкаф системы «КМК-500/1». Здесь располагается промышленный компьютер с ПО мониторинга и диагностики, обеспечивающем комплексный подход к оценке состояния кабельной линии несколькими методами диагностики. При необходимости здесь монтируются приборы систем «ASTRO», «CDR», «ADM» и «CDM». - Локальный шкаф «КМК-500/2», монтируемый рядом с началом и, для длинных линий, в конце линии. В шкафу «КМК-500/2» обычно располагаются диагностические «ASTRO», «CDR», «ADM» и «CDM». При помощи оптических линий связи происходит сбор информации с «промежуточных» шкафов «КМК-500/3», и ее передача в главный шкаф системы мониторинга. Для повышения информативности регистрация сигналов в шкафах «КМК-500/2» синхронизируются по оптической линии, или по сигналам системы GPS. - Промежуточный измерительный шкаф системы мониторинга «КМК-500/3», используемый для контроля соединительных муфт длинных кабельных линий. Шкаф монтируется на линии, рядом с контролируемыми муфтами, обычно в кабельных колодцах. В шкафу марки «КМК-500/3» монтируются приборы контроля состояния муфт «ADM» и датчики токов в экране кабеля. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Выбор конфигурации технических средств «КМК-500» для комплексного мониторинга кабельных линий Производство всего спектра диагностического оборудования системы «КМК-500» одной фирмой «DIMRUS», как и программного обеспечения мониторинга и экспертной части ПО, дает большие возможности по оперативной модификации свойств «КМК-500» в соответствии с требованиями заказчика. (Система ASTRO производится также в г. Пермь фирмой «Инверсия – Сенсор»). В полной конфигурации система «КМК-500» предназначена для контроля кабельных линий тремя методами: - метод контроля режимов работы по температуре кабельной линии; - диагностика дефектов и их локация в изоляции по частичным разрядам; - контроль состояния оболочек по величинам токов в экранах кабельной линии. По желанию заказчика выбирается любые методы диагностики. Стандартная модификация системы «КМК-500» поставляется для контроля состояния двух высоковольтных кабельных линий, состоящих из шести однофазных кабелей. При необходимости может быть поставлена система для контроля одной кабельной линии (три однофазных кабеля), или для большего количества кабельных линий. Допустимая длина контролируемой кабельной линии в стандартной конфигурации составляет до 8 км. Для мониторинга кабельных линий большей длины, до 16 и даже 32 км, необходимо использовать систему «ASTRO» с более мощным лазером, а в кабельной линии устанавливать одномодовое оптическое волокно. Для установки диагностического оборудования в узлах, в которых отсутствует питание, применяются комбинированные блоки питания, использующие солнечные элементы и трансформаторы тока, накапливающие энергию емкостных токов утечки в экранах кабельных линий. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Комплексная система мониторинга кабельной линии с раздельными фазными кабелями КМК-1 t КМК-2 КМК-3 КМК-3 КМК-3 КМК-2 PD, I Э PD, I Э PD, I Э PD, I Э PD, I Э 0 t0 t0 А А В В С С Пример конфигурации технических средств системы мониторинга «КМК-500», включающей в себя все три метода диагностики состояния кабельной линии. На приведенной схеме система температурного мониторинга марки «ASTRO» располагается в шкафу «КМК-500/1». Если расстояние от шкафа до кабельной линии достаточно велико, то эта система монтируется в шкафу «КМК-500/2», вместе с системами контроля частичных разрядов и токов в экранах. Шкафы контроля изоляции соединительных муфт «КМК-500/3» располагаются вдоль кабельной линии, и информационно объединены в общую систему оптической линией. Эта же оптическая линия используется и для синхронизации процессов измерения частичных разрядов, что необходимо для точной локации мест возникновения дефектов в линии. Место возникновения дефекта в изоляции кабельной линии определяется по разнице времени прихода от импульса частичного разряда к двум приборам, расположенным по краям участка контролируемой кабельной линии. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA» - комплексная система мониторинга технического состояния энергетического оборудования Для организации «верхнего уровня» мониторинга технического состояния кабельных линий используется программное обеспечение «iNVA», работающее на персональном компьютере промышленного исполнения. Программное обеспечение мониторинга марки «iNVA» включает в себя: - Полную информацию о контролируемом оборудовании и смонтированных на нем технических средствах системы контроля. - Многоуровневую базу хранения данных от первичных датчиков. - Средства просмотра и анализа первичных и расчетных параметров кабельных линий. - Набор из нескольких экспертных систем для диагностики дефектов. - Обо,щенную систему для формирования итогового заключения на основании результатов работы всех экспертных систем. Результаты работы системы мониторинга передаются в систему АСУ-ТП более высокого уровня по протоколу МЭК 61850. