Дмитрий
ПОРОТИКОВ
,
начальник
отдела
диагностики
и
перенапряжения
«
Россети
Волга
»
Измерение
уровня
и
локализация
частичных
разрядов
в
кабельных
линиях
35–110
кВ
В
се
более
широкое
применение
в
России
при
рекон
-
струкции
и
новом
строительстве
кабельных
линий
находят
кабели
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтиле
-
на
(
СПЭ
).
Это
,
в
первую
очередь
,
связано
с
высо
-
кими
эксплуатационными
характеристиками
данного
клас
-
са
кабелей
:
большими
строительными
длинами
,
меньшим
весом
,
расширенным
рядом
номинальных
сечений
,
мень
-
шим
радиусом
изгиба
и
диаметра
по
отношению
к
кабелям
с
бумажно
-
масляной
изоляцией
,
а
также
с
возможностью
технического
диагностирования
состояния
изоляции
нераз
-
рушающими
методами
контроля
и
оценки
состояния
муфт
и
нагрузочной
способности
автоматизированными
система
-
ми
мониторинга
и
технического
диагностирования
(
АСМД
).
В
компании
«
Россети
Волга
» (
ПАО
«
МРСК
Волги
»)
экс
-
плуатируются
кабельные
линии
с
изоляцией
СПЭ
классов
на
-
пряжения
6–110
кВ
.
Данные
линии
проложены
за
2006–2017
годы
и
относятся
как
к
«
вновь
введенному
электрооборудо
-
ванию
»,
так
и
к
«
эксплуатационному
электрооборудованию
».
Следовательно
,
дефекты
,
выявляемые
при
проведении
диа
-
гностики
,
можно
отнести
как
к
браку
при
монтаже
(
во
время
приемо
-
сдаточных
испытаний
),
так
и
к
дефектам
,
появившим
-
ся
в
процессе
эксплуатации
.
Кабель
,
вышедший
из
стен
завода
,
гарантированно
имеет
уровень
ЧР
не
выше
10
пКл
по
заявлениям
заводов
-
изгото
-
вителей
.
Уровни
ЧР
в
соединительных
муфтах
зависят
,
как
правило
,
не
столько
от
качества
самой
муфты
,
сколько
от
квалификации
персонала
,
проводящего
монтаж
.
Учитывая
этот
факт
,
прием
вновь
смонтированной
кабельной
линии
35–
110
кВ
у
монтажной
организации
целесообразно
проводить
только
после
диагностики
ЧР
в
изоляции
.
Данное
требова
-
ние
в
отношении
кабельных
линий
110
кВ
закреплено
в
СТО
34.01-23.1-001-2017 «
Объем
и
нормы
испытания
электрообо
-
рудования
»,
однако
,
как
будет
понятно
из
нижеизложенного
,
требования
измерения
и
локализации
ЧР
в
кабельных
линиях
35
кВ
также
актуально
.
МЕТОД
ДИАГНОСТИКИ
В
силовых
КЛ
основными
причинами
снижения
электриче
-
ской
прочности
изоляции
в
процессе
длительной
эксплуата
-
ции
(
то
есть
старения
изоляции
)
или
некачественного
монта
-
жа
соединительных
и
концевых
муфт
являются
воздействия
частичных
разрядов
(
ЧР
)
и
повышенных
температур
.
Физи
-
ческие
процессы
в
изоляции
силовых
кабелей
под
воздей
-
ствием
ЧР
(
то
есть
микроразрядов
,
возникающих
в
местах
неоднородности
изоляции
при
воздействии
рабочего
напря
-
жения
)
к
настоящему
времени
изучены
достаточно
хорошо
.
Разработаны
и
различные
методы
измерения
характеристик
ЧР
в
силовых
КЛ
,
которые
реализованы
в
отечественных
и
зарубежных
приборах
и
установках
различных
конструк
-
ций
.
Одним
из
эффективных
диагностических
методов
для
оценки
состояния
изоляции
всех
типов
кабелей
—
методом
контроля
характеристик
ЧР
—
является
система
OWTS
(Oscillating Wave Test System),
которая
реализована
методом
измерения
ЧР
осциллирующим
затухающим
напряжением
.
