Для чего применяется мониторинг частичных разрядов кабельных линий.

Изоляция определяет срок службы и надежность высоковольтного оборудования. Особенно это касается кабельных линий. В целях предотвращения выхода его из строя во время эксплуатации, его подвергают высоковольтным испытаниям. Нормы испытаний прописаны в ПУЭ и ПТЭЭП. Обычно кабели испытываются повышенным выпрямленным напряжением. Продолжительность испытания и кратность напряжения зависит от типа изоляции, срока эксплуатации. Нормы эти не менялись уже 15 лет, за это время появились новые изоляционные материалы, новые типы кабелей. Выяснилось, что контролировать развитие дефектов в них старыми методами невозможно.

Диэлектрик может содержать примеси, микроскопические трещины, пустоты. Под воздействием сильного электрического поля в них происходят электрические пробои. Эти микропробои назвали частичными разрядами. Они не приводят к мгновенному разрушению изоляции, но со временем могут расширяться и соединяться. При высоковольтных испытаниях в таких местах происходит пробой, их выявляют и принимают меры. Это хорошо работало с промасленной бумагой, кое-как с резиновой и виниловой изоляцией. Но такой способ диагностики абсолютно не годится для сшитого полиэтилена. Дефекты в нем развиваются в десятки раз быстрее, а от частых высоковольтных испытаний больше вреда, чем пользы. Хорошие результаты для таких кабельных линий дает постоянный мониторинг частичных разрядов (ЧР). Такой контроль носит неразрушающий характер. Его проводят без отключений, на работающем оборудовании. Просто ведется фиксация разрядов, измерение их электрических параметров, программная обработка. На основании получаемых данных делается диагностический анализ и принимаются решения.

Комплексный диагностический мониторинг контролирует:

• состояние соединительных и концевых муфт при помощи акустических датчиков методом анализа ЧР;
• состояние всего кабеля по параметрам ЧР при помощи высокочастотных трансформаторов тока:
• температуру всех участков линии с помощью встроенных в кабель оптических волокон;
• уравнительные токи и емкостные токи утечки.

Все эти методы успешно дополняют друг друга. Муфты являются самым уязвимым местом, поэтому они оснащаются отдельными датчиками, точно указывающими на конкретное место. Весь кабель такими датчиками не обвешать, поэтому применяются высокочастотные трансформаторы тока, устанавливаемые на концах кабельной линии. Расстояние до проблемного места вычисляется по времени прохождения прямых и отраженных импульсов. Могут быть проблемы, связанные с перегревом. Контроль осуществляется с помощью оптоволоконной жилы, встроенной в кабель. Это позволяет получать данные со всего кабеля сразу. Кабель с встроенным оптическим волокном показан на рисунке:

Нагрев редко сопровождает частичные разряды, зато при пробое кабеля он фиксируется очень четко, с точностью до одного метра. Это позволяет быстро определиться с предполагаемым местом повреждения. Емкостные токи утечки отражают состояние внешней оболочки кабеля. Дополнительная утечка тока через дефект создает уменьшение емкостного тока. Это сразу фиксируется и принимаются меры.

Для практического осуществления комплексного мониторинга используется система “КМК-500”. Она собирается из унифицированных блоков, легко масштабируется. Она может работать с кабельными системами напряжением до 500 кВ включительно. То есть, с любыми высоковольтными кабельными линиями. Пока не существует промышленных кабельных линий выше 500 кВ. Центральным узлом системы является шкаф КМК-500/1. Он собирает информацию, обрабатывает, хранит данные, осуществляет обмен данными с системой АСУ. Шкафы КМК-2 устанавливаются в непосредственной близости от начала и конца линии. В них находится измерительная часть всех подсистем мониторинга. Промежуточные измерительные шкафы КМК-3 устанавливаются на линии непосредственно возле муфт, собирая данные о частичных разрядах и токах в экране кабеля. Обмен данными происходит посредством волоконно-оптических линий связи. Применяются и беспроводные технологии.

Далеко не везде целесообразно применять такие дорогостоящие стационарные системы. Портативный прибор XDP-II производства ndb Technologies достойная им альтернатива. Он представляет собой легкое переносное устройство с автономным питанием. В комплекте с необходимыми датчиками всё размещается в компактном кейсе. Дисплей XDP-II, несмотря на малый размер, очень информативен, работает в нескольких режимах, позволяет выявлять неисправности на месте. Прибор прост в управлении, ЧР фиксируются и заносятся в память прибора вместе с местоположением и точным временем. Содержимое памяти можно обработать на компьютере для более детального анализа.

За внешней простотой скрываются большие возможности:

• онлайн-контроль изоляции кабельной линии, находящейся под напряжением,
• диагностика ЧР в масляном трансформаторе (при помощи специальной антенны),
• контроль качества кабельных муфт,
• выявление коронарных и дуговых разрядов на воздушных кабельных линиях,
• выявление частичных разрядов в ячейках КРУ, изоляторах, другом станционном оборудовании.

Помимо XDP-II, ndb Technologies предоставляет другие очень функциональные аппараты для измерений и контроля ЧР:

• AE-150 – электроакустический прибор для масляных трансформаторов,
• ULD-40 – ультразвуковой аппарат для обнаружения дуги или короны,
• PDS – сканер частичных разрядов на кабельных соединениях
• ADD – для контроля разрядников, сухих трансформаторов, втулок, изоляторов и т.д.

Приведенный список не полный, аппаратура совершенствуется и появляется новая. Официальным дистрибьютером данной продукции в России является ООО «ИТЦ «АВИКОН». Оборудование предназначено для контроля частичных разрядов на работающих системах, без необходимости снятия напряжения. Это проверенные разработки, выпускаемые серийно. Все измерения проводятся в соответствии со стандартом ГОСТ Р 55191-2012 (МЭК 60270:2000) “Методы испытаний высоким напряжением. Измерения частичных разрядов.”