КЛ высокого напряжения (60…500 кВ) имеют исключительно важное хозяйственное значение, и их надежность должна быть также высока, поскольку по этим КЛ передают большие потоки электроэнергии на ответственных объектах. Это, как правило, линии глубокого ввода в центр города, вывод мощности с электростанции и т.д. Повреждение такой линии может привести к большим экономическим потерям из-за недоотпуска энергии (например, пробой кабельной линии 315 кВ в Монреале в 1992 г., когда центральная банковская часть города на 15 мин. потеряла энергоснабжение). Вторым важным обстоятельством является то, что в КЛ высокого давления при пробое возникают большие повреждения, происходит выброс масла из труб с образованием в изоляции кабеля сухих участков. Ликвидация таких участков дорогая и очень длительная процедура. Третье обстоятельство — стратегия применения и замены КЛ, последнее заключается в том, что рано или поздно КЛ (или ее участок) все равно необходимо менять из-за естественного старения изоляции. Для этого необходимо знать реальное техническое состояние изоляции и прогнозировать наступление времени, когда часть изоляции (на некотором участке в силу тех, или иных обстоятельств) достигнет предельного состояния. Таким образом, необходимы процедуры, позволяющие выполнять диагностику изоляции, определять место на КЛ, где имеются участки с ухудшенным состоянием изоляции.
Имеющиеся в настоящее время методы испытания КЛ (приложение повышенного напряжения постоянного тока с измерением токов утечки; анализ растворенных в масле газов при взятии проб масла из муфт; вырезание отрезков кабеля из КЛ для анализа) не в полной мере позволяют делать заключение о техническом состоянии.
Оборудование и аппаратура для диагностики изоляции КЛ по характеристикам ЧР. Поскольку КЛ-220 подключена к блочному трансформатору ГГ, то имелась возможность на КЛ подавать изменяющееся напряжение при опыте х.х. ГГ. Трансформаторное оборудование на ВОГЭС им.В.И.Ленина позволяло проводить испытания при ступенчатом подъеме и спуске напряжения в следующей последовательности (за 100 % принято рабочее напряжение):
25 %-50 %-75 %-100 %-120 %-100 %-75 %-50 %-25 %.
Измерение активности ЧР проводилось на всех ступенях. Для этой цели применялся высокочастотный цифровой, управляемый компьютером, осциллограф «Tektronix» типа TDS-524A для получения осциллограмм и локации места ЧР. Для измерений энергетических характеристик потока импульсов ЧР использован компьютеризированный анализатор ЧР типа PDPA. Анализатором измерялись распределения n(Q) (n число импульсов ЧР за время периода частоты 50 Гц; Q величина кажущегося заряда); по распределению можно было рассчитать величину мощности ЧР: 
где Ui — величина напряжения зажигания данного вида ЧР.
Стабильность ЧР (это позволяет прогнозировать возможность роста ЧР, а также и рост мощности ЧР в эксплуатации) может быть оценена по сравнению мощности на ступенях 100 % до приложения 120 % и после. При этом возможны два варианта:
• потенциальный дефект имеет быстрое развитие, если:
Р100%|до< Р100%|после;
• потенциальный дефект стабилен, если:
Р100%|до> Р100%|после.
Вторым критерием, определяющим успешность испытаний, является величина кажущегося заряда Qmax отдельно для муфт и целой части кабеля, определенная по измерениям n(Q). Эта величина должна быть меньше нормированных значений.
Локация ЧР, т.е. определение координаты ЧР производится по так называемой трехимпульсной осциллограмме:
• временной интервал Ти между двумя крайними импульсами осциллограммы соответствует физической длине КЛ * L;
• интервал между первым и средним импульсами дает расстояние места ЧР от дальнего конца КЛ х;
• определение места ЧР можно выполнить при двух условиях:
если известна скорость v распространения электромагнитной волны в данной конструкции кабеля, тогда ЧР находится на расстоянии х=v от конца КЛ;
если известна строительная длина КЛ ? L, то координата места ЧР определяется по выражению .
После того, как координата ЧР установлена, можно оценить величину кажущегося заряда ЧР в этой точке. При этом нужно учитывать затухание импульса (уменьшение амплитуды) при его распространении по длине кабеля:
Qp= Q ,
где: Q — измеряемая величина амплитуды импульса ЧР на конце линии; удельное затухание, т.е. уменьшение амплитуды при прохождении единицы длины КЛ.
Рефлектометрические измерения. Рефлектометрические измерения на КЛ необходимы для определения координат концевой муфты и соединительных муфт, локальных изменений проводимости и емкости, т.е. tg. Для получения РГ, т.е. осциллограммы, фиксируемой при подаче зондирующего импульса от генератора на ближнюю муфту, используется схема, состоящая из осциллографа типа TDS-524A и генератора стабильных импульсов типа PG 45/30. При этом необходимы меры по согласованию волновых сопротивлений аппаратуры. Следует указать, что при РМ необходимо фиксировать малые амплитуды отраженного импульса (0,5 % от амплитуды зондирующего). Такие малые сигналы можно измерять, если уровень шумов будет 0,2 %. Для подавления измерительных шумов использовались статистические методы и корреляционный анализ. В частности, для получения достоверной РГ проводилось усреднение до 1000 индивидуальных осциллограмм.