OWTS HV 150
позволяет
определять
величину
,
интенсив
-
ность
,
напряжение
возникновения
и
гашения
ЧР
,
локализо
-
вывать
место
их
возникновения
в
КЛ
,
кроме
того
,
измерять
величину
тангенса
угла
диэлектрических
потерь
и
емкости
На
данный
момент
в
компании
«
Россети
Волга
»
накоплен
зна
-
чительный
опыт
диагностики
кабелей
среднего
и
высокого
напряжения
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
методом
из
-
мерения
уровня
и
локализации
частичных
разрядов
(
ЧР
)
сис
-
темой
OWTS HV 150
производства
фирмы
Seitz Instru ments AG.
За
2009–2018
годы
диагностика
кабелей
35–110
кВ
проводи
-
лась
более
150
раз
.
Целью
диагностики
была
оценка
состоя
-
ния
изоляции
и
скорости
нарастания
ЧР
в
дефектных
местах
.
22
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3(14),
сентябрь
2019
Диагностика
и
мониторинг
кабельной
линии
.
По
совокупности
пара
-
метров
может
быть
сделано
обоснованное
заключение
о
техническом
состоянии
и
про
-
блемных
местах
диагностируемой
КЛ
.
На
рисунке
1
представлена
схема
OWTS
HV 150,
состоящая
из
силового
кабеля
высо
-
кого
напряжения
(1),
делителя
высокого
на
-
пряжения
и
анализатора
частичных
разрядов
(2),
индуктора
7
Н
150
кВ
(3),
источника
высо
-
кого
напряжения
150
кВ
(4)
и
компьютерного
блока
управления
(5).
Вес
всей
системы
со
-
ставляет
300
кг
,
напряжение
— 220
В
,
мак
-
симальная
нагрузка
при
150
кВ
— 8
μ
F.
На
рисунке
2 —
вид
собранной
системы
при
ис
-
пытании
кабельной
линии
110
кВ
.
Диагностика
с
использованием
системы
OWTS
выполняется
на
отключенной
и
отсо
-
единенной
с
двух
сторон
КЛ
.
Перед
началом
диагностирования
производится
калибров
-
ка
системы
с
целью
уточнения
длины
КЛ
и
определения
ожидаемой
амплитуды
ЧР
.
После
калибровки
каждая
фаза
КЛ
последо
-
вательно
заряжается
в
течение
нескольких
секунд
постоянным
напряжением
до
вы
-
бранной
величины
,
не
превышающей
ам
-
плитуду
номинального
линейного
напряже
-
ния
КЛ
.
После
зарядки
фаза
КЛ
с
помощью
электронного
переключателя
подключается
через
резонансную
катушку
к
заземленному
экрану
кабеля
.
В
процессе
разряда
кабеля
возникают
затухающие
синусоидальные
колебания
,
частота
которых
зависит
от
ем
-
кости
диагностируемого
объекта
.
Бегущая
волна
инициирует
ЧР
в
изоляции
КЛ
,
кото
-
рые
фиксируются
и
сохраняются
в
памяти
компьютера
системы
OWTS
для
последую
-
щей
обработки
с
целью
определения
ампли
-
туды
и
местоположения
ЧР
по
длине
КЛ
.
Так
как
амплитуда
испытательного
напряжения
является
затухающей
,
то
можно
точно
опре
-
делить
напряжение
,
при
котором
возникают
и
гаснут
ЧР
.
Колебательное
напряжение
при
-
кладывается
к
объекту
в
течение
нескольких
сот
миллисекунд
и
поэтому
не
нагружает
кабель
и
не
повреждает
его
.
Локализация
ЧР
в
КЛ
осуществляется
c
использованием
метода
рефлектометрии
по
результатам
ре
-
гистрации
двух
импульсов
от
одного
и
того
же
ЧР
—
первичного
импульса
и
импульса
,
отраженного
от
конца
КЛ
.
Пошаговая
хроно
-
логическая
схема
проведения
диагностики
ЧР
с
помощью
системы
OWTS HV 150
пред
-
ставлена
на
рисунке
3.
Рис
. 1.
Схема
OWTS HV 150
1
2
3
4
5
Рис
. 2.
