94
д
и
а
г
н
о
с
т
и
к
а
и
м
о
н
и
т
о
р
и
н
г
диагностика и мониторинг
Комплексная система
оптической диагностики
высоковольтных
кабельных линий
Игнатьев
В
.
В
.,
заместитель
главного
инженера
филиала
ПАО
«
МОЭСК
» —
«
Московские
высоковольтные
сети
»
по
системам
связи
Чуприков
С
.
А
.,
начальник
службы
средств
диспетчерского
технологического
управления
филиала
ПАО
«
МОЭСК
» — «
Московские
высоковольтные
сети
»
НАЗНАЧЕНИЕ
КОМПЛЕКСНОЙ
СИСТЕМЫ
ОПТИЧЕСКОЙ
ДИАГНОСТИКИ
ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ
КАБЕЛЬНЫХ
ЛИНИЙ
(
КСОД
ВКЛ
)
Комплексная
система
оптической
диагностики
высоковольтных
ка
-
бельных
линий
(
КСОД
ВКЛ
)
пред
-
назначена
для
регистрации
,
обра
-
ботки
и
отображения
информации
об
эксплуатационных
параметрах
кабельной
линии
на
всем
ее
протя
-
жении
,
точках
чрезмерного
нагрева
и
/
или
повреждений
,
прогнозирова
-
ния
процессов
и
явлений
,
связан
-
ных
с
эксплуатацией
высоковольт
-
ных
кабельных
линий
.
Современный
уровень
техноло
-
гий
оптической
диагностики
и
нали
-
чие
специализированных
программ
-
но
-
аппаратных
средств
позволяют
создавать
комплексные
системы
оп
-
тической
диагностики
высоковольт
-
ных
кабельных
линий
,
состоящие
из
следующих
подсистем
:
1)
подсистема
температурного
кон
-
троля
высоковольтного
кабеля
(
СТК
ВКЛ
);
2)
подсистема
пожарной
сигнализа
-
ции
кабельного
коллектора
;
3)
подсистема
виброакустического
мониторинга
;
4)
подсистема
контроля
токов
транспозиции
кабельной
линии
(
СКТТ
);
5)
подсистема
контроля
охранной
сигнализации
люков
колодцев
транспозиции
;
6)
подсистема
контроля
электрических
параметров
режима
работы
КЛ
;
7)
подсистема
анализа
и
прогнози
-
рования
;
8)
подсистема
вычисления
электри
-
ческих
параметров
и
самодиагнос
-
тики
.
ОСНОВНЫЕ
ПРИНЦИПЫ
РАБОТЫ
СИСТЕМ
ОПТИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА
Физические
воздействия
на
опто
-
волокно
,
такие
как
температура
,
давление
и
сила
натяжения
,
ло
-
кально
изменяют
характеристики
пропускания
света
и
,
как
следствие
,
приводят
к
изменению
характери
-
стик
сигнала
обратного
отражения
.
В
основе
измерительных
систем
на
основе
оптоволоконных
датчи
-
ков
используется
сравнение
спек
-
тров
и
интенсивностей
исходного
лазерного
излучения
и
излучения
,
рассеянного
в
обратном
направле
-
нии
,
после
прохождения
по
оптово
-
локну
.
Оптические
волокна
изготовлены
из
легированного
кварцевого
стекла
.
Кварцевое
стекло
представляет
со
-
бой
разновидность
двуокиси
кремния
(SiO
2
)
с
аморфной
твердотельной
структурой
.
Температурные
воздей
-
ствия
инициируют
вибрации
в
молеку
-
лярной
решетке
.
Когда
свет
попадает
на
термически
возбужденные
моле
-
кулы
,
происходит
взаимодействие
между
световыми
частицами
(
фото
-
нами
)
и
электронами
.
Таким
образом
,
в
оптическом
волокне
происходит
све
-
товое
рассеяние
,
также
известное
как
рамановское
рассеяние
(
рисунок
1).