Компьютерная программа управления. Управляемый комплекс Tektronix TDS-524A компьютер позволяет оцифровывать осциллограммы и проводить с ними любые математические операции, а также управлять режимом осциллографа (усиление, развертка и т.д.). Для управления измерениями и выполнения математических преобразований была разработана программа «DIACS-CABAN», которая применялась для диагностирования КЛ 220 кВ на ВОГЭС им.В.И.Ленина. Ранее этот компьютеризированный комплекс использовался для диагностики КЛ других классов напряжений.
Программа позволяет:
• определять длину КЛ, координаты промежуточных муфт;
• измерять характеристики ЧР отдельных дефектов в КЛ и проводить их локацию;
• определять участки КЛ с повышенными утечками или потерями.
Измерения, расчет характеристик и выдача протокола производятся практически в темпе испытаний.
Результаты измерений. Рефлектометрия КЛ проводится для определения длины КЛ и координат соединительных муфт. При этом применялись импульсы различной длины. Для данного типа конструкций кабеля соединительные муфты при монтаже выматываются бумажными лентами и переходы, т.е. геометрия поперечного сечения вдоль от кабеля к муфте, становятся плавными. Это приводит к тому, что отражения от муфт довольно слабые. Однако такие измерения необходимы, так как в эксплуатации, как правило, нет точной информации не только о строительных длинах КЛ между муфтами, но и о наличии самих муфт.
Определение длины КЛ и координат муфт выполнялось программой «DIACS-CABAN», которая позволяет с хорошей точностью (0,5 %) определить эти параметры. При этом под длиной понимается временной интервал на осциллограмме, который может быть пересчитан в физическую длину, при известной скорости распространения электромагнитной волны в данном кабеле.
Определение участков с повышенными диэлектрическими потерями. Чувствительность измерений определяется уровнем шумов при рефлектометрических измерениях, зависящих от стабильности генератора, усилителя, наличия шумов в измерительном тракте и т.д. Уровень шумов иллюстрируется разностной РГ, которая получается в результате серии измерений в том случае, когда параметры и характеристики КЛ неизменны. Уровни шумов можно оценить по осциллограмме (рис.2). Шумы в той части осциллограммы, которая соответствует началу КЛ, в несколько раз больше, чем в конце. Это обстоятельство учитывается при анализе РГ и заложено в программу «CABAN».
Для определения участков с повышенными утечками (tg) проводится серия измерений РГ по специальной процедуре.
Измерения характеристик ЧР, анализ внешних и внутренних помех. Внешние помехи, т.е. импульсы, фиксируемые схемой измерения ЧР в отсутствии испытательного напряжения, невелики по амплитуде, а по спектру частот соответствуют эфирным помехам. Активность внешних помех при измерениях оказалась низкой, не влияющей на измерения. Более серьезной проблемой, как было установлено, являются внутренние помехи. В основном это ЧР в трансформаторе, использовавшемся для прогрузки КЛ переменным напряжением. Для внутренних помех распределение n(Q) имеет особенность (рис. 3): с ростом Uисп увеличивались и Q, и n (кривые 1 и 2). Учитывая такую активность ЧР в трансформаторе, были приняты меры по защите от внутренних помех. Собственно ЧР КЛ даны на осциллограмме (рис.4).
Рис. 2. Принцип обработки и представления РГ с итоговыми данными, показывающими участки с повышенными диэлектрическими потерями: 1 – осциллограмма с двумя модами колебания («а» в районе концевой муфты, «b» в целой части КЛ); 2 – показывает длину КЛ и иллюстрирует результаты обработки (моде «а» соответствует прямоугольник «с», моде «b» прямоугольник «d»; высоты прямоугольников «с» и «d» соответствуют величине tg, ширина определяет зону предполагаемого дефекта).
Рис. 3. Распределение n(Q) для внутренних помех (ЧР в трансформаторе) при двух величинах испытательного напряжения:
1 – 25% от амплитуды испытательного напряжения, 2 – 100% от амплитуды испытательного напряжения.
Рис. 4. Осциллограмма импульса ЧР. Кривая соответствует месту ЧР на расстоянии 235 м от начала КЛ, последующие колебания на осциллограмме соответствуют отражениям от соединительных муфт.
Эти примеры соответствуют наличию ЧР в концевых муфтах и в средней части. Во время всех измерений (по анализу более 200 осциллограмм для 15 отдельных фаз) наличие ЧР во внутренней части КЛ обнаружено только в одном случае. Осциллограмм, где были бы три импульса на уровне чувствительности схемы 20 пКл, не зафиксировано. Все ЧР соответствовали участкам вблизи муфт. При этом имелась возможность определения координат ЧР. Пример ЧР от дальнего конца дан на рис.4. Видно, что первые колебания являются суперпозицией двух импульсов прямого и отраженного от дальнего конца КЛ.
Добавить комментарий