Система
OWTS HV 150
при
испытании
кабельной
линии
110
кВ
Рис
. 3.
Схема
проведения
диагностики
ЧР
с
помощью
системы
OWTS HV 150
30–40
мин
.
30–40
мин
.
2–3
дня
10
мин
./
фаза
30
мин
./
фаза
Сборка
системы
OWTS HV 150
Амплитуда
ЧР
(IEC 60270)
Скорость
распространения
ЧР
Подключение
в
/
в
кабеля
и
кабеля
заземления
Измерение
ЧР
и
tg
при
PDIV,
U
0
, 1,5
U
0
, 2
U
0
Отсоединение
в
/
в
кабеля
и
кабеля
заземления
Анализ
результатов
и
создание
отчета
о
состоянии
кабеля
Отсоединение
и
разборка
системы
Калибровка
Создание
колебательной
волны
и
измерение
ЧР
Анализ
результатов
в
офисе
и
создание
отчета
23
По
результатам
диагностики
составляется
отчет
о
техническом
состоянии
КЛ
,
в
котором
содержатся
све
-
дения
о
кабельной
линии
:
тип
кабеля
,
расстояние
между
муфтами
,
уровни
и
интенсивность
измеренных
ЧР
и
т
.
д
.,
на
основании
чего
делается
заключение
о
наличии
«
про
-
блемных
мест
»
и
,
как
правило
,
устанавливается
срок
по
-
вторной
диагностики
.
Перед
проведением
диагностики
необходимо
рас
-
смотреть
ряд
технических
и
организационных
вопросов
:
1.
Проектное
решение
КЛ
,
компоновка
РУ
,
фотографии
с
места
проведения
испытаний
.
2.
Составление
графического
плана
расположения
оборудования
,
с
указанием
высот
и
расстояний
до
заземленных
час
тей
.
3.
Информация
для
подключения
испытательной
сис
-
темы
О
WTS 150:
–
конструкция
контактного
соединения
на
концевой
муфте
;
–
наличие
и
конструкция
адаптера
для
подключе
-
ния
к
КРУЭ
;
–
высота
портала
концевой
муфты
.
4.
Определение
места
подключения
(220
В
, 3
кВт
)
сис
-
темы
диагностики
с
указанием
расстояния
до
испы
-
тательной
системы
О
WTS 150.
5.
Информация
об
испытываемой
КЛ
(
год
прокладки
,
тип
,
номинальное
напряжение
,
длина
,
расстояние
до
соединительных
муфт
,
схема
заземления
экрана
,
есть
ли
транспозиция
экрана
и
т
.
д
.).
6.
Программа
проведения
измерений
(
определение
на
-
пряжения
,
до
которого
будет
происходить
оценка
на
-
личия
ЧР
в
кабельной
линии
).
7.
Возможность
проведения
диагностики
КЛ
с
обоих
концов
.
ОЦЕНКА
РЕЗУЛЬТАТОВ
ДИАГНОСТИКИ
Кабельные
линии
110
кВ
выполняются
с
различными
спо
-
собами
подключения
к
электрооборудованию
,
в
частности
:
1)
подключение
одного
конца
кабельной
линии
к
распре
-
делительному
устройству
(
шинам
110
кВ
подстанции
или
переходному
пункту
),
а
второй
конец
заведен
в
ком
-
плектное
распределительное
устройство
(
КРУЭ
с
элега
-
зовой
или
вакуумной
изоляцией
);
2)
подключение
одного
конца
кабельной
линии
напрямую
к
ВЛ
110
кВ
на
опоре
(
без
организации
переходных
пун
-
ктов
),
а
второй
конец
заведен
в
комплектное
распреде
-
лительное
устройство
(
КРУЭ
с
элегазовой
или
вакуум
-
ной
изоляцией
).
При
проведении
технического
диагностирования
воз
-
никает
ряд
вопросов
,
связанных
с
оборудованием
КРУЭ
,
к
которому
кабельная
линия
подключена
с
помощью
разъ
-
емов
-
коннекторов
CONEX.
Существующие
схемы
КРУЭ
в
большинстве
случаев
обладают
коммутационными
аппа
-
ратами
,
позволяющими
отключать
кабель
от
КРУЭ
,
однако
некоторые
схемы
не
имеют
такой
возможности
.
