Интродиагностика высоковольтного оборудования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

1. Введение                                                                                                   3

 

2. Методы интродиагностики.                                                                    4

 

3. Неразрушающий метод измерения и анализа возвратного

 напряжения в кл 6—35 кв с бумажной пропитанной изоляцией.                6

 

4. Неразрушающий метод измерения и локализации частичных

разрядов в изоляции кл 6—35 кв с бумажной пропитанной изоляцией.     9

 

5. Диагностика высоковольтного электрооборудования.                       18

 

6. Список литературы                                                                                 26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

 

 

Высоковольтные аппараты являются важнейшими элементами систем

 

электроснабжения. Традиционные методы диагностики состояния изоляции

 

высоковольтного оборудования в ряде случаев неэффективны, т.к.

 

направлены на оценку общего состояния изоляции и, как правило, не

 

выявляют локальные дефекты, в которых вероятность пробоя особенно

 

высока. Многие из этих методов ориентированы на систему планово-

 

предупредительных ремонтов и непригодны для реализации внедряемой в

 

настоящее время концепции обслуживания высоковольтного оборудования

 

на основе оценки его текущего технического состояния. Эффективность

 

перехода к этой концепции в значительной мере определяется

 

возможностями применяемых методов и средств интродиагностики. Термин

 

«интродиагностика» для высоковольтного оборудования означает

 

неразрушающий (т.е. без вскрытия баков и слива диэлектрических

 

жидкостей) контроль комплекса параметров, характеризующих состояние

 

высоковольтных аппаратов, для предотвращения повреждений и

 

ненормальных режимов их функционирования. Безусловно, наиболее

 

перспективны методы интродиагностики под рабочим напряжением без

 

вывода оборудования из эксплуатации.

 

 

 

 

 

Методы интродиагностики.

 

Для обеспечения надёжной работы силовых кабельных линий (КЛ) в России применяется система планово-профилактических испытаний, при которой КЛ на напряжение 6—35 кВ периодически подвергаются действию повышенного постоянного напряжения, в 4—6 раз превышающего номинальное напряжение КЛ с измерением токов утечки. Однако практика показывает, что планово-профилактические испытания повышенным постоянным напряжением даже в случае их успешности не только не гарантируют безаварийную последующую работу КЛ, но и во многих случаях приводят к сокращению срока службы КЛ. Кроме того, испытания повышенным постоянным напряжением силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые находят все более широкое применение в России, не только неэффективны, но и оказывают негативное воздействие на их изоляцию. 
Применительно к силовым кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена гораздо более эффективным и экономичным является щадящий метод испытаний напряжением сверхнизкой частоты 0,1 Гц, которое по величине не превышает более чем в 3 раза номинальное напряжение КЛ. Испытания при очень низких частотах со сменой полярности позволяют выявлять дефекты в изоляции без формирования объёмных зарядов в структуре полиэтиленовой изоляции, в отличие от того, как это происходит при приложении постоянного напряжения. Поэтому за рубежом кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена испытываются исключительно напряжением сверхнизкой частоты. При испытаниях силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией применение этого метода уменьшает приложенное напряжение и повышает эффективность испытаний. 
Одним из лидеров в разработке метода испытаний напряжением сверхнизкой частоты, а также установок для проведения испытаний КЛ в условиях эксплуатации является фирма «Seba KMT» (Германия). Запатентованный фирмой «Seba KMT» принцип колебаний при напряжении косинусоидально-прямоугольной формы в соединении с повторным использованием сохраненной в кабеле энергии обуславливает незначительный вес установок, а также низкий расход энергии при одновременно высокой допустимой ёмкости испытуемого объекта. Фирмой «Seba КМТ» выпускается серия испытательных установок (VLF 20 kV, VLF 28 kV, VLF 40 kV, VLF 54 kV, VLF 60 kV и др.), предназначенных для проведения испытаний напряжением сверхнизкой частоты 0,1 Гц силовых КЛ среднего класса напряжения. Из других зарубежных аналогов можно выделить оборудование фирмы BAUR (системы Frida, Viola, PHG 70/80), оборудование фирмы «HV Inc» (системы VLF-4022CM, VLF-6022CM, VLF-12011CM) и оборудование фирмы «HV Diagnostics» (системы HVA 30, HVA 60, HVA 90). 
В последние годы в мировой практике всё более широкое применение находят неразрушающие методы диагностики КЛ в условиях эксплуатации. Использование неразрушающих методов диагностики позволяет не только получать информацию о текущем состоянии изоляции, не травмируя её, но и рационально и обоснованно планировать сроки проведения ремонтов и замены КЛ по их фактическому техническому состоянию. 
Наибольшие успехи в разработке неразрушающих методов и соответствующего оборудования достигнуты за рубежом (в Германии, США, Японии и др.). К настоящему времени на основе применения современных технологий созданы достаточно компактные системы и приборы для неразрушающей диагностики КЛ, которые могут использоваться либо как отдельные переносные системы, либо могут быть встроены в передвижные кабельные лаборатории. 
Из разработанных можно выделить следующие неразрушающие методы диагностики изоляции КЛ среднего класса напряжения, которые широко используются за рубежом:

