Диагностика оборудования и кабельных линий без вывода в ремонт

Page 1
background image

Page 2
background image

66

«КАБЕЛЬ-news», № 1, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ

С

егодня мало кто поспорит с тем, что кабель-
ные линии столь же важны для нормальной 
жизни любого города, сколь важны нервы и 
артерии для человека. Работоспособность 

кабельной линии — это свет в домах, возможность 
приготовить еду, комфортное проведение досуга, 
работа и всё то, без чего нельзя представить себе 
сегодняшнюю жизнь человека. Каждая сетевая 
компания уделяет много внимания поддержанию 
работоспособности кабельных сетей. Немного про-
ще обстоят дела с обслуживанием сопутствующего 
оборудования, но лишь из-за его локализации в гра-
ницах подстанции. 

Применение систем диагностики в кабельной 

сети уже привычное дело для крупных энергетиче-
ских компаний. Одним из перспективных направ-
лений в этой области является диагностика мето-
дом локализации и измерения частичных разрядов 

(ИЧР). Метод хорошо знают постоянные читатели 
журнала «КАБЕЛЬ-news» и специалисты отрасли. 
Помимо применения диагностики методом ИЧР 
для оценки состояния и локализации слабых мест 
в изоляции кабеля, эти методы широко применя-
ются для диагностики электрооборудования.

Попытка предсказать основную тенденцию 

развития диагностических систем подвела нас к 
мысли о необходимости применения универсаль-
ного прибора, который мог бы объединить в себе 
систему диагностики кабельных линий и электро-
оборудования широких классов напряжения. Про-
ведя совместную работу с ОАО «Ленэнерго» по 
выработке критериев к подобным устройствам и 
проанализировав линейку оборудования ряда ми-
ровых производителей, было отдано предпочте-
ние диагностическим системам компании HVPD 
(Англия). 

Диагностика оборудования 
и кабельных линий без 
вывода в ремонт 

Однажды, это было уже году в сорок седьмом, произошла авария в начале 
Лиговского проспекта. Пробило кабель, и целый квартал остался без света, 
без энергии. Искали место повреждения до вечера — не нашли. Стояла зима, 
мёрзлый грунт били ломами, успели проверить одну муфту, она была в по-
рядке. Стемнело. Работы продолжались, потому что без света сидели детская 
больница и фабрика…
Дело в том, что бомбы и снаряды, падая даже в стороне от кабеля, могли 
взрывной волной нарушить изоляцию, могли сдвинуть грунты так, что посте-
пенно начинало кабель тянуть, рвало его из муфт. Несколько лет после бло-
кады продолжались такого рода аварии. Убраны были развалины, заделаны 
все пробоины, отремонтированы фасады домов, а под землёй как бы про-
должался обстрел, падали снаряды и бомбы, и в огромные воронки, давно 
засыпанные, залитые асфальтом, вдруг рушился электрический ток. Давний 
взрыв снаряда пробивал кабель. И термин был — пробой, как пробоины на 
корабле. 

Даниил Гранин. «Блокадная книга», 1977—1981 гг.

Дмитрий КОПЧЕНКОВ, руководитель

 Испытательно-диагностического центра ООО ПКБ «РЭМ», Санкт-Петербург,

Наталья СИНИЦКАЯ, начальник отдела комплексной диагностики

 Департамента эксплуатации ОАО «Ленэнерго», Санкт-Петербург, 

Антон ПЕТРОВ, ведущий специалист ГК ИМАГ, Москва


Page 3
background image

67

«КАБЕЛЬ-news», № 1, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ

Этот выбор был обусловлен успешным опытом 

внедрения подобных систем в английских электри-
ческих сетях. Так, к примеру, благодаря совместной 
работе HVPD и Лондонских распределительных се-
тей, которые провели диагностику 629 кабельных 
линий напряжением 11 кВ, было отобрано 30 кабель-
ных линий, подлежащих немедленному ремонту (5% 
всех продиагностированных). В течение 3 месяцев 
11 линий из отобранных вышли из строя в предска-
занных местах, в то время как из оставшихся ка-
бельных линий, в которых дефекты не были столь 
критичными (95% продиагностированных), вышло 
из строя 5 линий. Однако в данном случае дефекты, 
приведшие к аварии, не были связаны с развитием 
дефектов в изоляции кабельных линий.

Концепция приборов HVPD основана на диагно-

стике кабельных линий и электрооборудования под 
рабочим напряжением, при этом отключение напря-
жения или нагрузки не требуется. В данном случае 
на кабель или оборудование не подаётся повышен-
ное напряжение от внешних источников, кабель диа-
гностируется в реальных рабочих условиях, что по 
праву можно считать по-настоящему щадящим, не-
разрушающим методом.

