CC BY
4УДК 621.3
Нечитайлов П.А.
студент-магистрант Волжский филиал Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Волжский, Россия)
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ 6-10 КВ
Аннотация: в данной работе рассмотрены системы мониторинга кабельных линий с бумажной и полиэтиленовой изоляцией. Определены нюансы и недостатки данных систем, перспективные способы их минимизации.
Ключевые слова: остаточный ресурс, кабельные линии, частичные разряды, повышение надежности, мониторинга линий.
В настоящее время, в энергетической отрасли происходит комплексная модернизация существующих диагностических мероприятий, их протоколов проведения и оценки результатов. Много внимания уделяется мониторингу технического состояния силового оборудования: трансформаторов, выключателей, разъединителей и т.п. В данном исследовании будут рассмотрены аспекты существующих методов диагностики и прогнозирования остаточного ресурса силовых кабельных линий (СКЛ).
Массовость применения, а также активное влияние ряда технологических факторов проектирования и эксплуатации приводят к тому, что СКЛ 6-10 кВ являются одними из наиболее повреждаемых элементов в энергосистеме. Средняя повреждаемость таких линий составляет 0,033-0,045 км/год. У воздушных линий аналогичного класса напряжения этот показатель выше, однако длительность перерыва электроснабжения при повреждении КЛ
превосходит этот показатель для воздушных линий в 2-4 раза. Статистика аварийных отключений, вызванных повреждением КЛ-10 кВ также имеет тенденцию роста [1].
Разработка новых и повышение точности существующих методов оценки остаточного ресурса КЛ позволит улучшить эксплуатационные характеристики электротехнических комплексов с данными линиями, повысить надежность электроснабжения потребителей. Результаты данного исследования могут служить основой для разработки оптимальных проектных решений в области мониторинга состояния кабелей, что, в свою очередь, поможет повысить общую надежность электроэнергетических систем и их устойчивость к внешним воздействиям.
Расширим приведенную выше статистику данных о надежности КЛ. Основная доля повреждений силовых линий приходится на многофазные короткие замыкания, они составляют 55-57% от общего количества повреждений. Слабыми элементами в старых (находящихся в эксплуатации более 30 лет) КЛ являются соединительные и концевые муфты, при испытаниях повышенным напряжением разрушаются. Однако в настоящее время применяют кабель из сшитого полиэтилена. Далее идут однофазные замыкания на землю, 23-24 %. И на долю обрывов приходится 19-22%. В основном обрывы происходят в летний период, в ходе земляных работ [1]. Такие дефекты носят хаотичный характер и данном исследовании рассматриваться не будут.
Для предотвращения многофазных КЗ требуется организация мониторинга состояния изоляции кабеля, при чем в процессе реальных условий эксплуатации. В рамках данной потребности, в настоящее время, применяется несколько диагностических методов. Для энергосистем с кабелями старого образца (не из сшитого полиэтилена), при помощи специализированных приборов реализуются три подхода:
- Оценка остаточного ресурса КЛ по частичным разрядам,
- Оценка технического состояния КЛ, исходя из классификации дефектов изоляции,
- Определение места повреждения без снятия напряжения.
Такой мониторинговый комплекс представляет собой совокупность приборов CDM и CDM-СR, первичных датчиков частичных разрядов (ЧР) трансформаторов тока (I), а также специализированного программного обеспечения. Схема приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Схема мониторинговой системы КЛ с бумажной изоляцией.
В момент появления частичного разряда в кабельной линии возникает два коротких импульсных сигнала, длительностью несколько десятков наносекунд. Прибор CDM-СR предназначен для контроля токов утечки промышленной частоты в экранах КЛ. Также в этом приборе происходит разделение высокочастотного и низкочастотного сигналов, ВЧС передается в основной блок обработки CDM. Встроен генератор тестовых импульсов, для реализации контроля состояния КЛ под рабочим напряжением. Конструктивно CDM-СR требует близкого расположения к первичным датчикам, не более 80 метров.
В случае, когда кабельная линия выполнена из сшитого полиэтилена, применяются другие методы диагностики. Базовым выступает метод регистрации частичных разрядов, возникновение которых характерно для дефекта в кабельной линии. Схема такого устройства приведена на рисунке 2.
Рис. 2. Схема мониторинговой системы КЛ с СПЭ изоляцией.
Для работы такого устройства в компьютер (ЭВМ) вводится базовый сигнал, характерный для исправной линии. Далее, в процессе мониторинга, с высоковольтных изолированных проводов 1 и 2, через конденсаторы С1 и С2 ВЧ-сигнал поступает на датчики частичных разрядов. Далее сигнал усиливается в усилителе-фильтре от помех, после чего поступает на АЦП и на компьютер. Компьютер сравнивает полученный и базовый сигналы, вычисляет дискретный спектр мощности в заданном диапазоне частот. По результатам строятся амплитудно-фазовые диаграммы, вычисляются мощность, число импульсов, величин кажущегося заряда ЧР, определяется зона локализации дефекта (за счет двух устройств, расположенных по концам линии).
Отметим следующий недостаток представленных методик: установлено, что в процессе развития дефекта, незадолго до наступления пробоя интенсивность ЧР падает. Поэтому при проведении диагностики в данном промежутке есть вероятность ложного заключения об отсутствии дефектов. Также, при наличии множественных дефектов, особенно на КЛ высокой протяженности, диагностика и определение локализации дефектов затруднительна [4]. Кроме того, повышение эффективности очистки сигнала, отделения полезной составляющей от многочисленных помех также является актуальным направлением дальнейших исследований [3]. Это может быть реализовано как аппаратными методами - модернизацией и конструктивным
улучшением фильтр-усилителей, так и программными методами, при обработке данных - за счет использования алгоритмов нечеткой логики, вейвлет-преобразований, искусственных нейронных сетей.
Таким образом, в данном исследовании были рассмотрены две мониторинговые системы, контролирующие состояние эксплуатируемой КЛ в режиме реального времени. Обе системы применяют методику регистрации частичных разрядов. Были выявлены нюансы и явные недостатки данных систем, перспективы их минимизации. Повышение точности оценки остаточного ресурса КЛ позволит повысить экономические показатели работы энергообъектов, а также надежность электроснабжения потребителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Рыбаков, Л. М. Совершенствование диагностирования изоляции кабельных линий с учетом модернизации их конструкций // Наука и инновации - современные концепции. Том 1. - Москва: Инфинити, 2020. - С. 91-99;
2. Дубяго, М. Н. Неразрушающий метод прогнозирования остаточного ресурса силовых кабельных линий // Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. - 2018. - № 1(8). - С. 27-33;
3. Жылдызбекова С. Ж. Особенности интерпретации результатов измерения ЧР в кабельных линиях //Тинчуринские чтения - 2021 «ЭНЕРГЕТИКА И ЦИФРОВАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ». - 2021. - С. 491-493;
4. Исследование характеристик частичных разрядов в искусственных дефектах линий электропередачи / Д.А. Поляков [и др.] // Омский научный вестник. 2020. № 6 (174). С. 63-68
Nechitailov P.A.
National Research University "MEI" (Volzhsky, Russia)
DEVELOPMENT AND RESEARCH OF DIAGNOSTIC AND FORECASTING METHODS FOR RESIDUAL LIFE OF 6-10 KV CABLE LINES
Abstract: in this paper, monitoring systems for cable lines with paper and polyethylene insulation are considered. The nuances and disadvantages of these systems, promising ways to minimize them are identified.
Keywords: residual life, cable lines, partial discharges, reliability improvement, line monitoring.
