Диагностика кабельных линий классов напряжения 35—110 кВ.

Page 1

Page 2

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ ÊË

а период с 2009 по 2011 год специалистами
ОАО «МРСК Волги» накоплен значитель-
ный опыт в проведении работ по диагно-
стике кабелей среднего и высокого напря-

жения с изоляцией из сшитого полиэтилена. Работы
проводились с использованием системы OWTS HV
150 производства фирмы SEITZ instruments, в кото-
рой реализован метод измерения уровня частичных
разрядов (ЧР) и локализации мест их возникнове-
ния. За это время проведена диагностика 31 кабеля
напряжением 35—110 кВ. Целью диагностики явля-
ется определение степени опасности дефекта и про-
гноз вероятного пробоя кабеля на основании оцен-
ки динамики ухудшения состояния изоляции по ско-
рости нарастания уровня и интенсивности ЧР в де-
фектном месте.

ВВЕДЕНИЕ

Всё более широкое применение в России при

проведении реконструкции старых и прокладке но-
вых кабельных линий находят кабели с изоляцией из
сшитого полиэтилена (СПЭ). Это в первую очередь
связано с высокими эксплуатационными характери-
стиками таких кабелей, большими строительными
длинами, меньшим весом, расширенным рядом но-
минальных сечений, меньшим радиусом изгиба и ди-
аметра, а также с возможностью диагностики и мо-
ниторинга состояния изоляции кабелей неразруша-
ющими методами контроля. В ОАО «МРСК Волги»
эксплуатируются кабельные линии с изоляцией из
СПЭ классов напряжения 35—110 кВ. Данные линии
проложены в период с 2006 по 2009 год и относятся
к категории «вновь введённого электрооборудова-
ния». Следовательно, дефекты, выявляемые на та-
ких кабелях при проведении диагностических работ,
можно с большой долей вероятности отнести к ка-

тегории заводского брака и дефектам монтажа. Ка-
бель, по заявлениям заводов-изготовителей, гаран-
тированно имеет уровень ЧР не выше 10 пКл. Уров-
ни ЧР в соединительных муфтах зависят, как пра-
вило, не столько от качества самой муфты, сколь-
ко от квалификации персонала, проводившего мон-
таж. Учитывая этот факт, приём вновь смонтиро-
ванной КЛ у монтажной организации целесообраз-
но проводить только после диагностики ЧР в изо-
ляции. В связи с этим в распоряжение № 192 ОАО
«МРСК Волги» «О диагностике состояния электро-
оборудования», выпущенное в 2008 году, был вклю-
чён пункт, касающийся строящихся КЛ напряжением
110 кВ, а именно требование, по которому до приня-
тия линии в эксплуатацию необходимо провести из-
мерение уровня частичных разрядов.

МЕТОД ДИАГНОСТИКИ

В силовых КЛ основными причинами снижения

электрической прочности изоляции в процессе дли-
тельной эксплуатации (т.е. старения изоляции) или
некачественного монтажа соединительных и конце-
вых муфт являются воздействия частичных разрядов
и повышенных температур. Физические процессы в
изоляции силовых кабелей под воздействием ЧР (т.е.
микроразрядов, возникающих в местах неоднородно-
сти изоляции при рабочем напряжении) к настояще-
му времени изучены достаточно хорошо. Разработа-
ны различные методы измерения характеристик ЧР в
силовых КЛ, которые реализованы в отечественных
и зарубежных приборах и установках различных кон-
струкций. Одной из наиболее современных и эффек-
тивных диагностических систем, предназначенных
для оценки состояния изоляции всех типов кабелей
методом контроля характеристик ЧР, является систе-
ма OWTS (Oscillating Wave Test System), в которой ре-

Диагностика кабельных
линий классов напряжения
35—110 кВ

Владимир КУЧЕРЕНКО, главный инженер,

Георгий КУРЮМОВ, начальник отдела технической поддержки сетей,

Дмитрий ПОРОТИКОВ, инженер отдела

технической поддержки сетей ОАО «МРСК Волги»,

Михаил ЗАХАРОВ, начальник отдела диагностики ООО «Себа Спектрум»

Page 3

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ ÊË

ализован метод измерения ЧР осциллирующим зату-
хающим напряжением. Система OWTS HV 150 позво-
ляет определять величину, интенсивность, напряже-
ние возникновения и гашения ЧР, локализовать ме-
ста их возникновения в КЛ, кроме того, измерять ве-
личину тангенса угла диэлектрических потерь и ём-
кости кабельной линии. По совокупности получен-
ных параметров может быть сделано обоснованное
заключение о техническом состоянии и проблемных
местах диагностируемой КЛ.