Компания HVPD предлагает широкий спектр 

диагностических систем. Это и компактный прибор 
предварительной квалификации оборудования на 
наличие частичных разрядов — PDSurveyor, и систе-
мы постоянного мониторинга ЧР — Mini Monitor, Multi 
Portable Monitor (уже представленный в России как 
LPD-Monitor от SebaKMT), Longshot, Multi Permanent 
Monitor. Данные приборы предназначены для перио-
дического мониторинга уровней ЧР и их активности, 

отличаются количеством каналов, а следователь-
но, и количеством оборудования, с которым можно 
работать одновременно (4 канала, 16 каналов, 96 
каналов и более). Отдельное место в этом списке 
занимает прибор Longshot, объединяющий в себе 
систему мониторинга, рефлектометр и систему ло-
кализации мест возникновения ЧР. Благодаря воз-
можностям расширения системы Multi Permanent 
Monitor возможна реализация полноценной системы 
диагностики всей сети (кабелей и электрооборудо-
вания) в режиме реального времени (рис. 1).

По заявлению производителя данные системы 

универсальны и позволяют проводить диагностику 
кабельных линий, трансформаторов, КРУЭ, двига-
телей, генераторов, разрядников и конденсаторов 
вплоть до 700 кВ. В России всё больший интерес 
приобретают системы диагностики методом ИЧР 
силовых кабельных линий. Это обусловлено тем, 
что в большинстве своём распределительные сети 
переходят на кабель с изоляцией из сшитого поли-
этилена. Как показывает огромное количество пе-
чальных примеров, проведение монтажных работ с 
кабельными линиями без последующего обязатель-
ного диагностирования методом ИЧР, при их вводе в 
эксплуатацию может обернуться развитием дефек-
тов изоляции, которые практически не выявляются 
приёмо-сдаточными испытаниями повышенным на-
пряжением.

Диагностика методом ИЧР на протяжении не-

скольких десятилетий оправдывает себя во многих 
странах мира. Как показывает опыт зарубежных 
производителей диагностического оборудования, в 
85% случаев выходу энергетического оборудования 

Рис. 1. Широкий спектр диагностических систем компании HVPD 

1 — PDSurveyor, 2 — Mini Monitor, 3 — Multi Portable Monitor, 4 — Longshot, 5 — Multi Permanent Monitor, 
6 — система мониторинга в реальном времени.

1

2

4

5

6

3


Page 4
background image

68

«КАБЕЛЬ-news», № 1, 2012, www.kabel-news.ru

за PD Reader, в которой для анализа и описания ха-
рактеристик импульсов, полученных для частичного 
разряда в кабеле, распределительном устройстве и 
для шума, используется программная модель рас-
познавания событий. 

Датчики универсальны для всех приборов HVPD 

и отличаются только своей конструкцией и принци-
пом действия. Это связано с их использованием с 
различным типом оборудования. 

Для измерения ЧР в кабелях среднего и высоко-

го класса напряжения применяются датчики HFCT 
(трансформаторы тока высокой частоты). Это ин-
дукционные датчики различных размеров, устанав-
ливаемые вокруг вывода экрана или каждой жилы 
кабельной линии. Установка данных датчиков име-
ет некоторые особенности. Когда во внутренней 
структуре изоляции (между проводником и зазем-
лённым экраном) возникает частичный разряд, в 
обоих проводниках генерируется импульс ЧР (ток 
ЧР для проводника равен i+, ток ЧР в заземлённом 
экране — i-). Эти импульсные сигналы имеют одина-
ковую величину, но противоположную полярность. 
В результате, если вокруг всего кабеля (включаю-
щего проводник и заземлённый экран) установлен 
датчик HFCT, полный ток от импульсов ЧР будет 
нулевым. Таким образом, для измерения сигнала 
частичного разряда необходимо использовать лю-
бой из этих проводников по отдельности и измерять 
либо ток ЧР в проводнике (i+), либо ток ЧР в зазем-
лённом экране (i-). Благодаря этому имеются раз-
личные варианты подключения датчиков (рис. 3, 4).

Рис. 3. Варианты подключения датчиков 

к кабельной линии

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ

из строя предшествовало значительное повышение 
уровня ЧР в месте аварии. Для кабельных линий 
практически все частичные разряды будут приво-
дить к повреждению изоляции кабелей до той или 
иной степени. Эффект действия частичных разря-
дов на изоляцию можно рассматривать как эффект 
воздействия ионизирующего излучения на живые 
ткани организма человека. Возникает вопрос: какой 
уровень излучения опасен? Точно так же спрашива-
ют о критичных уровнях частичных разрядов в вы-
соковольтных системах. Правильный ответ: это от-
сутствие безопасного уровня. В любом случае при 
низком уровне воздействия ЧР на изоляцию просто 
пройдёт больше времени, прежде чем повреждение 
заявит о себе (рис. 2).

