CDR – система мониторинга и диагностики дефектов высоковольтных кабельных линий 110÷500 кВ
Широкое внедрение высоковольтных кабельных линий (КЛ) с рабочим напряжением 110 кВ и выше, являющихся ответственными элементами систем электроснабжения, требует использования оперативной оценки технического состояния.
Это связано с тем, что скорость развития дефектов в изоляции из сшитого полиэтилена аномально высока: с момента возникновения дефекта до выхода кабеля из строя могут пройти недели, и даже дни. Поэтому стандартные испытания, проводимые обычно не чаще одного раза в год, не в состоянии обеспечить необходимую надежность работы КЛ.
Наиболее эффективным способом контроля состояния изоляции высоковольтных КЛ является диагностика на основе регистрации и анализа частичных разрядов (ЧР). Этот современный метод имеет максимальную чувствительность для диагностики дефектов в изоляции из сшитого полиэтилена.
Система мониторинга марки CDR для контроля технического состояния высоковольтных КЛ
Для контроля технического состояния КЛ с рабочим напряжением 110-500 кВ фирмой ДИМРУС разработана и производится система марки CDR.
Она состоит из:
- Измерительных приборов марки PD-Analyzer/3S (3 синхронно работающих измерительных канала) или PD-Analyzer/6S (6 измерительных каналов). Тип и количество используемых приборов определяется конфигурацией контролируемой КЛ.
- Набора первичных датчиков для измерения параметров работающей КЛ. Количество и тип датчиков определяется, исходя из назначения создаваемой системы мониторинга.
- Специализированного программного обеспечения INVA Monitor для мониторинга и экспертного анализа параметров КЛ.
При помощи системы CDR реализуются следующие функции мониторинга:
- Непрерывный контроль состояния изоляции высоковольтной КЛ на основе метода регистрации и анализа импульсов ЧР. Определяется тип дефекта и степень его развития.
- Оперативная локализация мест возникновения дефектов в изоляции, выявленных системой по параметрам ЧР, как в муфтах, так и в самом кабеле. Уникальность этой диагностической функции заключается в том, что она реализована для КЛ, находящейся под рабочим напряжением.
- Контактное измерение рабочей температуры концевых муфт фаз кабельной линии, расположенных рядом с измерительным прибором системы мониторинга.
- При помощи датчиков тока промышленной частоты производится контроль величины уравнительных фазных токов, протекающих по экрану (броне) отдельных фаз высоковольтных КЛ.
В системе CDR для регистрации ЧР используются датчики двух типов
1. Датчики марки «RFCT-7». Это датчики трансформаторного типа, предназначенные для регистрации ВЧ импульсов. Конструктивно датчик представляет собой две разъемные половинки, которые легко монтируются на проводниках заземления экрана кабеля или муфты. Благодаря такой конструкции установка датчика RFCT-7 производится на КЛ без разрыва цепи заземления.
Датчик работает в HF диапазоне частот, поэтому он имеет высокую чувствительность ко всем дефектам в КЛ, возникающим в пределах 2-3 км от места установки датчиков ЧР.
2. Датчики марки PD-Line. В состав этого датчика входят два датчика ЧР, работа которых основана на различных физических принципах.
Использование двух разнотипных датчиков ЧР в одном устройстве позволяет определять направление движения импульса частичного разряда, что важно для диагностики и локализации места возникновения дефекта в изоляции.
Кроме того, в состав датчика PD-Line входит датчик температуры и датчик тока в кабельной линии, сигнал которого используется для синхронизации процесса измерения разрядов.
Датчики монтируются непосредственно на поверхности кабеля. Для подключения датчика марки PD-Line к прибору CDR используется специальный блок согласования.
Особенности системы CDR, используемые для регистрации и анализа частичных разрядов
В качестве основы для регистрации и анализа параметров изоляции КЛ в системе мониторинга CDR используются универсальные измерительные приборы серии PD-Analyzer/S.