Стандартная
прокладка
кабельной
линии
35
кВ
,
как
правило
,
подразумевает
наличие
с
обоих
концов
кабель
-
ной
линии
концевых
муфт
и
отсутствие
транспозиции
экра
-
нов
на
кабелях
с
СПЭ
-
изоляцией
,
вследствие
чего
техниче
-
ское
диагностирование
с
обоих
концов
кабеля
не
вызывает
затруднений
.
При
проведении
технического
диагностирования
ка
-
бельных
линий
35
кВ
,
выявляются
проблемы
с
изоляцией
.
При
измерениях
выявлены
достаточно
высокие
уровни
ЧР
с
низким
напряжением
зажигания
.
Кроме
того
,
изоляция
оболочки
снижена
из
-
за
дефектов
,
возникших
вследствие
нарушения
технологии
прокладки
кабеля
подрядными
ор
-
ганизациями
.
На
одной
из
линий
были
обнаружены
проблемные
ме
-
ста
на
фазах
В
(
рисунок
4)
и
С
(
рисунок
5).
Рис
. 4.
Дефекты
изоляции
оболочки
фазы
В
24
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3(14),
сентябрь
2019
Диагностика
и
мониторинг
Рис
. 5.
Дефекты
изоляции
оболочки
фазы
C
Рис
. 6.
Следы
ЧР
из
-
за
некачественного
монтажа
,
выявленные
при
диагностике
25
Изоляция
кабельной
линии
была
успешно
испыта
-
на
повышенным
напряжением
частоты
0,1
Гц
.
По
ре
-
зультатам
повторной
диагностики
данные
предыдущих
измерений
подтвердились
,
более
того
присутствовали
места
,
в
которых
наблюдалась
устойчивая
тенденция
к
увеличению
интенсивности
и
повышению
уровня
ЧР
.
Данные
места
предположительно
совпадали
с
рас
-
положением
соединительных
муфт
.
Спустя
довольно
короткий
промежуток
времени
кабельная
линия
вышла
из
строя
.
Отыскание
места
повреждения
строилось
на
основе
результатов
диагностики
,
в
зоне
с
наибольшей
интенсивностью
и
наибольшим
уровнем
ЧР
,
что
заметно
сократило
время
,
затраченное
на
поиск
повреждения
.
Вместе
с
поврежденной
муфтой
была
демонтирована
пока
еще
«
живая
»
муфта
на
соседней
фазе
,
так
как
при
диагностике
в
ней
были
выявлены
высокие
уровни
ЧР
.
После
вскрытия
данной
«
живой
»
муфты
представителя
-
ми
фирмы
Raychem
были
обнаружены
следы
ЧР
из
-
за
некачественного
монтажа
(
рисунок
6).
Диагностика
КЛ
с
бумажно
-
масляной
изоляцией
проводилась
на
кабеле
типа
АОСБ
-35 3×150 35
кВ
,
про
-
ложенном
в
1957
году
.
По
длине
линии
,
равной
5400
м
,
были
установлены
более
100
соединительных
муфт
.
В
связи
с
этим
карта
распределения
ЧР
приняла
вид
«
шкуры
леопарда
»,
то
есть
мест
возникновения
раз
-
рядов
было
достаточно
много
,
и
максимальный
их
уро
-
вень
—
около
7000
пКл
,
хотя
интенсивность
слабая
.
Карта
распределения
ЧР
в
кабеле
с
бумажно
-
масляной
изоляцией
представлена
на
рисунке
7.
Исходя
из
результатов
технического
диагностирова
-
ния
кабельных
линий
с
бумажно
-
масляной
изоляцией
можно
сделать
вывод
о
том
,
что
локализация
дефек
-
тов
вдоль
трассы
кабеля
с
данным
типом
изоляции
за
-
труднительна
вследствие
возникновения
единичных
ЧР
с
высокой
амплитудой
непосредственно
в
теле
кабеля
(
пустотах
пропитки
).