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Подготовка технической информации о кабельной линии, необходимой для работы систем мониторинга Для реализации единого подхода к мониторингу и диагностике кабельных линий процесс практического создания ПО системы мониторинга «iNVA» начинается с использования конструктора схем кабельных линий. Благодаря наличию в нем почти 50 различных элементов можно создавать схемы любого уровня подробности описания особенностей линии. На этой же схеме расставляются все первичные датчики, которые будут использованы в системе мониторинга. Благодаря этому создаются предпосылки для корректного и подробного анализа как отдельных элементов линии, так и всей линии в целом. Параметры созданной схемы кабельной линии будут управлять работой всех встроенных экспертных подсистем. Конструктор схем кабельных линий является частью общего конструктора высоковольтного оборудования подстанций – КРУ, КРУЭ, выключателей, силовых трансформаторов, и т. д. Это дает возможность проведения в будущем комплексной диагностики оборудования энергетического транзита. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA» - комплексная система мониторинга технического состояния энергетического оборудования (2) Общее техническое состояние контролируемой кабельной линии на экране компьютера АРМ отображается стандартными светофорами состояния «зеленый», «желтый» и «красный» цвета. Если какой-либо диагностический метод системы «iNVA» диагностирует состояние кабельной линии как «тревожное», то на экране происходит изменение цвета светофора с указанием метода, давшего такое заключение. Пользователь может войти в соответствующую подпрограмму и оперативно уточнить причину, на основании которой экспертной системой было изменено техническое состояние кабельной линии. При необходимости можно провести дополнительный анализ изменения параметров, который поможет принять обоснованное решение о необходимых управляющих воздействиях. Все это можно делать с удаленного компьютера, включенного в компьютерную сеть. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA» - комплексная система мониторинга технического состояния энергетического оборудования (2) Обо всех изменениях основных параметров кабельной линии, превышениях пороговых значений параметров, результатах работы экспертных систем, программным обеспечением мониторинга «iNVA» формируются готовые отчетные документы. Каждый отчетный документ всегда включает в себя первичную информацию, на основании которой делалось каждое диагностическое заключение . Программой формируются отчеты: - О текущем техническом состоянии кабельной линии на основании первичной информации. - О превышениях первичных параметрами пороговых значений. - Отчеты о результатах работы диагностических экспертных систем. В каждом диагностическом отчете программы приводится не только первичная информация, но и информация об итогах работы экспертной диагностической системы, на основании которого был изменен светофор состояния контролируемой кабельной линии. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Оборудование для диагностики в режиме «off-line» Управление обслуживанием и затратами на поддержание оборудования на необходимом техническом уровне Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Классификация всех эксплуатационных и диагностических параметров оборудования для систем обслуживания Критические параметры технического состояния контролируемого оборудования (измеренные и расчетные), непосредственно определяющие возможность дальнейшей эксплуатации оборудования. Эти параметры имеют максимальную значимость и наиболее активно используются в системе управления эксплуатацией, ремонтами и сервисным обслуживанием. Условно - критические параметры технического состояния контролируемого оборудования (измеренные и расчетные), косвенно влияющие на возможность дальнейшей эксплуатации оборудования. Обычно сюда же входят расчетные параметры, полученные на основании работы экспертных систем. Не критические параметры технического состояния контролируемого оборудования (измеренные и расчетные), не оказывающие прямого влияния на возможность дальнейшей эксплуатации оборудования. Комплексный параметр текущего технического состояния оборудования «Ктс» является сложной функцией всех имеющихся данных. Он описывает состояние оборудования в момент проведения измерений и диагностики, определяет необходимость в сервисных и ремонтных воздействиях. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Связь параметров состояния со значением Ктс и с значением остаточного ресурса оборудования Значения параметров в абсолютных величинах трудно использовать в системах обслуживания оборудования, лучше использовать безразмерный коэффициент «Ктс», учитывающий в себе все параметры со своими весовыми коэффициентами. Если значение комплексного параметра текущего технического состояния оборудования «Ктс» равняется единице, то контролируемое оборудование не нуждается в каком-либо сервисном или ремонтном воздействии. Если он снижается до 0,9, то это «тревожное» состоянию, и необходимо, как минимум, планирование ремонтных воздействий. Если значение «Ктс» равно 0,8 и менее, то это соответствует оборудованию, находящемуся в состоянии «предаварийное», и в этом случае проведение ремонтных работ неизбежно. Комплексный параметр технического состояния оборудования «Ктс» тесно связан с понятием «остаточный ресурс оборудования Rо», однако этот термин более сложен для практического применения из-за его неоднозначности и множественности толкования. Наиболее близок к параметру «Ктс» термин «остаточный ресурс оборудования на данном межремонтном цикле», однако и его применение в системах обслуживания неоднозначно. Например, как можно работать с нулевым остаточным ресурсом, или что такое «отрицательный остаточный ресурс»? Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Многовекторный анализ – основа для достоверного технического заключения о состоянии оборудования Заключение о техническом состоянии оборудования может базироваться только на комплексном подходе к анализу имеющейся первичной информации от датчиков. При наиболее общем проведении диагностики высоковольтного оборудования необходимо использовать пятиступенчатый алгоритм оценки технического состояния: 1. Оценка общего технического состояния высоковольтного оборудования по величине измеренных и расчетных параметров. 2. Контроль быстрых изменений контролируемых и расчетных параметров, анализ скачков параметров. 3. Контроль медленных и монотонных изменений параметров оборудования, анализ временных трендов. 4. Использование комплексных результатов работы специализированных экспертных диагностических систем. 5. Корреляция всех полученных результатов со значениями и текущими изменениями технологических и эксплуатационных параметров. Итоговое техническое заключение не является простой суммой заключений по каждому из пяти пунктов, каждый последующий пункт может дополнять и усиливать предыдущее заключение, а может даже и отрицать его. В результате получаемое по итогам диагностики техническое заключение о состоянии оборудования является сложной функцией многих первичных, расчетных и синтезированных параметров. Формирование итогового заключения можно представить в виде суммирования пяти векторов, направление и модуль каждого из которых влияет на конечный диагноз. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Алгоритм принятия оперативных решений о техническом состоянии контролируемого оборудования Оборудование переводится системой мониторинга в категорию «предаварийное состояние» (красный сигнал светофора) только при недопустимо высоком уровне критических параметров (при наличии нормированных пороговых значений). Эта функция системы мониторинга дополняет работу систем РЗА. Зеленый сигнал светофора включен системой мониторинга тогда, когда нет амплитудного превышения параметров, не было скачка, отсутствует временной тренд увеличения параметра. При этом экспертная диагностическая система по текущим значениям первичных параметров не выявила признаков дефектного состояния. Желтый сигнал светофора («тревожное» состояние) зажигается при определенных сочетаниях первичных параметров и функций состояния оборудования. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Прогнозирование развития технического состояния – конечная цель работы систем мониторинга Определение допустимого интервала «будущей» безаварийной работы оборудования во многом определяет стратегию текущего управления эксплуатацией. 1 – Кривая изменения состояния кабельной линии по стационарной математической модели. 2 – Влияние дефекта 1 на ухудшение состояния. 3 – Дефект 2, или саморазвитие дефекта 1. 4 – Реальная кривая ухудшения состояния линии. Причины сложности прогнозирования развития состояния оборудования: - Сложность, многоплановость и связанность различных процессов в оборудовании. - Зависимость физических процессов в оборудовании от условий эксплуатации и режимов работы. - Различная скорость изменения состояния оборудования на разных этапах эксплуатации, дополнительно связанная со скоростью развития и саморазвития дефектов. В результате ни одна из известных моделей не может достоверно описать изменение состояния оборудования в будущие периоды времени, слишком велико влияние непрогнозируемых воздействий и скорости развития дефектных состояний. Единственный возможный способ учета изменяющихся условий эксплуатации оборудования, возникновения и развития дефектов, является использование самонастраивающихся адаптивных алгоритмов, автоматически учитывающих изменения коэффициентов и параметров математической модели. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA-ALM» - управление затратами на эксплуатацию оборудования по данным мониторинга и диагностики Система «iNVA-ALM» (iNVA - Asset Life Management) – программная оболочка, реализующая функции технического и экономического управления сервисными и ремонтными работами, предлагающая решения по модернизации оборудования единой технологической цепи. В комплексе программного обеспечения диагностического мониторинга высоковольтного оборудования «iNVA» она является дополнительной программой для управления затратами, для чего работает с общими базами данных. Программное обеспечение «iNVA-ALM» позволяет интегрировать в единое целое результаты работы всех систем диагностического мониторинга, установленных на трансформаторах, выключателях, кабельных и воздушных линиях, и другом оборудовании энергетических предприятий. Программа является интегрирующим звеном, объединяющим все системы диагностического мониторинга, работающие на энергетическом предприятии, в единое целое. Эти системы мониторинга могут быть поставлены различными фирмами, но они должны иметь «на своем выходе» рассчитанные любым способом актуальные интегральные значения, описывающие техническое состояние контролируемого оборудования на момент последнего измерения. Именно такие комплексные параметры, по определению, должны формировать современные системы диагностического мониторинга. Информация от систем мониторинга, просто собирающих первичную информацию в виде набора просто измеренных параметров, уже никого не устраивает. В настоящее время система «iNVA-ALM» работает со всем диагностическим оборудованием, выпускаемым фирмой «DIMRUS». Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA-ALM» - система оценки технического состояния элементов энергетического транзита В качестве полигона для отработки алгоритмов системы управления затратами был взят реальный участок системы, состоящий из 16 транзитных и понижающих подстанций. Всего на оборудовании этих подстанций фирмой «DIMRUS» было установлено около 150 различных систем диагностического мониторинга, контролирующих техническое состояние основных элементов транзита энергии – силовых трансформаторов, КРУЭ, высоковольтных кабелей. Светофоры состояния, установленные на общей мнемосхеме участка энергосистемы, рядом с каждой подстанцией, отражают состояние худшего из агрегатов подстанции, определенное по факту превышения порогов для критических и условно критических параметров состояния оборудования. Для системы «iNVA-ALM», предназначенной для управления экономическими вложениями в контролируемое оборудование, все используемые на подстанциях системы мониторинга формируют комплексный параметр текущего технического состояния, однозначно определяющий остаточный ресурс, который пропорционален времени, оставшемуся до момента достижения оборудованием предаварийного состояния. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA-ALM» - описание путей транзита энергии внутри подстанций и между подстанциями Формирование состава оборудования транзита производится при помощи специальной функции программы «iNVA-ALM», которая базируется на общей (единой) структуре базы данных комплексной системы мониторинга. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA-ALM» - система управлениями экономическими ресурсами на поддержание оборудования транзита В системе «iNVA-ASM» возможно использование трех видов целевой функции, предназначенной для оптимизации сервисных и ремонтных экономических вложений в высоковольтное оборудование энергетического транзита: 1 - Управление экономическими вложениями в сервис и ремонт оборудования, исходя из определенного системами мониторинга текущего технического ресурса, что практически полностью реализует классическую систему обслуживания по техническому состоянию (локальное планирование затрат). 2 - Устранение «слабого звена» в оборудовании технологической цепи энергетического транзита исходя из сравнения текущих значений технического ресурса всех единиц оборудования. Это дает обоснованную локализацию технологически обоснованных вложений материальных ресурсов (комплексное планирование затрат). 3 – Управление экономическими вложениями в сервис и ремонт оборудования транзита исходя из расчетного прогнозного срока развития выявленных в оборудовании дефектных состояний. В этом режиме определяющим фактором является не текущее техническое состояние, а прогнозный срок достижения «худшим по прогнозу оборудованием» предаварийного состояния. Наиболее эффективным является совместное использование всех трех целевых функций управления, отдавая предпочтение обоснованной минимизации затрат на длительную эксплуатацию оборудования, с учетом будущих периодов эксплуатации. Самым важным при планировании затрат является обеспечение длительной работы (целевая функция 3), и устранение «текущего слабого звена» в транзите (целевая функция 2). Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA-ALM» - оценка объема затрат на поддержание технического состояния оборудования транзита Пример графического представления информации о минимальном техническом ресурсе транзита, проходящего через четыре подстанции. текущем Пример графического представления информации о текущем техническом ресурсе транзита в части, относящейся к оборудованию одной подстанции. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «iNVA-ALM» - оценка объема затрат с учетом моделей развития дефектных состояний При планировании экономических вложений в транзит на будущие периоды времени необходимо учитывать то, что техническое состояние оборудования к моменту проведения плановых сервисных и ремонтных работ будет другим, отличным от текущего. Более правильно планировать экономические вложения в транзит с учетом прогнозов по изменению технического состояния оборудования, определенных с использованием адаптивных математических моделей. Для этого в программе «iNVA-ALM» необходимо задать конечную точку временного интервала, в течение которого будут производиться экономические вложения. Программа автоматически скорректирует объем затрат, необходимых для поддержания заданного уровня технического состояния транзита, опираясь не на текущее техническое состояние, а на прогнозное состояние оборудования в «момент завершения всех планируемых ремонтных и сервисных работ». Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Периодический мониторинг состояния кабельных линий Оборудование для организации периодического мониторинга состояния высоковольтных кабельных линий в режиме «on-line» Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Особенности организации периодического мониторинга высоковольтных кабельных линий Непрерывный мониторинг состояния кабельных линий в режиме «on-line» является наиболее эффективным методом диагностики состояния кабельных линий под рабочим напряжением. Однако применить такое диагностическое оборудование для всех кабельных линий невозможно. Экономической альтернативой непрерывному мониторингу является периодический. Для того, чтобы гарантированно выявить дефект на ранних стадиях и свести до минимума аварийность, необходимо правильно выбирать интервал времени между периодическими измерениями. Желательно, чтобы за время развития дефектов, от момента возникновения до достижения критического уровня, диагностика проводились бы, минимум, два – три раза. В этом случае «пропуск» дефекта маловероятен. Для кабельных линий с СПЭ изоляцией, у которых, по сравнению с другими типами изоляции, время развития дефектов, может быть небольшим, единственно приемлемым вариантом является периодический мониторинг в режиме «on-line». Периодические, или разовые, измерения параметров кабельных линий, проводимые в режиме «off-line», имеют практический смысл только при вводе линий в эксплуатацию после монтажа, и после проведения ремонтных работ. Проведение плановых измерений по принципу «раз в год» никогда не даст возможность гарантированно выявить дефект, который развивается за месяц. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Комплекты датчиков частичных разрядов в кабельных линиях для организации периодического мониторинга Установка систем периодического мониторинга предполагает стационарную установку минимально необходимого количества диагностического оборудования, позволяющего проводить измерения параметров кабельных линий без вмешательство в их работу. Обычно, по экономическим причинам, это только первичные датчики, сигналы от которых выведены на внешние коммутационные коробки. Благодаря этому персонал может в любое время подключить к датчикам переносные измерительные приборы, и провести измерение параметров кабельной линии. Полученная таким образом информация интегрируется в ПО мониторинга. Фирмой «DIMRUS» производится комплекты устройств присоединения марки «DKL-3» и «DKL-6», позволяющие проводить измерения частичных разрядов в кабельной линии в режиме «on-line». В состав входят 3 или 6 датчиков частичных разрядов, коммутационная коробка, и соединительные кабели. По заказу в состав поставки в качестве датчиков частичных разрядов могут входить высокочастотные трансформаторы тока марки «RFCT-7», или акустические ультразвуковые датчики марки «AC-Sensor». Выбор различных типов датчиков ЧР производится в зависимости от задач, поставленных перед создаваемой системой периодического мониторинга. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Переносной компактный прибор «DIM-Loc» для периодических измерений ЧР в кабельных линиях Компактный измерительный прибор «DIM-Loc» позволяет проводить экспресс диагностику состояния изоляции всего комплекса высоковольтного оборудования, расположенного на подстанциях. Различные типы дефектов в изоляции, в силу ряда своих специфических особенностей, генерируют высокочастотные импульсы, различающиеся по своим параметрам. В результате одни типы дефектов лучше диагностируются, например, в низкочастотном диапазоне LF акустическими датчиками, а другие дефекты точнее выявляются в HF или UHF диапазонах частот датчиками типа «RFCT». При помощи прибора «DIM-Loc» можно проводить измерения частичных разрядов в трех диапазонах частот: - В ультразвуковом диапазоне (LF) 30 ÷ 300 кГц при помощи акустических датчиков. - В высокочастотном диапазоне (HF) 0,5 ÷ 30,0 МГц с при помощи высокочастотных трансформаторов тока серии «RFCT». - В СВЧ (UHF) диапазоне, до 1500 МГц, при помощи бесконтактных электромагнитных антенн и датчиков регистрации высокочастотных поверхностных токов растекания (TEV). Уникальная возможность прибора «DIM-Loc» регистрировать импульсы частичных разрядов в нескольких диапазонах частот позволяет пользователю комплексно подходить к вопросу диагностики дефектов в изоляции различного оборудования, применяя оптимальные типы датчиков. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Организация периодического мониторинга изоляции КРУ и кабельных линий при помощи прибора марки «3i» Создание систем периодического мониторинга, контролирующих достаточно большое количество высоковольтного оборудования разных типов и марок предъявляет к используемому диагностическому оборудованию специфические требования: - Возможность проведения оперативных измерений частичных разрядов в высоковольтном оборудовании датчиками различных типов. - Простота и эффективность проведения периодических измерений параметров ЧР персоналом без специальной подготовки. Это возможно только в случае применения современных интеллектуальных приборов, обеспечивающих максимальную автоматизацию процесса измерений. К приборам такого типа относится компактный переносной многоканальный измерительный прибор регистрации частичных разрядов марки «3i». Он может работать с датчиками: - Ультразвуковой акустический дистанционный и контактный датчик (один встроенный в прибор, дополнительный внешний). - Емкостный высокочастотный датчик токов растекания (TEV). Один датчик встроен в прибор, дополнительный подключается к разъему. - Датчик считывания и программирования меток типа «RFID», предназначенных для хранения информации о точке измерения ЧР. Датчик встроен в прибор. - Внешний высокочастотный трансформатор тока для регистрации ЧР в проводниках и шинах заземления. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Организация периодического мониторинга состояния КРУ и кабельных линий при помощи прибора «3i» Несмотря на компактные размеры прибор марки «3i» имеет большие измерительные возможности и гибкую конфигурацию программных средств. Пользователь сам выбирает диагностический уровень, на котором он хочет работать. Это может быть: - Уровень «Индикатор», когда прибор просто показывает наиболее общие параметры регистрируемых частичных разрядов. В этом режиме прибор интуитивно понятен неподготовленному пользователю. - В режиме «Диагност» пользователь может контролировать параметры ЧР в различном оборудовании. Все необходимые установки прибора, используемые при проведении измерения, и вся дополнительная информация об измеряемой точке, считывается с «RFID» метки, наклеенной в точке измерения. После проведения измерения эта же информация приписывается к каждому замеру. Такой подход дает возможность вести базу данных об оборудовании на компьютере в автоматическом режиме. При помощи программного обеспечения автоматически формируются технические отчеты о состоянии контролируемого оборудования. На компьютере могут формироваться маршруты, по котором пользователь должен проводить измерение параметров оборудования. - Уровень «Эксперт» выбирается в приборе «3i» тогда, когда информации от встроенной экспертной системы оказывается недостаточно, а диагностический уровень пользователя достаточен для проведения самостоятельных углубленных исследований. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Переносной прибор «PD-Analyzer» для проведения измерений и анализа частичных разрядов в линиях Переносной измерительный прибор марки «PD-Analyzer» является наиболее эффективным средством в производственной линейке приборов фирмы «DIMRUS», предназначенных для поиска дефектов в изоляции высоковольтного оборудования по частичным разрядам. Прибор имеет 6 измерительных каналов, регистрация сигналов в которых производится синхронно. К «PD-Analyzer» можно подключать датчики, работающие в диапазонах частот HF и UHF. Благодаря наличию встроенного автономного питания «PD-Analyzer» может использоваться для проведения измерений в полевых условиях. Большой объем внутренней памяти для хранения данных позволяет использовать прибор как для разовых измерений, так и для организации непрерывного мониторинга особых режимов работы кабельных линий, например, контролировать весь процесс ввода линии в эксплуатацию. В состав поставки прибора «PD-Analyzer» входит специализированное программное обеспечение «iNVAPortable», включающее в себя экспертную диагностическую систему «PD-Expert». Это позволяет интегрировать информацию о состоянии оборудования от всех стационарных и переносных диагностических систем. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Оборудование для диагностики в режиме «off-line» Оборудование для периодического и разового контроля параметров высоковольтных кабельных линий в режиме «off-line» Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «AC-Tester» - прибор диагностики параметров высоковольтной изоляции по токам абсорбции Переносной прибор марки «AC-Tester» (Absorption Current Tester) предназначен для оценки технического состояния изоляции высоковольтного оборудования в режиме «off-line». «AC-Tester» может быть использован для определения параметров кабельных линий с бумажно-масляной изоляцией, с изоляцией из сшитого полиэтилена (PE/VPE), для контроля изоляции электрических машин и трансформаторов и т.