Випробування кабельних ліній 110-500 кВ: необхідність, способи, метод часткових розрядів

КЛ високого (60 … 500 кВ) мають виключно важливе господарське значення, і їх надійність повинна бути також висока, оскільки за цими КЛ передають великі потоки електроенергії на відповідальних об’єктах. Це, як правило, лінії глибокого введення в центр міста, висновок потужності з електростанції і т.д. Пошкодження такої лінії може привести до великих економічних втрат через недоотпуск енергії (наприклад, пробій кабельної лінії 315 кВ в Монреалі в 1992 р, коли центральна банківська частина міста на 15 хв. Втратила енергопостачання). Другою важливою обставиною є те, що в КЛ високого тиску при пробої виникають великі пошкодження, відбувається викид масла з труб з утворенням в ізоляції кабелю сухих ділянок.

Ліквідація таких ділянок дорога і дуже тривала процедура.

Третя обставина – стратегія застосування і заміни КЛ, останнім полягає в тому, що рано чи пізно КЛ (або її ділянка) все одно необхідно міняти через природне старіння ізоляції. Для цього необхідно знати реальний технічний стан ізоляції і прогнозувати настання часу, коли частина ізоляції (на деякій ділянці в силу тих, чи інших обставин) досягне граничного стану. Таким чином, необхідні процедури, що дозволяють виконувати діагностику ізоляції, визначати місце на КЛ, де є ділянки з погіршеним станом ізоляції.

Наявні в даний час методи випробування КЛ (додаток підвищеної напруги постійного струму з вимірюванням струмів витоку; аналіз розчинених у маслі газів при взятті проб масла з муфт; вирізання відрізків кабелю з КЛ для аналізу) не в повній мірі дозволяють робити висновок про технічний стан.

Устаткування і апаратура для діагностики ізоляції КЛ за характеристиками ЧР.

Оскільки КЛ-220 підключена до блокового трансформатора ГГ, то була можливість на КЛ подавати змінюється напруга при досвіді х.х. ГГ. Трансформаторне обладнання на ВОГЕС им.В.И.Ленина дозволяло проводити випробування при ступінчастому підйомі і спуску напруги в такій послідовності (за 100% прийнято робоча напруга): 25% -50% -75% -100% -120% -100% -75% -50% -25%.

Вимірювання активності ЧР проводилося на всіх щаблях.

Для цієї мети застосовувався високочастотний цифровий, керований комп’ютером, осцилограф «Tektronix» типу TDS-524A для отримання осциллограмм локації місця ЧР. Для вимірювань енергетичних характеристик потоку імпульсів ЧР використаний комп’ютеризований аналізатор ЧР типу PDPA. Аналізатором вимірювалися розподілу n (Q) (n число імпульсів ЧР за час періоду частоти 50 Гц; Q величина уявного заряду); за розподілом можна було розрахувати величину потужності ЧР:

де Ui – величина напруги запалювання даного виду ЧР.

Стабільність ЧР (це дозволяє прогнозувати можливість зростання ЧР, а також і зростання потужності ЧР в експлуатації) може бути оцінена в порівнянні потужності на ступенях 100% до додатка 120% і після. При цьому можливі два варіанти:

  • потенційний дефект має швидкий розвиток, якщо: Р100% | до< Р100% | після;
  • потенційний дефект стабільний, якщо: Р100% | до> Р100% | після. Другим критерієм, що визначає успішність випробувань, є величина уявного заряду Qmax окремо для муфт і цілої частини кабелю, певна за вимірюваннями n (Q). Ця величина повинна бути менше нормованих значень. Локація ЧР, тобто визначення координати ЧР проводиться по так званій трехімпульсной осциллограмме:
  • часовий інтервал Ті між двома крайніми імпульсами осцилограми відповідає фізичної довжині КЛ * L;
  • інтервал між першим і середнім імпульсами дає відстань місця ЧР від далекого кінця КЛ х;
  • визначення місця ЧР можна виконати за двох умов:

якщо відома швидкість v поширення електромагнітної хвилі в даній конструкції кабелю, тоді ЧР знаходиться на відстані х = v від кінця КЛ; якщо відома будівельна довжина КЛ – L, то координата місця ЧР визначається за виразом.

Після того, як координата ЧР встановлена, можна оцінити величину удаваного заряду ЧР в цій точці. При цьому потрібно враховувати загасання імпульсу (зменшення амплітуди) при його поширенні по довжині кабелю:

Qp = Q,

де: Q – вимірювана величина амплітуди імпульсу ЧР на кінці лінії; питомий загасання, тобто зменшення амплітуди при проходженні одиниці довжини КЛ.

рефлектометричним вимірювання

Рефлектометричним вимірювання на КЛ необхідні для визначення координат кінцевої муфти і з’єднувальних муфт, локальних змін провідності і ємності, тобто tg. Для отримання РГ, тобто осцилограми, що фіксується при подачі зондуючого імпульсу від генератора на ближню муф
ту, використовується схема, що складається з осцилографа типу TDS-524A і генератора стабільних імпульсів типу PG 45/30. При цьому необхідні заходи щодо узгодження хвильових опорів апаратури. Слід зазначити, що при РМ необхідно фіксувати малі амплітуди відбитого імпульсу (0,5% від амплітуди зондуючого). Такі малі сигнали можна вимірювати, якщо рівень шумів буде 0,2%. Для придушення вимірювальних шумів використовувалися статистичні методи і кореляційний аналіз. Зокрема, для отримання достовірної РГ проводилося усереднення до 1000 індивідуальних осцилограм.