95
Частота
оптического
излучения
Инт
енсивность
Входное
излучение
с
частотой
0
Рэлеевское
рассеяние
с
частотой
0
Бриллюэновское
рассеяние
с
частотой
0
±
= ~n · 10
ГГц
= ~n · 10
ТГц
Рамановское
рассеяние
с
частотой
0
–
Рамановское
рассеяние
с
частотой
0
+
Рис
. 1.
Рамановское
рассеяние
Обратное
световое
рассеяние
состоит
из
нескольких
спектраль
-
ных
составляющих
:
–
рэлеевское
рассеяние
,
с
дли
-
ной
волны
аналогичной
,
исполь
-
зуемой
в
лазерном
источнике
;
–
стоксовы
компоненты
раманов
-
ского
рассеяния
с
длиной
волны
большей
,
чем
у
используемого
лазерного
источника
,
при
кото
-
рых
испускаются
фотоны
;
–
антистоксовы
компоненты
ра
-
мановского
рассеяния
с
мень
-
шей
длиной
волны
,
по
сравне
-
нию
с
рэлеевским
рассеянием
,
при
которых
фотоны
поглоща
-
ются
.
Самым
современным
обору
-
дованием
в
системе
мониторинга
температуры
является
распреде
-
ленный
оптоволоконный
датчик
температуры
на
основе
рама
-
новских
линий
.
Принцип
работы
датчика
основан
на
том
,
что
ин
-
тенсивность
стоксовой
раманов
-
ской
компоненты
рассеянного
из
-
лучения
практически
не
зависит
от
температуры
,
а
интенсивность
антистоксовой
линии
сильно
свя
-
зана
с
температурой
.
Это
позво
-
ляет
,
определяя
отношение
ин
-
тенсивности
антистоксовой
линии
и
стоксовой
линии
,
определять
значение
температуры
.
Данный
подход
позволяет
избавиться
от
погрешности
,
связанной
с
возмож
-
ными
флуктуациями
мощности
зондирующего
лазерного
импуль
-
са
.
Системы
этого
типа
могут
ра
-
ботать
на
расстоянии
в
несколько
километров
.
Область
применения
:
–
измерение
температуры
обо
-
лочки
высоковольтного
кабеля
возможно
восстановить
картину
рассеяния
света
вдоль
волокна
.
Указанный
процесс
отличается
следующими
особенностями
:
–
в
качестве
источника
исполь
-
зуется
система
с
ультраузкой
полосой
лазера
;
–
оптический
детектор
измеряет
обратно
рассеянное
рэлеев
-
ское
рассеяние
света
;
–
фаза
отраженного
света
зави
-
сит
от
локальных
возмущений
;
–
временные
интервалы
показы
-
вают
местоположение
.
Область
применения
СВАМ
:
–
охрана
подземных
протяжен
-
ных
объектов
и
коммуникаций
,
в
том
числе
высоковольтных
кабельных
линий
;
–
охрана
периметров
подстан
-
ций
.
Организация
работы
системы
виброакустического
мониторинга
представлена
на
рисунке
3.
КОНТРОЛЬ
ТОКОВ
ТРАНСПОЗИЦИИ
КАБЕЛЬНОЙ
ЛИНИИ
В
настоящее
время
кабельные
ли
-
нии
110–500
кВ
выполняются
од
-
нофазными
кабелями
,
имеющими
медные
экраны
.
Основными
схе
-
мами
соединения
и
заземления
экранов
являются
:
–
заземление
экранов
с
двух
сторон
;
–
заземление
экранов
с
одной
стороны
;
–
транспозиция
экранов
(
один
или
несколько
полных
циклов
).
Первая
схема
зачастую
не
при
-
меняется
из
-
за
наведенных
в
экра
-
нах
продольных
токов
промышлен
-
ной
частоты
,
создающих
активные
с
пересчетом
в
температуру
жилы
;
–
пожарная
сигнализация
в
ка
-
бельных
коллекторах
.
СИСТЕМА
ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА
(
СВАМ
)
Интеллектуальная
система
ви
-
броакустического
мониторинга
(
СВАМ
) —
это
новое
поколение
систем
безопасности
для
контро
-
ля
протяженных
объектов
и
охра
-
ны
периметров
особо
значимых
сооружений
.