д. Для эффективной оценки технического состояния высоковольтной изоляции в приборе «AC-Tester» реализованы три диагностических подхода к определению абсорбционных характеристик изоляции, три взаимодополняющих метода. - Метод определения и анализа коэффициентов абсорбции и поляризации. Это наиболее известный и широко применяемый на практике метод диагностики состояния изоляции. - Метод измерения возвратного напряжения, RVM-анализ, проводимый после заряда кабельных линий постоянным напряжением 1 и 2 кВ. - Метод измерения тока релаксации, IRC-анализ. Предназначен в основном для контроля высоковольтной изоляции из сшитого полиэтилена. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий «AC-Tester» - оценка состояния изоляции по методу возвратного напряжения Обычно применяется для диагностики состояния бумажно-масляной изоляции. Это разрядная характеристика тока абсорбции, или метод вольтметра. После зарядки изоляции постоянным напряжением до величины 1 и 2 кВ в течение 10 – 15 минут кабельная линия отключается от источника. С нее кратковременным замыканием «снимается» заряд геометрической емкости кабеля. Далее при помощи специального цифрового вольтметра контролируется процесс восстановления напряжения на кабельной линии. Примеры кривых изменения возвратного напряжения в функции времени показан на приведенных двух рисунках. Чем хуже состояние изоляции кабельной линии, тем меньше будет амплитудное значение возвратного напряжения, и тем быстрее оно затухнет. Отсутствие линейной связи между кривыми разрядного напряжения, зарегистрированными после зарядки изоляции напряжениями 1 и 2 кВ также говорит о плохом качестве изоляции, и о возможном наличии опасных дефектов. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Оценка состояния изоляции по методу измерения тока релаксации при помощи прибора «AC-Tester» Метод предназначен для диагностики изоляции из сшитого полиэтилена, это метод амперметра. Проводится после предварительного заряда изоляции кабельной линии напряжением 1 кВ. Первый график показывает изменение разрядного тока после отключения источника испытательного тока и разряда геометрической емкости кабельной линии. На втором графике для того же сигнала по вертикальной оси отложено произведение величины разрядного тока на время от момента начала регистрации. В соответствии с многослойной схемой замещения изоляции, чем раньше на графике будет наблюдаться пик, тем хуже состояние изоляции и больше ее загрязнение и увлажнение, тем меньшим остаточным ресурсом обладает изоляция контролируемого объекта. Следует понимать, что само значение амплитуды пика на этом графике не несет большого физического смысла, обычно график следует рассматривать как безразмерный, сравнивая только времена достижения пика. Из двух одинаковых высоковольтных объектов худшим является тот, в котором амплитудное значение на графике достигается раньше. Аналогично можно говорить и о сравнении изоляции фаз одного объекта Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Диагностика состояния кабельных линий по методу «OWTS» - периодического затухающего напряжения D HV CL RFCT CL HV L K CC RFCT U t Переносная система марки «CPDA» («Cable Partial Discharge Analyzer») предназначена для диагностики состояния изоляции кабельных линий с использованием одного из метода диагностики, называемого в литературе OWTS (Oscillating Wave Test System). Аппаратура, используемая в этом методе, по сравнению с другими системами испытания высоковольтной изоляции, отличается существенно меньшими габаритами, чем установки с трансформатором и дросселем. Кабельная линия от встроенного в прибор источника постоянного тока заряжается небольшим током до напряжения, равного амплитудному значению рабочего напряжения кабельной линии. Заряженная кабельная линия отключается от источника и через большую добавочную индуктивность замыкается на землю. В создавшемся колебательном контуре возникают затухающие синусоидальные колебания. Частота затухающих колебаний зависит от величин емкости линии и индуктивности добавочной катушки. Скорость затухания колебаний в колебательном контуре основном зависит от величины добротности добавочной индуктивности и, частично, от величины активных потерь в изоляции кабельной линии. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Диагностика состояния кабельных линий по методу «OWTS» - периодического затухающего напряжения Если в изоляции контролируемой кабельной линии присутствуют дефекты, сопровождающиеся частичными разрядами, то в методе «OWTS» их удастся зарегистрировать. На основании зарегистрированной информации о наличии частичных разрядов встроенная в ПО «CPDA» экспертная система определяет следующие параметры состояния изоляции: - Интенсивность ЧР в изоляции, рассчитанная при номинальном напряжении. - Определение напряжения погасания частичных разрядов в изоляции кабельной линии, показывающее степень развития дефекта. - Связь момента возникновения частичных разрядов в изоляции в связи с фазой приложенного испытательного напряжения. - Определение типа и места дефекта, возникшего в изоляции кабельной линии. Все эти параметры рассчитываются в автоматическом режиме и представляются в виде отчетного протокола. При необходимости полученное диагностическое заключение может быть уточнено, при наличии подготовленного диагностического персонала. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Прибор «CPDA-15» для диагностики состояния кабельных линий напряжением 6 – 10 кВ Установка марки «CPDA-15» является наиболее компактной и дешевой в линейке продукции фирмы «DIMRUS», и даже из всех существующих на рынке установок такого типа производства других фирм. Установка «CPDA-15» по своим параметрам максимально адаптирована для испытания отечественных кабельных сетей, большую часть которых составляют линии с рабочим напряжением 6 – 10кВ. Вся установка находится в общем транспортном чемодане, включая аккумуляторное питание, емкости которого хватает на работу в течение рабочей смены. Управление системой осуществляется с переносного компьютера по стандартному радио интерфейсу Wi-Fi. Для начала работы необходимо перевести высоковольтный источник с встроенным ключом и индуктивностью, в вертикальное положение, и подключить к нему контролируемый кабель. Все дальнейшие испытания проводятся в автоматическом режиме. Установка «CPDA-15», как и вся серия установок «CPDA», имеет государственную аттестацию, зарегистрирована в государственном реестре средств измерения. Установка имеет свидетельство об утверждении типа средств измерения RU.C.34.004.A №52612 «Приборы измерительные CPDA» Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Прибор «CPDA-30» для диагностики состояния кабельных линий напряжением до 20 кВ Установка «CPDA-30» для диагностики кабельных линий по частичным разрядам состоит из двух основных элементов: - Внешней катушки индуктивности для создания резонансного режима, со встроенным делителем и датчиком частичных разрядов. - Блока управления установкой, с конструктивно выделенным источником высокого напряжения, и коммутационным ключом. Для удобства пользования установка имеет сетевое и аккумуляторное питание. Выходное напряжение, кВ Зарядный ток ВН Емкость кабельной линии Диапазон измеряемых ЧР Частота измеряемых ЧР Диапазон частот DAC Измерение «tg δ» изоляции Напряжение сетевого питания Время работы от аккумулятора Габариты в/в блока Полный вес системы Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий 28 кВ пик до 10 мА 0,05 ÷ 10 мкФ 10 ÷ 100000 пКл 0,1 ÷ 15,0 МГц 50 ÷ 1000 Гц Да 110 ÷ 240В AC/DC 4 ÷ 8 час 260 * 520 * 670 мм 60 кг Система «CPDA-60» для диагностики состояния кабельных линий напряжением до 35 кВ Переносная испытательная система марки «CPDA-60» предназначена для проведения диагностики кабельных линий по частичным разрядам, и состоит из: - Блока управления и измерений в чемодане. - Высоковольтного блока. - Дополнительной индуктивности (2 шт.). - Измерительного делителя напряжения. - Управляющего ноутбука. Измерительный блок включает в себя управляющий контроллер и юлок питания. Высоковольтный блок включает в себя источник с электронным переключателем. Индуктивность является составной и устанавливается сверху высоковольтного блока. Внутри индуктивности находится делитель для регистрации частичных разрядов в кабельной линии. Управление процессом проведения измерений, в можно производить дистанционно с ноутбука, с использованием стандартного беспроводного интерфейса WI-FI. Обработка результатов испытаний осуществляется в ноутбуке. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий Диагностика дефектной муфты на кабельной линии 33 кВ длиной 3 км при помощи прибора «CPDA-60» Пример практического применения системы «CPDA-60». При проведении испытаний кабельной линии с рабочим 33 кВ и общей длиной в 3 км в ней были обнаружены стационарные частичные разряды, присутствующие до снижения напряжения на линии до уровня 60% от номинального значения. В форме сигнала каждого зарегистрированного импульса присутствовал отраженный пик, который позволил локализовать наличие одного источника частичных разрядов на удалении в 570 метров от испытательной установки. При помощи экспертной системы прибора «CPDA-60» в кабельной линии был диагностирован дефект типа «плавающий потенциал» в середине изоляционного слоя, свойственный муфтам. На этом участке кабельной линии действительно находилась соединительная муфта, которую было принято решение заменить. После замены муфты частичные разряды больше не диагностировались, кабельная линия была введена в эксплуатацию и без проблем работает до настоящего времени. Мониторинг и диагностика высоковольтных кабельных линий