Особенностью этих приборов является возможность регистрации импульсов частичных разрядов в широком диапазоне частот, от 50 кГц до 1 ГГц. Если импульс возник рядом с датчиком, то его частота будет высокой, равной сотням МГц. Частота «удаленного импульса» может составлять «всего» сотни кГц. Чем длиннее линия, тем более низкочастотные импульсы ЧР могут быть зарегистрированы в ней.
В системе CDR реализованы два метода локации места возникновения дефекта в изоляции КЛ. Первый работает на основе анализа рефлектограмм распределения ЧР в линии, а второй основан на анализе разницы во времени прихода высокочастотного импульса от дефекта к «концам» контролируемой КЛ.
В ПО INVA Monitor реализовано экспертное ядро, позволяющее в автоматическом режиме определять тип дефекта в изоляции и степень его развития.
Для реализации такого уникального набора функциональных возможностей в системе CDR использованы специфические технические решения:
- Во-первых, это синхронная регистрация импульсов частичных разрядов во всех 6 (3) измерительных каналах прибора. Только в этом случае возможна реализация диагностических алгоритмов.
- Во-вторых, при наличии в системе CDR нескольких измерительных приборов используются алгоритмы синхронизации измерений ЧР всеми приборами. Синхронизация работы нескольких приборов может быть осуществлена двумя способами:
- Для расстояний до 1 км синхронизация осуществляется при помощи оптических линий связи.
- Если длина линии более 1 км или отсутствует возможность прокладки оптической линии, то приборы синхронизируются по сигналам системы GPS/GLONASS.
Система мониторинга длинной кабельной линии с синхронизацией по оптической линии
На рисунке приведена структурная схема системы мониторинга КЛ с двумя соединительными муфтами. Полностью система мониторинга состоит из 4 приборов марки PD-Analyzer/6S. Поскольку расстояние не значительно, то оптическая линия связи используется и для синхронизации измерений.
Система мониторинга кабельной линии с синхронизацией по сигналам GPS
Для контроля состояния длинных КЛ используются системы с глобальной синхронизацией. Передача информационных потоков в этом случае производится по локальной сети предприятия, глобальным сетям и любым другим каналам передачи информации.
Подключение CDR к общей системе АСУ-ТП осуществляется несколькими способами:
- При помощи оптической линии связи.
- При помощи изолированного интерфейса RS-485.
Для осуществления общего мониторинга и диагностики как одной линии, так и нескольких в комплекте с приборами поставляется программное обеспечение марки INVA Monitor (опция).
Для передачи информации из системы мониторинга в систему АСУ-ТП может быть использован протокол ModBus RTU или протокол IEC 61850.
PD-Analyzer/3S и PD-Analyzer/6S внесены в Государственный реестр средств измерений
Утверждён тип средства измерений Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии, регистрационный № 76896-19.
Приборы PD-Analyzer/3S и PD-Analyzer/6S внесены в реестр промышленной продукции, произведённой на территории Российской Федерации.
Основные технические параметры системы «CDR»
| Рабочее напряжение контролируемых кабельных линий, кВ | 110 ÷ 500 |
| Параметры, по которым контролируется состояния изоляции КЛ | Частичные разряды |
| Количество контролируемых одной системой кабелей (фаз) | до 6 |
| Длина контролируемых кабельных линий одним прибором, км | до 2 |
| Диапазон регистрируемых частичных разрядов, МГц | 0,1 ÷ 1000,0 |
| Канал связи с системой АСУ-ТП RS-485 | Оптоволокно |
| Синхронизация нескольких приборов | GPS, оптоволокно |
| Диапазон рабочих температур, без системы подогрева, 0С | -40 ÷ +60 |
| Напряжение питание системы, В | AC/DC 120 ÷ 260 |
| Габаритные размеры прибора мониторинга, мм | 400 * 230 * 110 |