Комплексный мониторинг и диагностика технического состояния кабельных линий 6-35 кВ при помощи приборов CDM и CDM-CR
Для повышения надежности эксплуатации кабельных линий (КЛ) применяются специализированные приборы и системы, позволяющие контролировать текущее техническое состояние и оценивать остаточный ресурс этого важного оборудования.
В практических условиях контроль технического состояния КЛ производится на основании использования нескольких диагностических методов:
- Определение технического состояния и оценка остаточного ресурса кабельной линии, концевых и соединительных муфт по частичным разрядам.
- Определение вида дефектов в изоляции, оценка степени их опасности для эксплуатации КЛ.
- Локация места возникновения дефектов, проводимая без отключения рабочего напряжения.
Структура системы мониторинга КЛ
Для практической реализации системы обслуживания кабельных линий по техническому состоянию используются приборы CDM и CDM-CR, а также специализированное программное обеспечение мониторинга и диагностики марки INVA-Monitor.
Первичные датчики, предназначенные для контроля частичных разрядов «ЧР» и токов утечки в экране «I», представляют собой кольцевые трансформаторы тока. Сердечник датчика контроля частичных разрядов изготавливается из высокочастотного феррита, а для датчиков тока промышленной частоты используются сердечники из электротехнической стали.
Оба датчика располагаются в высоковольтном отсеке КРУ рядом с контролируемым кабелем. Датчики монтируются на проводнике заземления экрана кабельной линии благодаря своей разъемной конструкции. Сигналы с датчиков суммируются в модуле «∑».
Полученный комплексный сигнал по коаксиальному кабелю передается в прибор марки CDM-CR, который предназначен для контроля токов утечки промышленной частоты в экранах кабельных линий. Модуль располагается в помещении КРУ, так как длина сигнальных коаксиальных кабелей от датчиков не может быть больше 50–80 метров.
Диагностические возможности прибора CDM-CR
В приборе CDM-CR производится разделение высокочастотных и низкочастотных сигналов: токи утечки экранов КЛ регистрируются, а высокочастотные импульсы частичных разрядов выделяются и передаются для дальнейшей обработки и анализа в основной прибор CDM.
Прибор CDM-CR в общей системе мониторинга КЛ предназначен не только для контроля токов утечки экранов. В нем реализована функция рефлектометра, контролирующего состояние КЛ под рабочим напряжением. Для этого в CDM-CR встроен генератор тестовых импульсов, параметры которых-амплитуда и длительность могут регулироваться.
Встроенный генератор тестовых импульсов оперативно подключается к выбранной (работающей!) кабельной линии. Генератор начинает посылать тестовые импульсы в датчик частичных разрядов, расположенный на шине заземления экрана кабеля. Датчик будет наводить в линии тестовые импульсы.
Этот же датчик одновременно является и приемником импульсов, для чего он через схему развязки подключен к входному каналу прибора CDM. В результате будут зарегистрированы тестовый сигнал и все отраженные импульсы, пришедшие из кабельной линии. После дополнительной статистической обработки получается рефлектограмма кабельной линии, но зарегистрированная под рабочим напряжением. При помощи этой рефлектограммы можно проводить локацию места возникновения дефектов в КЛ.
Использование рефлектограмм, полученных на работающих кабельных линиях, расширяет возможности системы мониторинга КЛ. С их помощью можно выявлять дефекты типа «водяные деревья в изоляции».
Этот опасный дефект развивается при повреждении внешней оболочки кабеля и попадании под нее воды, которая под воздействием рабочего напряжения проникает в изоляцию кабеля. Оперативная диагностика «водяных деревьев» очень важна, так как обычно они не являются источниками частичных разрядов.
Прибор марки CDM для мониторинга КЛ
Высокочастотные импульсы частичных разрядов из прибора CDM-CR передаются в прибор CDM, который является базовым для системы мониторинга. В зависимости от размеров контролируемого КРУ – количества подключенных КЛ может быть использована модификация системы CDM, имеющая от 6 до 45 входных каналов.