Информация
считы
-
вается
по
всей
длине
волоконно
-
оптического
кабеля
,
используя
технологию
распределенного
аку
-
стического
датчика
(DAS).
Система
измеряет
акустиче
-
скую
амплитуду
,
фазу
и
частоту
,
синхронизированные
со
време
-
нем
,
вдоль
каждой
позиции
кабе
-
ля
,
используя
его
в
качестве
аку
-
стической
антенны
(
рисунок
2).
Это
позволяет
СВАМ
предлагать
возможности
,
недоступные
для
остальных
распределенных
си
-
стем
мониторинга
,
а
именно
:
ло
-
кализацию
событий
(
определение
местоположения
возмущения
не
только
непосредственно
вдоль
ка
-
беля
,
но
и
на
расстоянии
несколь
-
ких
десятков
метров
от
него
),
акустическую
томографию
,
обна
-
ружение
вторжений
.
Принцип
действия
распре
-
деленных
оптических
датчиков
СВАМ
основан
на
эффекте
под
-
верженности
светового
импульса
,
распространяющегося
вдоль
во
-
локна
,
рэлеевскому
рассеянию
.
Детектируя
временной
отклик
све
-
та
,
отраженного
от
конца
линии
,
Рис
. 2.
Система
вибро
-
акустического
мониторинга
(
СВАМ
)
Вибрации
Начальная
фаза
Смещение
фазы
из
-
за
вибрации
Когерентная
оптическая
рефлектометрия
во
временной
области
(COTDR)
№
2 (47) 2018
96
потери
мощности
в
экранах
,
нагре
-
вающих
кабель
,
снижающих
его
пропускную
способность
и
приво
-
дящих
к
увеличению
потерь
элек
-
трической
энергии
.
Для
борьбы
с
токами
и
миними
-
зации
потерь
в
экранах
одинаково
эффективны
заземление
экранов
с
одной
стороны
и
транспозиция
экранов
.
Однако
по
условиям
огра
-
ничения
наводимого
на
экраны
на
-
пряжения
промышленной
частоты
,
пропорционального
длине
кабеля
,
одностороннее
заземление
го
-
дится
лишь
для
коротких
кабе
-
лей
(
длиной
до
нескольких
сотен
метров
),
а
в
остальных
случаях
следует
применять
транспозицию
экранов
—
один
или
несколько
полных
циклов
транспозиции
.
На
рисунке
4
изображены
два
полных
цикла
транспозиции
экра
-
нов
однофазных
кабелей
при
разном
обустройстве
узла
сопря
-
жения
соседних
циклов
с
заземле
-
нием
средней
точки
и
без
нее
.
ОПН
условно
не
показаны
.
На
практике
,
как
правило
,
применяют
схему
с
заземлением
средней
точки
.
Выводы
о
рисках
возникнове
-
ния
нештатной
ситуации
возмож
-
но
сделать
,
измеряя
и
анализируя
величины
токов
,
протекающих
в
экранах
.
С
учетом
проблем
,
воз
-
никающих
при
применении
элек
-
трических
трансформаторов
тока
(
электрическая
изоляция
измери
-
тельного
оборудования
от
высо
-
ковольтных
цепей
,
значительные
массогабаритные
показатели
,
высокие
требования
к
пожарной
и
электрической
безопасности
,
значительные
потери
электриче
-
ской
энергии
),
эффективнее
при
-
менять
оптический
измеритель
тока
.
ВНЕДРЕНИЕ
СОВРЕМЕН
-
НЫХ
СИСТЕМ
ОПТИЧЕСКОЙ
ДИАГНОСТИКИ
ВЫСОКО
-
ВОЛЬТНЫХ
КАБЕЛЬНЫХ
ЛИНИЙ
В
ПАО
«
МОЭСК
»
Комплексным
решением
,
объеди
-
нившим
в
себе
все
вышеперечис
-
ленные
технологии
мониторинга
,
является
комплексная
система
оптической
диагностики
высоко
-
вольтных
кабельных
линий
(
КСОД
ВКЛ
) «TOPAZ».