Комп’ютерна програма управління

Керований комплекс Tektronix TDS-524A комп’ютер дозволяє оцифровувати осцилограми і проводити з ними будь-які математичні операції, а також керувати режимом осцилографа (посилення, розгортка і т.д.). Для управління вимірами і виконання математичних перетворень була розроблена програма «DIACS-CABAN», яка застосовувалася для діагностування КЛ 220 кВ на ВОГЕС им.В.И.Ленина. Раніше цей комп’ютеризований комплекс використовувався для діагностики КЛ інших класів напруги. Програма дозволяє:

  • визначати довжину КЛ, координати проміжних муфт;
  • вимірювати характеристики ЧР окремих дефектів в КЛ і проводити їх локацію;
  • визначати ділянки КЛ з підвищеними витоками або втратами.

Вимірювання, розрахунок характеристик і видача протоколу виробляються практично в темпі випробувань.

результати вимірювань

Рефлектометрія КЛ проводиться для визначення довжини КЛ і координат з’єднувальних муфт. При цьому застосовувалися імпульси різної довжини. Для даного типу конструкцій кабелю з’єднувальні муфти при монтажі вимотуються паперовими стрічками і переходи, тобто геометрія поперечного перерізу вздовж від кабелю до муфти, стають плавними. Це призводить до того, що відбиття від муфт досить слабкі. Однак такі вимірювання необхідні, так як в експлуатації, як правило, немає точної інформації не тільки про будівельні довжинах КЛ між муфтами, а й про наявність самих муфт.

Визначення довжини КЛ і координат муфт виконувалося програмою «DIACS-CABAN», яка дозволяє з хорошою точністю (0,5%) визначити ці параметри. При цьому під довжиною розуміється часовий інтервал на осциллограмме, який може бути перерахований в фізичну довжину, при відомій швидкості поширення електромагнітної хвилі в даному кабелі.

Визначення ділянок з підвищеними діелектричними втратами.

Чутливість вимірювань визначається рівнем шумів при рефлектометричним вимірах, що залежать від стабільності генератора, підсилювача, наявності шумів в вимірювальному тракті і т.д. Рівень шумів ілюструється разностной РГ, яка виходить в результаті серії вимірювань в тому випадку, коли параметри і характеристики КЛ незмінні. Рівні шумів можна оцінити по осциллограмме (рис.2). Шуми в тій частині осцилограми, яка відповідає початку КЛ, в кілька разів більше, ніж в кінці. Ця обставина враховується при аналізі РГ і закладено в програму «CABAN».

Для визначення ділянок з підвищеними витоками (tg) проводиться серія вимірювань РГ за спеціальною процедурою.

Вимірювання характеристик ЧР, аналіз зовнішніх і внутрішніх перешкод. Зовнішній вплив, тобто імпульси, що фіксуються схемою вимірювання ЧР у відсутності випробувального напруги, невеликі за амплітудою, а по спектру частот відповідають радіоперешкод. Активність зовнішніх перешкод при вимірах виявилася низькою, що не впливає на вимірювання. Більш серйозною проблемою, як було встановлено, є внутрішні перешкоди. В основному це ЧР в трансформаторі, що використався для прогрузкі КЛ змінною напругою. Для внутрішніх перешкод розподіл n (Q) має особливість (рис. 3): з ростом Uісп збільшувалися і Q, і n (криві 1 і 2). З огляду на таку активність ЧР в трансформаторі, було вжито заходів щодо захисту від внутрішніх перешкод. Власне ЧР КЛ дані на осциллограмме (рис.4).

Мал. 2. Принцип обробки та подання РГ з підсумковими даними, які показують ділянки з підвищеними діелектричними втратами: 1 – осцилограма з двома модами коливання ( «а» в районі кінцевої муфти, «b» в цілій частині КЛ); 2 – показує довжину КЛ і ілюструє результати обробки (моді «а» відповідає прямокутник «з», моді «b» прямокутник «d»; висоти прямокутників «с» і «d» відповідають величині tg, ширина визначає зону передбачуваного дефекту).

Мал. 3. Розподіл n (Q) для внутрішніх перешкод (ЧР в трансформаторі) при двох величинах випробувальної напруги: 1 – 25% від амплітуди випробувального напруги, 2 –
100% від амплітуди випробувального напруги.

Мал. 4. Осцилограма імпульсу ЧР. Крива відповідає місцю ЧР на відстані 235 м від початку КЛ, наступні коливання на осциллограмме відповідають відображенням від з’єднувальних муфт.

Ці приклади відповідають наявності ЧР в кінцевих муфтах і в середній частині. Під час усіх вимірів (з аналізу більше 200 осциллограмм для 15 окремих фаз) наявність ЧР у внутрішній частині КЛ виявлено тільки в одному випадку. Осцилограм, де були б три імпульсу на рівні чутливості схеми 20 пКл, не зафіксовано. Все ЧР відповідали ділянкам поблизу муфт. При цьому була можливість визначення координат ЧР. Приклад ЧР від далекого кінця дан на рис.4. Видно, що перші коливання є суперпозицією двох імпульсів прямого і відбитого від далекого кінця КЛ.

Ссылка на основную публикацию