Диагностика с использованием системы OWTS

(рис. 1 и 2) выполняется на полностью отключен-
ной и отсоединенной с двух сторон КЛ. Перед нача-
лом диагностирования производится калибровка си-
стемы с целью определения скорости распростране-
ния импульсов ЧР по КЛ и определения степени за-
тухания ЧР. После калибровки каждая фаза КЛ по-

Рис. 1. Схематическое изображение системы

OWTS HV 150

следовательно заряжается в течение нескольких се-
кунд постоянным напряжением до выбранной вели-
чины, не превышающей амплитуду номинального ли-
нейного напряжения КЛ. После зарядки фаза КЛ с по-
мощью электронного переключателя замыкается че-
рез резонансную катушку на заземлённый экран ка-
беля. В процессе разряда кабеля в контуре возника-
ют затухающие синусоидальные колебания, частота
которых зависит от ёмкости диагностируемого объек-
та. Бегущая волна инициирует ЧР в изоляции КЛ, ко-
торые фиксируются и сохраняются в памяти компью-
тера системы OWTS для последующей обработки с
целью определения амплитуды, интенсивности и ме-
стоположения ЧР по длине КЛ. Так как амплитуда ис-
пытательного напряжения является затухающей, то
можно точно определить напряжение, при котором
возникают и исчезают ЧР. Колебательное напряже-
ние прикладывается к объекту в течение нескольких
сотен миллисекунд и поэтому не нагружает кабель и
не повреждает его. Локализация ЧР в КЛ осущест-
вляется c использованием метода рефлектометрии
по результатам регистрации двух импульсов от одно-
го и того же ЧР — первичного импульса и импульса,
отражённого от дальнего конца КЛ (рис. 3).

По результатам диагностики составляется отчёт

о техническом состоянии КЛ, в котором содержатся
основные сведения о кабельной линии: тип кабеля,
его длина, количество соединительных муфт и рас-
стояния между ними, уровни и интенсивность изме-
ренных ЧР, значения напряжений возникновения и
гашения ЧР и т.д. На основании этого делается за-
ключение о наличии «проблемных мест» и, как пра-
вило, устанавливается срок повторной диагностики.

Рис. 3. Пошаговая хронологическая схема про-

ведения диагностики ЧР системой OWTS HV 150,

используемая специалистами МРСК Волги

Рис. 2. Вид собранной системы OWTS HV 150

при испытании кабельной линии 110 кВ

в реальных условиях

Page 4

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ ÊË

Руководством эксплуатирующей организации может
быть принято решение о необходимости определе-
ния конкретного места возникновения ЧР на кабеле.
Сделать это возможно с помощью специально пред-
назначенных для этого приборов PD Loc и PDS про-
изводства фирмы Seba KMT.

Перед проведением диагностики необходимо

рассмотреть ряд технических и организационных во-
просов:
— изучить проектное решение КЛ, компоновку РУ,

фотографии с места предполагаемого проведе-
ния диагностических работ;

— разработать графический план расположения

оборудования, с указанием высот и расстояний
до заземлённых частей;

— оценить условия для подключения диагностиче-

ской системы ОWTS HV 150:

• конструкцию контактного соединения на конце-

вой муфте;

• наличие и конструкцию адаптера для подключе-

ния к КРУЭ;

• высоту портала концевой муфты;
— определить места подключения (220 В, 3 кВт)

оборудования, с указанием расстояния до испы-
тательной системы ОWTS HV 150;

— проанализировать информацию о диагностиру-

емой КЛ (год прокладки, тип, номинальное на-
пряжение, длина, расстояние до соединительных
муфт, схема заземления экрана, наличие транс-
позиции экранов и т.д.);

— составить программу проведения измерений для

согласования с ответственным руководителем
(максимальное напряжение и т.д.);

— выяснить возможность проведения диагностики

КЛ с обоих «концов».