 
• измерения и анализа возвратного напряжения в изоляции КЛ (с использованием диагностических систем CD 31, CDS);

 
• измерения и локализации частичных разрядов в КЛ (с использованием диагностических систем OWTS, PHG PD и др.);

 
• измерения тока релаксации в КЛ с изоляцией из сшитого полиэтилена (с использованием диагностических систем KDA-1, CDS);

 
• измерения диэлектрических характеристик изоляции КЛ (с использованием диагностических систем OWTS, PHG TD и др.). 
 
Разработанные за рубежом методы и соответствующее оборудование ориентированы в первую очередь на проведение диагностики кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые преимущественно используются в распределительных кабельных сетях зарубежных стран. 
Применительно к кабелям с бумажной пропитанной изоляцией, которые являются основным типом кабелей в кабельных сетях России напряжением до 35 кВ включительно, наиболее эффективными неразрушающими методами диагностики являются метод измерения и анализа возвратного напряжения в изоляции КЛ и метод измерения и локализации частичных разрядов в КЛ.

 

 

 

 

 

 

Неразрушающий метод измерения и анализа возвратного напряжения в кл 6—35 кв с бумажной пропитанной изоляцией.

 

 
Метод измерения и анализа возвратного напряжения (RVM-анализ) основан на измерении и анализе зависимостей от времени тока зарядки в процессе зарядки ёмкости диагностируемого кабеля постоянным напряжением небольшой величины (1 и 2 кВ), не оказывающей влияния на изоляцию кабеля, и восстанавливающегося (возвратного) напряжения в изоляции кабеля после его кратковременной разрядки. Эти зависимости характеризуют состояние, степень старения и содержание влаги в изоляции КЛ. 
Измеряемые характеристики для оценки состояния изоляции: величина тока зарядки; максимальная величина возвратного напряжения; время достижения максимальной величины возвратного напряжения; скорость нарастания возвратного напряжения; коэффициенты нелинейности — соотношение измеренных величин при разных значениях зарядного напряжения. 
Лидером в разработке этого метода и установок для проведения диагностики в условиях эксплуатации является фирма «Seba KMT». Этой фирмой была создана диагностическая система CD 31, предназначенная для диагностики как кабелей с полиэтиленовой изоляцией, так и кабелей с бумажной пропитанной изоляцией.

 

 

 

 

 

 

Система CD 31 состоит из высоковольтного блока (включающего генератор высокого постоянного напряжения, высоковольтный выключатель и разрядное устройство) и блока управления. Система CD 31 подключается к портативному компьютеру через интерфейс для записи, обработки и архивирования результатов измерения. Система может использоваться как отдельная переносная, так и может быть встроена в передвижную кабельно-измерительную лабораторию. 
Основные технические характеристики диагностической системы CD 31 приведены в табл. 1.

К числу преимуществ системы CD 31 можно отнести возможность производить диагностику одновременно на трёх фазах. Достоинством является также то, что с её помощью можно определить предпробивное состояние изоляции линии при напряжениях ниже номинальных. К недостаткам системы CD 31 можно отнести то, что она позволяет оценивать только состояние изоляции КЛ в целом (интегрально), а не отдельных её участков. 
Диагностика КЛ с бумажно-пропитанной изоляцией с помощью системы CD 31 выполняется на КЛ, отсоединённой с двух сторон. Процедура диагностики включает в себя два цикла измерений при зарядном напряжении 1 и 2 кВ (независимо от номинального напряжения КЛ). В каждом цикле диагностика происходит по следующей схеме:

 
• 1-й этап: измерение остаточного заряда на диагностируемой КЛ (нулевое измерение) для контроля стекания остаточного заряда и отсутствия помех;

 
• 2-й этап: зарядка ёмкости всех трёх фаз КЛ постоянным напряжением 1 кВ от источника постоянного напряжения в течение достаточно длительного времени (в течение 15 минут) для равномерной зарядки всех элементов ёмкости кабеля c измерением величины тока зарядки;

 
• 3-й этап: кратковременная разрядка ёмкости КЛ (в течение 2 секунд) через разрядное сопротивление;

 
• 4-й этап: измерение характеристик восстанавливающегося (возвратного) напряжения в процессе перезаряда ёмкости кабеля после кратковременной разрядки кабеля (в течение 30 минут).