Данное
комплексное
решение
упрощает
внедрение
систем
мо
-
ниторинга
,
так
как
фактически
,
внедряя
один
программно
-
аппа
-
ратный
комплекс
,
электросетевая
компания
получает
несколько
пол
-
ноценных
взаимодополняющих
подсистем
мониторинга
,
реализо
-
ванных
на
единой
технологической
базе
оборудования
и
программ
-
ного
обеспечения
.
Это
влечет
за
собой
значительную
экономию
кадровых
и
финансовых
ресурсов
Рис
. 3.
Организация
работы
системы
,
двустороннее
подключение
кабеля
Рис
. 4.
Два
полных
цикла
транспозиции
экранов
однофазных
кабелей
при
разном
обустройстве
узла
сопряжения
соседних
циклов
с
заземлением
средней
точки
и
без
нее
ДИАГНОСТИКА
И МОНИТОРИНГ
97
при
внедрении
и
дальнейшей
экс
-
плуатации
системы
.
Ключевые
особенности
КСОД
ВКЛ
«TOPAZ»
и
отличия
от
анало
-
гичных
систем
,
представленных
на
рынке
,
можно
разделить
на
три
основных
группы
.
Прежде
всего
,
это
надежность
и
комплексность
системы
:
–
комплексный
мониторинг
со
-
стояния
КЛ
на
основе
темпера
-
турного
,
акустического
и
изме
-
рительного
контроля
;
–
построение
на
основе
типо
-
вых
приборов
и
компонентов
,
серийно
выпускаемых
,
много
-
кратно
опробованных
в
других
системах
;
–
использование
безвентилятор
-
ных
решений
для
приборов
контроля
,
серверов
и
системы
гарантированного
питания
;
–
сертификация
как
типа
сред
-
ства
измерения
.
Во
-
вторых
,
эффективность
внедрения
и
эксплуатации
за
счет
унификации
:
–
масштабируемое
единое
ПО
,
TOPAZ SCADA,
применяемое
как
в
серверах
TOPAZ
в
соста
-
ве
КСОД
ВКЛ
(
рисунок
5),
так
и
в
АСУ
ТП
ПС
и
ДП
группы
объектов
(
это
дает
возмож
-
ность
развивать
такие
системы
как
DMS
в
масштабах
регио
-
нальных
и
системообразующих
энергоузлов
,
особенно
с
уче
-
том
того
,
что
ПТК
TOPAZ,
в
со
-
став
которого
входит
система
комплексного
мониторинга
ка
-
бельных
линий
TOPAZ,
позво
-
ляет
организовать
единый
дис
-
петчерский
пункт
систем
теле
-
механики
,
АСУ
ТП
и
мониторин
-
га
КЛ
на
основе
АСТУ
TOPAZ
с
поддержкой
С
IM-
модели
);
–
масштабируемое
аппаратное
обеспечение
,
также
применя
-
емое
как
в
составе
КСОД
ВКЛ
«TOPAZ»,
так
и
в
АСУ
ТП
;
–
унификация
знаний
и
навыков
эксплуатирующего
персона
-
ла
,
типовых
решений
,
ПО
,
устройств
,
ЗИП
;
–
легкая
масштабируемость
,
ре
-
ализация
автоматизированных
алгоритмов
АСУ
ТП
на
основе
автоматической
обработки
данных
КСОД
ВКЛ
«TOPAZ».
В
-
третьих
,
независимость
пользователя
от
одного
произво
-
дителя
:
–
применение
в
КСОД
ВКЛ
«TO -
PAZ»
только
стандартных
про
-
токолов
обмена
;
–
ПО
предназначено
для
работы
на
различных
платформах
;
–
в
качестве
хранилища
данных
используется
система
управ
-
ления
базами
данных
СУБД
MySQL
с
открытыми
исходны
-
ми
кодами
;
–
возможность
обмена
инфор
-
мацией
с
устройствами
раз
-
личных
производителей
.