Таблица. Диагностика 18 кабельных линий напряжением 35—110 кВ

Место проведения

диагностики

Количество

обследованных КЛ

Повторное

измерение

Результат диагностики

Москва

—

Обнаружены ЧР, даны рекомендации

Санкт-Петербург

—

Обнаружены ЧР, даны рекомендации

Саратов

Обнаружены ЧР, даны рекомендации

Воронеж

—

ЧР не обнаружены

Самара

Обнаружены ЧР, даны рекомендации

Оренбург

Обнаружены ЧР, даны рекомендации

Итого измерений: 29

Рис. 5. Интенсивность возникновения ЧР на трёх

фазах КЛ-110 кВ

Рис. 4. Карта распределения ЧР

Page 5

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ ÊË

ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ

За период с сентября 2009 г. по октябрь 2011 г.

специалистами ОАО «МРСК Волги» проведены ра-
боты по диагностике 16 кабельных линий напря-
жением 35—110 кВ в различных регионах России
(табл.).

Две кабельные линии 110 кВ в Саратове дли-

ной по 700 м каждая являются частью воздушно-
кабельной линии: с одной стороны — КРУЭ, с дру-
гой — опора ВЛ. Диагностика проводилась совмест-
но с подключением КЛ в КРУЭ. По результатам ди-
агностики на всех фазах были выявлены ЧР на оди-
наковом расстоянии 0—20 м. По локализации ЧР
можно судить о том, что с большой долей вероятно-
сти место возникновения ЧР находится либо внутри
КРУЭ, либо в концевой муфте. На рис. 4 представ-
лена карта распределения ЧР, на рис. 5 — интенсив-
ность возникновения ЧР на трёх фазах КЛ-110 кВ.

Для подтверждения наличия дефекта в изоляции

запланирована повторная диагностика данных КЛ с
противоположного конца кабеля, что сделать в на-

стоящее время весьма затруднительно, так как кон-
цевые муфты расположены на высоте 15—20 м.

Что касается диагностики кабельных линий

35 кВ, то и здесь есть проблемы с изоляцией — при
измерениях выявлены достаточно высокие уровни
ЧР с низким напряжением зажигания.

На одной из линий при первой диагностике

были обнаружены проблемные места на фазах «В»
(рис. 6) и «С» (рис. 7).

Изоляция кабельной линии была испытана повы-

шенным напряжением с частотой 0,1 Гц. По резуль-
татам повторной диагностики данные предыдущих
измерений подтвердились, более того, присутство-
вали места, в которых наблюдалась устойчивая тен-
денция к увеличению интенсивности и повышению
уровня ЧР. Данные места предположительно совпа-
дали с расположением соединительных муфт. Спу-
стя довольно короткий промежуток времени КЛ вы-
шла из строя. Поток места повреждения строился на
основе результатов диагностики в зоне с наиболь-
шей интенсивностью и наибольшим уровнем ЧР, что

Рис. 6. Проблемные места на фазе «В»

Рис. 7. Проблемные места на фазе «С»

Page 6

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ ÊË

заметно сократило время, затраченное на поиск по-
вреждения. Вместе с повреждённой муфтой была
демонтирована «целая» на то время муфта на со-
седней фазе, так как при диагностике в ней были
выявлены высокие уровни ЧР. После вскрытия дан-
ной «дефектной» муфты представителями фирмы
Raychem и специалистами ОАО «МРСК Волги» были
обнаружены следы ЧР вследствие некачественно
выполненного монтажа (рис. 8).

Диагностика КЛ с пропитанной бумажной изоля-

цией проводилась на кабеле типа АОСБ-35 3x150
35 кВ, проложенном в 1957 году. По длине линии,
равной 5400 м, установлено более 100 соединитель-
ных муфт. В связи с этим карта распределения ЧР
приняла вид «шкуры леопарда», т.е. мест возникно-
вения разрядов оказалось достаточно много и мак-
симальный их уровень около 2400 пКл, хотя интен-
сивность слабая (рис. 9).