ВЫВОДЫ
Необходимо
отметить
,
что
благодаря
инструменту
технического
диагностирования
,
позволяющему
оценивать
наличие
и
локали
-
зовывать
ЧР
вдоль
трассы
кабеля
,
становится
очевидным
,
что
мы
имели
неверное
представление
о
техническом
состоянии
эксплуатируемых
КЛ
,
сформированное
по
результатам
испыта
-
ний
и
измерений
.
Кабельные
линии
с
бумажно
-
масляной
изоляцией
находятся
в
эксплуатации
длительный
срок
,
часто
превышающий
норми
-
руемый
срок
эксплуатации
,
поэтому
правомерно
по
результатам
диагностики
и
испытаний
ставить
вопрос
о
целесообразности
их
дальнейшей
эксплуатации
,
имея
ввиду
значительные
затраты
на
восстановление
повреждений
и
эксплуатацию
.
Для
вновь
смонтированных
кабельных
линий
35–110
кВ
с
изоляцией
из
СПЭ
техническое
диагностирование
методом
из
-
мерения
(
и
что
не
менее
важно
—
локализация
ЧР
)
позволяет
на
стадии
пусконаладочных
работ
(
до
приема
КЛ
в
эксплуатацию
)
выявить
целый
ряд
проблем
,
связанных
с
некачественным
мон
-
тажом
кабельной
арматуры
или
прокладкой
кабеля
без
соблю
-
дения
технологии
подрядными
организациями
.
Прокладывать
КЛ
с
изоляцией
СПЭ
нужно
очень
аккуратно
и
бережно
,
доверяя
данную
работу
специализированным
организациям
,
имеющим
опыт
,
квалифицированный
персонал
и
необходимый
набор
технических
средств
,
иначе
кабельные
линии
превращаются
в
«
мины
замедленного
действия
»,
а
мы
становимся
заложника
-
ми
,
а
возникающие
ЧР
в
дальнейшем
обязательно
скажутся
на
безаварийной
и
долговременной
работе
КЛ
.
Диагностирование
КЛ
для
энергокомпаний
дело
новое
,
и
по
-
этому
имеет
место
некоторое
непонимание
разницы
между
диагностикой
и
испытанием
повышенным
напряжением
КЛ
,
за
-
ключающейся
в
сроках
проведения
диагностики
и
возможности
включения
в
работу
КЛ
.
Так
,
в
отличие
от
испытания
повышенным
напряжением
(
годен
/
негоден
к
дальнейшей
эксплуатации
),
техни
-
ческое
диагностирование
кабельной
линии
проходит
в
щадящем
режиме
(
практически
без
стрессовых
воздействий
на
изоляцию
,
работоспособность
кабеля
сохраняется
),
позволяет
получить
представление
о
состоянии
и
качестве
монтажа
КЛ
и
запланиро
-
вать
объем
финансирования
восстановительных
работ
.
Испытание
номинальным
фазным
напряжением
в
течение
24
часов
хотя
и
соответствует
«
Правилам
технической
эксплуа
-
тации
станций
и
сетей
»,
не
дает
представления
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
диагностику
ЧР
в
части
оценки
потенци
-
ально
дефектных
мест
в
изоляции
.
Требование
об
измерении
ЧР
в
отношении
кабельных
муфт
кабельных
линий
110
кВ
закреплено
в
СТО
34.01-23.1-001-2017
«
Объем
и
нормы
испытания
электрооборудования
»,
однако
в
случае
приемо
-
сдаточных
испытаний
для
контроля
монтажа
концевых
и
соединительных
муфт
следует
рассматривать
во
-
прос
о
проведении
измерений
и
локализации
ЧР
на
кабельных
линиях
35
кВ
.
Рис
. 7.
Карта
распределения
ЧР
в
кабеле
с
бумажно
-
масля
-
ной
изоляцией
26
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3(14),
сентябрь
2019
Диагностика
и
мониторинг
На данный момент в компании «Россети Волга» накоплен значительный опыт диагностики кабелей среднего и высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена методом измерения уровня и локализации частичных разрядов (ЧР) системой OWTS HV 150 производства фирмы Seitz Instru ments AG. За 2009–2018 годы диагностика кабелей 35–110 кВ проводилась более 150 раз. Целью диагностики была оценка состояния изоляции и скорости нарастания ЧР в дефектных местах.