Внедрение
КСОД
ВКЛ
«TO-
PAZ»
позволяет
провести
работы
по
монтажу
,
наладке
,
вводу
в
экс
-
плуатацию
в
сжатые
сроки
,
а
также
выполнять
модернизацию
и
рас
-
ширение
систем
АСУ
ТП
путем
до
-
установки
и
интеграции
КСОД
ВКЛ
без
каких
-
либо
технологических
или
интеграционных
проблем
.
КСОД
ВКЛ
TOPAZ
позволяет
использовать
в
качестве
аппарат
-
ной
платформы
как
отдельные
серверы
,
так
и
серверы
АСУ
ТП
ПС
,
в
клиентской
части
исполь
-
зуется
программное
обеспечение
TOPAZ SCADA CLIENT
с
расши
-
рениями
TOPAZ
КСОД
ВКЛ
,
кото
-
рое
может
быть
установлено
и
ис
-
пользоваться
либо
на
отдельных
автоматизированных
рабочих
ме
-
стах
операторов
СКМ
КЛ
,
либо
на
автоматизированных
рабочих
ме
-
стах
операторов
АСУ
ТП
.
То
есть
,
реализована
полная
интеграция
с
АСУ
ТП
ПС
.
ОПИСАНИЕ
КСОД
ВКЛ
«TOPAZ»
Подсистема
температур
ного
контроля
высоко
вольтного
кабеля
(
СТК
ВКЛ
)
Система
СТК
«TOPAZ» —
авто
-
матическая
многоканальная
си
-
стема
непрерывного
действия
(
рисунки
6, 7).
Измерение
темпе
-
ратуры
основано
на
измерении
оптического
рамановского
обрат
-
Рис
. 5.
Комплект
КСОД
ВКЛ
«TOPAZ»
T
1
T
2
T
3
T
4
Стандартное
многомодовое
волокно
Обратно рассеянный свет
.
Точки измерения через метр
Импульс
T
14,995
T
14,995
T
14,995
T
14,995
T
14,995
Рис
. 6.
Стационарный
комплект
СТК
TOPAZ
м
№
2 (47) 2018
98
ного
рассеивания
с
использова
-
нием
оптической
рефлектометрии
во
временной
области
.
Для
обеспечения
эффектив
-
ной
диагностики
кабельной
ли
-
нии
и
исходя
из
особенностей
описанных
физических
эффектов
сформированы
технические
тре
-
бования
к
комплексу
систем
мо
-
ниторинга
кабельных
линий
110–
500
кВ
(
таблица
1).
Подсистема
пожарной
сигна
лизации
кабельного
коллектора
В
кабельных
коллекторах
исполь
-
зование
классических
систем
об
-
наружения
не
всегда
возможно
в
связи
с
высокой
запыленно
-
Табл
. 1.
Технические
требования
к
комплексу
систем
мониторинга
кабельных
линий
110–500
кВ
Наименование
параметра
Значение
Режим
работы
непрерывный
Диапазон
измерений
по
температуре
от
–200°
С
до
+600°
С
Температурное
разрешение
0,1°
С
Диапазон
измерений
по
длине
кабеля
до
40
км
Тип
волокна
многомодовое
, G 651.1
Длина
волны
лазера
1550
нм
Точность
определения
места
обрыва
во
-
локонно
-
оптического
кабеля
не
более
1
м
Количество
каналов
1, 2, 4, 6, 8
или
16
Степень
защиты
(
не
ниже
):
–
при
установке
в
защитный
бокс
IP40
по
ГОСТ
14254-96
IP67
Класс
лазерной
безопасности
1
М
согласно
ГОСТ
IEC
Наличие
аттестации
прибора
термоконтро
-
ля
как
средства
измерения
+
Разрешающая
способность
измерения
температуры
участка
кабеля
0,1°
С
Предел
допускаемой
абсолютной
погреш
-
ности
измерений
температуры
± 0,5°
С
Минимальное
время
измерения
одного
канала
с
учетом
необходимого
уровня
точ
-
ности
измерения
≤
1
мин
Шаг
измерения
по
длине
сенсора
≤
1
м
Время
установления
рабочего
режима
системы
мониторинга
температуры
КЛ
≤
15
мин
Наличие
функции
мониторинга
работы
оборудования
системы
протокол
SN
Т
P
Передача
информации
(
температурных
профилей
,
рефлектограмм
)
от
измери
-
тельного
блока
к
блоку
обработки
данных
(
серверу
)
по
стандартизированным
откры
-
тым
протоколам
данных
+
Наличие
возможности
подключения
к
бло
-
ку
обработки
(
серверу
)
системы
монито
-
ринга
нескольких
дополнительных
измери
-
тельных
блоков
+
Функция
разбиения
контролируемой
дли
-
ны
КЛ
на
отдельные
сегменты
с
возможно
-
стью
настройки
АПТС
и
передачи
ТИ
и
ТС
по
каждому
сегменту
+
Рис
. 8.