Для диагностики под напряжением используются 

специальные датчики, которые регистрируют им-
пульсы ЧР за 1 период промышленной частоты 50 Гц 
(длительность 20 мс), а для обработки полученных 
результатов — специальное ПО PD Gold. Оно пред-
назначено для измерения и записи активности ЧР за 
период времени от 2 до 5 минут, со сбором подроб-
ных данных за 10 циклов питания 50 Гц с 30 оциф-
рованными «сегментами формы сигнала», собран-
ными за каждый цикл, для каждого подключённого 
датчика (240—750 сегментов для каждого датчика). 
Далее с информацией работает программа анали-

Рис. 2. Воздействие ЧР на кабель

1 — следы ЧР в кабеле БМ 11 кВ; 2 — следы ЧР 
во второй фазе трансформатора 110 кВ; 3 — следы 
ЧР в оборудовании. Данные примеры выявлены спе-
циалистами HVPD при помощи установки Longshot.

Принцип подключения датчиков HFCT для пра-

вильного измерения ЧР в кабельной линии накла-
дывает определённые требования к её конструк-
ции. Так, подключение датчика HFCT невозможно в 
случае отсутствия изолирующей прокладки между 
выводом экрана кабеля и оборудованием, если нет 
доступа к экрану и жиле кабеля или если на пере-
мычке между заземлителем и выводом экрана ка-

1

3

2


Page 5
background image

69

«КАБЕЛЬ-news», № 1, 2012, www.kabel-news.ru

беля отсутствует место для подключения датчика 
(рис. 5).

Частичные разряды по месту своего возникно-

вения следующие — ЧР между жилой и экраном и 
ЧР между жилой и жилой в случаях трёхфазного ис-
полнения кабеля. ЧР, возникающие между жилой 
и экраном, — это наиболее критичные ЧР, так как 
именно они в 75% случаев приводят к пробою изо-
ляции кабельной линии. Данный вид ЧР легко лока-
лизуется при реализации любого вида подключения 
датчика, описанного ранее. ЧР, возникающие между 
жилами кабельной линии, менее критичны для её 
выхода из строя. Это обусловлено самой конструк-
цией кабельной линии, так как жилы почти не под-
вергаются механическим повреждениям при про-
кладке кабельных линий, в отличие от слоя внешней 

изоляции, и разность потенциалов, и напряжённость 
электрического поля незначительны для провокации 
дефекта. ЧР между жилами можно регистрировать 
только при непосредственном подключении датчи-
ков на каждую жилу кабельной линии. Это связано с 
тем, что значения ЧР на каждой жиле будут равны по 
своему абсолютному значению, но противоположны 
по величине, и в итоге суммарное значение импуль-
са на общем экране кабеля равно нулю. Поэтому при 
тестировании трёхжильных кабелей с общей изоля-
цией, в случае невозможности установки датчиков 
на каждую жилу кабельной линии и при размещении 
датчика на общем экране, ЧР между жилами реги-
стрироваться не будут (рис. 6).

HFCT измеряет величину ЧР в пКл. Датчик об-

ладает своим постоянным переходным сопротив-
лением Z

пер

. Импульс ЧР, возникающий в изоляции 

кабеля, регистрируется, при этом происходит изме-
рение его напряжения. Зная Z

пер

, можно вычислить 

ток ЧР. Благодаря характеристикам среды высоко-
вольтных кабелей протекающие по нему высоко-
частотные импульсы тока объединяются в единое 
целое, а это значит, что степень частичного разря-
да можно рассчитать без какой-либо калибровки по 
формуле 1: 

          

Конец импульса

 

 

      Q

чп

= 1/Z

пер

 

 U

вых

 dt, 

(1)

           Начало импульса

где Z

пер

 — постоянное переходное сопротивление 

датчика HFCT, U

вых

 — напряжение на выходе датчи-

ка HFCT в милливольтах.

Импульсы ЧР попадают в линию электропереда-

чи с известными характеристиками. Это означает, 
что однополюсная природа частичного разряда со-
храняется по мере перемещения импульса ЧР по ка-
белю. Такие типы импульсов имеют типовую частоту 
от сотен кГц (для дальних точек частичного разряда) 
до 4 МГц (для ближних точек частичного разряда). 
В данном случае отдельного обсуждения заслужи-
вают импульсы ЧР в концевых заделках.