В приборе CDM контроль технического состояния высоковольтной изоляции КЛ осуществляется с использованием метода регистрации и анализа частичных разрядов. Этот метод имеет высокую чувствительность для диагностики большинства дефектов в высоковольтных кабельных линиях с изоляцией любого типа.
Достоинства прибора марки CDM
- Многоканальное исполнение измерительного прибора позволяет минимизировать стоимость комплекта диагностического оборудования, приведенную к одной контролируемой кабельной линии.
- Для повышения достоверности в CDM реализовано несколько базовых методов отстройки импульсов частичных разрядов от помех. Эти методы, имеющие высокую эффективность, работают в составе аппаратных средств и программных алгоритмов.
- В программное обеспечение прибора CDM входит экспертная система, которая позволяет определять тип дефекта в изоляции, оценивать степень развития дефекта и его опасность.
- В CDM реализован еще один метод онлайн локации места дефекта, базирующийся на контроле времени прихода вторичного импульса от частичного разряда, отраженного от противоположного конца КЛ.
- На основании изменения параметров в процессе эксплуатации строится математическая модель КЛ, ее цифровой двойник. При помощи этой модели определяется остаточный ресурс, составляется график проведения сервисных и ремонтных работ.
- Установка датчиков частичных разрядов на проводнике заземления экрана КЛ в высоковольтном отсеке КРУ позволяет контролировать и состояние изоляции выключателя и соединительных шин в ячейке.
Объема внутренней памяти прибора CDM хватает для хранения замеров частичных разрядах в течение достаточно длительного времени. Полученная информация и диагностические заключения оперативно передаются в систему АСУ-ТП более высокого уровня.
Центральным элементом комплексной системы мониторинга технического состояния и управления эксплуатацией КЛ является АРМ мониторинга.
АРМ мониторинга кабельных линий включает в себя:
- Выделенный сервер хранения информации с программным обеспечением INVA-Monitor. При помощи ПО сервера автоматически создаются технологические документы, на основании которых персонал определяет сроки и объемы необходимых ремонтных работ для КЛ.
- Локальные сетевые и WEB программные решения служат для просмотра информации из базы данных о состоянии КЛ специалистами различных служб. Просмотр предусматривает различный уровень информационного допуска различных специалистов.
- Расширенный режим работы специалистов службы управления эксплуатацией электротехнического оборудования с базой данных АРМ. Учет офлайн испытаний, ремонтных и наладочных работ.
Информация из базы данных и результаты работы экспертной части могут быть интегрированы в другие технологические и организационные уровни управления эксплуатацией оборудования.
Интерфейсы связи системы CDM:
- Гальванически изолированный интерфейс RS-485.
- Сетевой интерфейс Ethernet для включения в локальную вычислительную сеть.
- Интерфейс USB для передачи зарегистрированных данных в переносной компьютер.
Состав поставки системы мониторинга КЛ:
- Приборы CDM и CDM-CR в общем шкафу, рассчитанные на контроль необходимого количества КЛ.
- Набор первичных датчиков ЧР и токов в экранах в соответствии с заказной спецификацией.
- Сигнальные кабели длиной по 15 метров.
Состав каждой поставки каждой системы мониторинга оговаривается отдельно при заключении договора.
Технические параметры системы CDM и CDM-CR
| Количество контролируемых линий | до 45 |
| Длина контролируемых линий, км | до 4 |
| Частота импульсов разрядов, МГц | 0,5 ÷ 15,0 |
| Величина разрядов, пKл | 10 ÷ 100000 |
| Погрешность определения места дефекта | ±1% длины |
| Напряжение питания, В AC/DC | 90 ÷ 260 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -40 ÷ +60 |
| Размеры монтажного шкафа, мм | 740*510*250 |