Рис. 8. Следы ЧР из-за некачественно выполненного монтажа

Page 7

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ ÊË

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена

эксплуатируются в России уже более 20 лет, но до
сих пор отсутствует национальная нормативная
база, в которой должны были бы найти отраже-
ние критерии оценки «опасности» возникновения
ЧР (максимальная интенсивность, порог зажига-
ния и гашения ЧР, значение максимального напря-
жения при проведении диагностики и т.д.), а также
даны рекомендации по срокам повторной диагно-
стики, выводу в ремонт и дальнейшей эксплуата-
ции и обслуживанию КЛ. Отсутствие нормативных
документов в РФ затрудняет вынесение решения о
возможности эксплуатации КЛ, а для эксплуатиру-
ющей организации это очень важно. Необходимо
отметить, что, получив такой инструмент диагно-
стики, как система OWTS HV 150, становится оче-
видным, что представление о техническом состоя-
нии эксплуатируемых КЛ на основании только ин-
формации о высоковольтных испытаниях было не-
достаточным. Если кабель с пропитанной бумаж-
ной изоляцией находится в эксплуатации длитель-
ный срок, то понятно, что время неумолимо берёт
своё и по результатам проведённых работ по ди-
агностике и испытаниям правомерно ставить во-
прос о целесообразности его дальнейшей эксплу-
атации и замене, имея в виду значительные за-
траты на восстановление повреждений и эксплу-
атацию. Другое дело с вновь смонтированными
кабельными линиями 35—110 кВ с изоляцией из
СПЭ. Здесь диагностика методом измерения и ло-
кализации ЧР позволяет на стадии пусконаладоч-
ных работ, до приёма КЛ в эксплуатацию, выявить
целый ряд проблем, связанных с некачествен-

Рис. 9. Карта распределения ЧР в кабеле

с пропитанной бумажной изоляцией

ным монтажом кабельной арматуры или проклад-
кой кабеля с нарушением технологии «джамшута-
ми» из подрядных организаций. Прокладывать КЛ
с изоляцией из СПЭ нужно «умеючи» — очень ак-
куратно и бережно, доверять данную работу спе-
циализированным организациям, имеющим опыт,
квалифицированный персонал и необходимый на-
бор технических средств, иначе кабельные линии
превращаются в «мины замедленного действия»,
а мы становимся их заложниками, и возникающие
ЧР в дальнейшем обязательно скажутся отрица-
тельным образом на предполагаемой безаварий-
ной и долговременной работе КЛ.

Диагностика КЛ для энергокомпаний — дело но-

вое, и поэтому имеет место некоторое непонима-
ние разницы между диагностикой и испытанием по-
вышенным напряжением КЛ, особенно при приня-
тии решения о возможности включения в работу
КЛ. Так, в отличие от испытания повышенным на-
пряжением, где применима градация, выдержал ис-
пытание или нет, годен — негоден к дальнейшей
эксплуатации, диагностика кабеля проходит в ща-
дящем режиме практически без стрессовых воз-
действий на изоляцию, работоспособность кабе-
ля сохраняется, что позволяет оценить состояние
и качество монтажа КЛ, запланировать объём фи-
нансирования восстановительных работ. Испыта-
ние номинальным фазным напряжением в течение
24 часов хотя и соответствует «Правилам техниче-
ской эксплуатации станций и сетей», но не даёт до-
стоверной информации о фактическом состоянии
КЛ. Испытаниями на пониженной частоте 0,1 Гц,
безусловно, можно и нужно заменить стандартные
испытания выпрямленным напряжением, но, как
показала практика, ими невозможно заменить ди-
агностику ЧР системами OWTS.

Существенную роль в повышении надёжности и

увеличении сроков безаварийного электроснабже-
ния может сыграть инновационно-диагностический
инжиниринговый центр, который будет выпол-
нять работы по инжинирингу, диагностике, приёмо-
сдаточным испытаниям, поиску мест повреждения,
созданию методологии и нормативной базы, осво-
ению новых приборов и методик, проведению тех-
нической экспертизы, анализу причин аварий, экс-
пертной оценке проектов, проведению аттестации
и созданию общей информационной базы данных
кабельно-проводниковых материалов и электротех-
нических устройств. На этой базе можно создать
учебный центр для внедрения современных мето-
дов монтажа, эксплуатации, ремонта и диагностики
электрооборудования, работы с кабельными линия-
ми, для подготовки и аттестации персонала и под-
рядных организаций для допуска к работам на объ-
ектах распределительных сетей.