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ

Рис. 4. Подключение двух датчиков HFCT: 

на жилы кабеля и на вывод экрана кабеля 

при тестировании кабельной линии при помощи 

установки Longshot

Рис. 5. Примеры конструкций кабельных линий, на которых невозможна установка датчиков HFCT

В данном случае продемонстрированы два варианта 
подключения на одном кабеле. При этом прибор ото-
бражает показания по двум независимым каналам с 
возможностью отдельного просмотра каждого кана-
ла или в формате наложения показаний.

1

3

2


Page 6
background image

70

«КАБЕЛЬ-news», № 1, 2012, www.kabel-news.ru

Импульсы ЧР в конце-

вых заделках идентифи-
цируются и локализуются 
при помощи датчиков TEV 
(переходное напряжение на 
землю). Это устройство с 
ёмкостной связью, которое 
регистрирует импульсы ЧР 
в кабеле и оборудовании, 
протекающие на заземле-
ние металлической поверх-
ности. Датчики TEV крепят-
ся на поверхности любого 
электротехнического объ-
екта при помощи магнит-
ного корпуса или двусто-
роннего скотча (рис. 7). 
Импульсы ЧР, локализуе-
мые датчиком TEV, имену-
ются локальными или мест-
ными. Эти импульсы имеют 

более высокую частоту, нежели импульсы в кабель-
ной линии  — до 100 МГц — TEV, до 4 МГц — HFCT 
(рис. 8). Значение величины ЧР, рассчитанное при 
помощи показаний датчика TEV, указывается в Дб 
(формула 2). 

 

 

Q = 20Log • U

вых

, (2)

где Q  — в Дб, U

вых

 — в мВ. 

При локализации ЧР в оборудовании (трансфор-

маторы, генераторы, КРУЭ) датчики ЧР размещают-
ся на поверхностях объектов, и локализация места 
возникновения осуществляется путём перестановки 
датчиков и сравнения показаний. Также, в зависи-
мости от формы импульса ЧР, его частоты, того, как 
он возникает в периоде 50 Гц, можно судить о его 
природе и месте возникновения.

Приведённое описание измерения импульсов 

справедливо для всех приборов HVPD, большая 
часть которых предназначена для измерения уров-
ней ЧР и плотности их возникновения в течение 

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ

Рис. 6. Разница между измерениями различных типов ЧР была 

продемонстрирована на примере измерения ЧР на кабеле 

ОАО «Ленэнерго» 1343Б-1369Б

Как видно из снятых показаний, суммарное значение ЧР фаз «B» и «C» = 8 
мВ, а ЧР на фазу «А» = -8 мВ. В результате в случае установки датчиков на 
экран кабеля и на заземления ЧР не видны.

1 — вид импульса ЧР в кабельной линии; 2 — импульс ЧР в концевой заделке. Зелёный — показания датчи-
ка TEV, красный — показания датчика HFCT. ЧР регистрируется и на кабеле, и в ячейки, что указывает на 
его возникновение именно в концевой заделке.

Рис. 8. Измерение ЧР по двум каналам в режиме наложения 

Рис. 7. Установка датчиков HFCT 

и TEV в ячейке

1

2


Page 7
background image

71

«КАБЕЛЬ-news», № 1, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ

периода времени мониторинга. Мони-
торинг ЧР позволяет заблаговремен-
но получать информацию об авариях, 
связанных со снижением прочности 
изоляции кабелей и электротехниче-
ских объектов. Мониторинг важен ещё 
и тем, что зачастую о степени критич-
ности дефекта следует не только су-
дить по абсолютной величине ЧР, но и 
учитывать частоту, с которой ЧР воз-
никают. Это напрямую связано с раз-
витием дефекта и приближением вре-
мени аварийной ситуации (рис. 9).

Данные примеры выявлены специа-

листами HVPD при помощи установок 
Longshot и Mini Monitor.

Дополнительного обсуждения тре-

бует установка Longshot, которая, 
помимо мониторинга 4 электротех-
нических объектов одновременно, в 
сочетании с программой PD Map, пор-
тативным транспондером и датчиками HFCT может 
использоваться для точного обнаружения местона-
хождения ЧР по длине кабельной линии (рис. 10). 
Данная технология использует принцип измерения 
времени прохождения сигнала. Поступающий из изо-
ляции кабеля импульс частичного разряда проходит 
как по заземлённому экрану, так и по жиле кабеля. 
Измерение разницы во времени между приёмом пря-
мого импульса и импульса, отражённого от дальнего 
конца кабеля, позволяет определить место частично-
го разряда в кабеле с точностью менее 1% от его дли-
ны. Оборудование HVPD с помощью данного метода 
успешно обнаруживает места частичного разряда в 
кабеле с точностью менее 0,5% от длины (рис. 11).