 
По окончании процесса измерения возвратного напряжения кабель разряжается до полного стекания остаточного заряда. После этого процедура диагностики КЛ повторяется по описанной схеме при зарядке кабеля постоянным напряжением 2 кВ.

 
При проведении диагностики результаты измерений и анализа возвратного напряжения для каждой фазы КЛ и для каждого цикла измерений отображаются на мониторе компьютера системы CD 31 в цифровом, графическом и табличном виде. Результатом диагностирования КЛ с использованием системы CD 31 является протокол измерений и анализа возвратного напряжения для каждой фазы КЛ, который автоматически составляется системой CD 31, записывается в память портативного компьютера и может быть распечатан на принтере. 
Дальнейшим развитием системы CD 31 является универсальная переносная комбинированная система CDS, предназначенная как для диагностики кабелей с полиэтиленовой изоляцией методом анализа изотермического тока релаксации (IRC-анализ), так и для диагностики кабелей с бумажной пропитанной изоляцией методом измерения и анализа возвратного напряжения (RVM-анализ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Неразрушающий метод измерения и локализации частичных разрядов в изоляции кл 6—35 кв с бумажной пропитанной изоляцией.

 
В настоящее время одним из самых эффективных методов диагностики в условиях эксплуатации является метод измерения и локализации частичных разрядов (ЧР) в КЛ затухающим осциллирующим напряжением с использованием диагностической системы OWTS (Oscillating Wave Test System) разработки фирмы «Seba KMT». Диагностирование силовых КЛ с использованием системы OWTS позволяет определять величину и место расположения ЧР, количество ЧР в локальных местах КЛ, величину напряжения возникновения и гашения ЧР, а также тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции, электрическую ёмкость и ряд других величин. По совокупности этих параметров может быть сделано обоснованное заключение о техническом состоянии изоляции диагностируемой КЛ.

 

 

Система OWTS 25 первой разработки конструктивно состоит из блока-анализатора, включающего промышленный компьютер и источник постоянного напряжения, и блока-катушки с интегрированной электронной схемой для выработки переменного испытательного напряжения.

 Системы OWTS последних  разработок (OWTS М 28 и OWTS М 60) состоят  из высоковольтного блока, блока  обработки сигнала и ноутбука  с адаптером для беспроводной  связи с высоковольтным блоком. Управление системой, сохранение, анализ  и оценка результатов измерения  характеристик ЧР производятся  с помощью ноутбука с использованием  специального программного обеспечения.

Технические характеристики систем OWTS разных модификаций приведены в табл. 2.

 

 

Диагностика с помощью систем OWTS выполняется на отсоединённой с двух сторон КЛ. Перед началом диагностирования производится калибровка системы с целью уточнения длины КЛ и определения ожидаемой амплитуды ЧР. После калибровки каждая фаза КЛ последовательно заряжается в течение нескольких секунд постоянным напряжением до выбранной величины, не превышающей амплитуду номинального линейного напряжения КЛ. После зарядки фаза КЛ с помощью электронного переключателя подключается через резонансную катушку к заземлённому экрану кабеля. В процессе разрядки кабеля возникают затухающие синусоидальные колебания, частота которых зависит от ёмкости диагностируемого объекта. Бегущая волна инициирует ЧР в изоляции КЛ, которые фиксируются и сохраняются в памяти компьютера системы OWTS для последующей обработки с целью определения амплитуды и местоположения ЧР по длине КЛ. Так как амплитуда испытательного напряжения является затухающей, то можно точно определить напряжение, при котором возникают и погасают ЧР. Колебательное напряжение прикладывается к объекту менее 1 секунды и поэтому не нагружает кабель и не повреждает его. Локализация ЧР в КЛ осуществляется c использованием метода рефлектометрии по результатам регистрации двух импульсов от одного и того же ЧР — первичного импульса и импульса, отражённого от конца КЛ.