Расположение
ЧЭ
TOPAZ.
Элемен
-
ты
линейных
и
многоточечных
тепловых
пожарных
извещателей
располагают
под
перекрытием
либо
в
непосредственном
контакте
с
пожарной
нагрузкой
Рис
. 9.
Чувствительный
элемент
TOPAZ
Рис
. 7.
Мобильный
комплект
СТК
TOPAZ
стью
,
большими
расстояниями
,
высоким
уровнем
электромагнит
-
ных
помех
,
действием
агрессив
-
ных
сред
.
Подсистема
пожарной
сигнали
-
зации
коллектора
высоковольтно
-
го
кабеля
TOPAZ
с
применением
извещателя
пожарного
теплового
линейного
(
ИПТЛ
)
предназначена
для
контроля
температуры
в
ка
-
бельных
коллекторах
и
других
подземных
и
закрытых
сооруже
-
ниях
в
любых
эксплуатационных
условиях
,
реализована
посред
-
ством
использования
свободных
каналов
измерительного
прибора
в
составе
СТК
ВКЛ
«TOPAZ»,
что
обеспечивает
высокую
экономи
-
ческую
эффективность
.
Чувствительный
элемент
(
ЧЭ
) —
оптический
кабель
,
не
подверженный
загрязнению
,
обе
-
спечивающий
зону
контроля
про
-
тяженностью
до
40
км
,
без
при
-
менения
токоведущих
элементов
(
рисунок
8).
Конструкция
кабеля
выполне
на
на
основе
гибкой
стальной
труб
-
ки
,
состоящей
из
семи
стальных
прядей
проволоки
,
заполненной
гидрофобным
компаундом
,
с
рас
-
положенными
в
ней
двумя
или
одним
многомодовым
волокном
,
в
акрилатном
лаковом
покрытии
(
рисунок
9).
Защитная
оболочка
сделана
из
LSZH-
термопластов
,
не
поддерживающих
горение
,
производится
согласно
ТУ
,
с
низ
-
ДИАГНОСТИКА
И МОНИТОРИНГ
99
кой
токсичностью
продуктов
горе
-
ния
,
при
тлении
не
выделяет
кор
-
розионно
-
активных
газообразных
продуктов
.
Кабель
может
быть
изготовлен
с
термостойким
много
-
модовым
волокном
с
долговре
-
менной
температурой
до
+600°C.
Основные
преимущества
под
-
системы
пожарной
сигнализации
коллектора
высоковольтного
ка
-
беля
TOPAZ:
–
минимальное
число
ложных
срабатываний
;
–
чувствительный
кабель
прост
в
установке
,
так
как
поставля
-
ется
на
катушке
;
–
минимальные
затраты
на
об
-
служивание
:
оп
товолоконные
кабели
имеют
срок
службы
до
30
лет
и
могут
функционировать
в
любой
окружающей
среде
;
–
абсолютный
диэлектрический
кабель
—
не
подвержен
элек
-
тромагнитным
излучениям
,
име
-
ет
высокую
стойкость
к
агрес
-
сивным
средам
и
высокую
на
-
дежность
;
–
допускается
использование
во
взрывоопасных
зонах
,
посколь
-
ку
волоконно
-
оптическая
часть
не
имеет
электрического
под
-
ключения
;
–
небольшая
стоимость
1
м
воло
-
конного
кабеля
и
его
прокладки
;
–
соответствует
классам
A1, A2,
A3, B, C, D, E, F, G, H, R, A1R,
A2R, BR, CR, DR, ER, FR, GR, HR
(
допускается
примене
ние
в
не
-
отапливаемых
помещениях
);
–
ИПТЛ
нового
поколения
сер
-
тифицирован
согласно
ФЗ
-123
и
соответствует
ГОСТ
Р
53325-
2012.