При возникновении частичного разряда импуль-

сы перемещаются по экрану кабеля и его жиле в 
обоих направлениях от места разряда. Первый им-

пульс (прямой) поступает прямо на тот конец кабеля, 
где проводится измерение. Вторым импульсом, по-
зволяющим определить место частичного разряда, 
является импульс, отражённый от противоположно-
го конца кабеля и достигший того конца, на котором 
производится измерение. Такая технология называ-
ется «одностороннее обнаружение места частичного 
разряда» и является наиболее простым и быстрым 
методом обнаружения места разряда в кабеле, на-
ходящемся под напряжением. Разница по времени 
между первыми двумя импульсами (прямым и отра-
жённым) 

T указывает на место частичного разряда. 

Оба импульса продолжают перемещаться по кабе-
лю, пока их уровень не сравняется с уровнем шу-
мов. В течение этого времени импульсы отражаются 
точно на расстоянии L (время возврата импульса по 
кабелю) от предыдущего появления на той стороне 

Рис. 9. Уровень и частота возникновения ЧР за период времени мониторинга

1 — кабель СП, активность ЧР до и после замены дефектной муфты; 2 — кабель БМ, активность ЧР, развитие 
дефекта до пробоя.

Рис. 10. Обнаружение местонахождения ЧР по длине кабельной 

линии с помощью установка Longshot

Рис. 11. Локализация ЧР в кабеле. Односторонние измерения

1

2


Page 8
background image

72

«КАБЕЛЬ-news», № 1, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально

ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÀ

кабеля, где проводится измерение. Это приводит к 
появлению серии импульсов уменьшающейся ам-
плитуды, располагающихся друг от друга на рассто-
янии L. Если L — это время возврата по кабелю (что 
можно легко измерить с помощью устройства HVPD 
Longshot с программой PD Map), то местоположение 
частичного разряда будет следующим (формула 3):

расстояние от стороны измерения

      (в % от длины кабеля) = 100 (1 — 

T/L).     

(3)

В то время как метод одностороннего поиска ме-

ста частичного разряда можно использовать в иде-
альных условиях, практика поиска местоположения 
частичного разряда в высоковольтных кабелях (как 
в рабочем, так и в нерабочем режиме) показала, 
что методы одностороннего измерения сложно ис-
пользовать на длинных кабелях и в некоторых дру-
гих случаях. Длинные кабели с высоким затуханием 
снижают амплитуду отражённого импульса до такой 
степени, что он теряется в фоновом шуме.

Формы сигналов, полученные при измерении ча-

стичного разряда, сложно интерпретировать из-за 

помех, например, импульсных шумов электродви-
гателей, к которым подключён силовой кабель. Ре-
шением данной проблемы является использование 
портативного транспондера PTT 2000-CT (состоит 
из датчика HFCT, транспондера и импульсного гене-
ратора), специально разработанного для поиска ме-
ста частичного разряда в описанных выше случаях. 
Общий принцип работы заключается в следующем 
(рис. 12). Если датчик HFCT, подключённый к транс-
пондеру, принимает импульс, который превышает 
регулируемый уровень его запуска, то устройство за-
пуска передаёт сигнал на импульсный генератор, а он 
подаст мощный импульс 100 В (на 50 Ом) на устрой-
ство HFCT, которое, в свою очередь, передаст этот 
мощный импульс в кабель. Этот процесс позволяет 
превратить одностороннюю систему поиска местопо-
ложения частичного разряда в двустороннюю. 

О результатах применения систем HVPD в 

электрических сетях России, критериях оценки 
ЧР, рекомендуемых HVPD для кабелей и обору-
дования под рабочим напряжением, и сравнении 
результатов измерений офлайн- и онлайн- си-
стем читайте в следующем номере журнала.

Рис. 12. Принципиальная схема двусторонних измерений и сравнение амплитуды отражённого 

импульса с использованием транспондера и без него


Читать онлайн

Применение систем диагностики в кабельной сети уже привычное дело для крупных энергетических компаний. Одним из перспективных направлений в этой области является диагностика методом локализации и измерения частичных разрядов (ИЧР).

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

От НИОКР до промышленной эксплуатации: новая разработка ПАО «Россети Ленэнерго» успешно интегрирована в ССПИ ОМП «ИНБРЭС»

Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Воздушные линии Диагностика и мониторинг
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»