Таким
образом
,
ИПТЛ
с
исполь
-
зованием
волоконно
-
оптических
технологий
проявил
и
зарекомен
-
довал
себя
как
надежное
,
эффек
-
тивное
и
экономически
выгодное
решение
,
способное
на
ранних
стадиях
обнаружить
очаги
возго
-
раний
и
предупредить
о
перегре
-
ве
подконтрольных
объектов
.
Характеристики
подсистемы
виброакустического
мониторинга
:
–
максимальная
длина
распре
-
деленного
оптического
датчи
-
ка
— 100
км
;
–
минимальное
число
ложных
срабатываний
;
–
разрешающая
способность
—
5
м
;
–
частотный
диапазон
—
от
1
до
2,5
кГц
;
–
локализация
события
по
двум
осям
—
вдоль
и
поперек
оси
оптического
волокна
;
–
идентификация
событий
—
определение
характера
и
типа
источника
вибрации
из
суще
-
ствующего
банка
характерных
«
вибрационных
следов
»
каж
-
дого
из
предполагаемых
объ
-
ектов
нарушения
;
–
обучаемая
система
с
распо
-
зна
ванием
полезного
сигнала
и
шумов
(
библиотека
типов
ис
-
точников
вибрации
дополня
-
ется
в
процессе
эксплуатации
при
необходимости
,
на
этапе
наладочных
работ
и
опытной
эксплуатации
производится
дополнение
);
–
время
измерения
— 1
с
;
–
определение
обрыва
оптиче
-
ского
волокна
;
–
определение
расстояния
до
обрыва
кабеля
;
–
неэлектрическое
средство
из
-
мерения
(
отсутствует
влияние
электромагнитного
поля
сило
-
вой
линии
на
датчик
вибра
-
ции
);
–
программируемые
зоны
и
кри
-
терии
срабатывания
;
–
данные
от
нескольких
распре
-
деленных
датчиков
могут
обра
-
батываться
одним
сервером
;
–
волоконно
-
оптический
кабель
электрически
пассивен
и
пожа
-
робезопасен
;
–
система
работает
с
любым
ка
-
чественным
волоконно
-
опти
-
ческим
кабелем
(
в
случае
по
-
вреждения
распределенного
датчика
возможно
оперативно
заменить
его
любым
доступ
-
ным
к
поставке
волоконно
-
оп
-
тическим
кабелем
);
–
низкое
энергопотребление
сис
-
темы
;
–
необслуживаемая
линейная
часть
;
–
срок
службы
центрального
бло
-
ка
обработки
сигналов
—
до
20
лет
,
волоконно
-
оптического
кабеля
—
до
30
лет
;
–
применение
волоконно
-
оптиче
-
ских
систем
сокращает
количе
-
ство
и
время
технологических
остановок
(
сокращает
расходы
на
обслуживание
и
помогает
увеличить
среднее
время
служ
-
бы
объекта
);
–
способствует
предотвращению
нештатных
ситуаций
;
–
встроенный
модуль
картогра
-
фии
позволяет
отображать
трассу
прокладки
кабеля
на
то
-
пографической
подложке
,
с
воз
-
можностью
нанесения
на
нее
технологических
и
инфраструк
-
турных
особенностей
мест
-
ности
(
рисунок
10).
Рис
. 10.
Отображение
трассы
прокладки
кабеля
на
топографической
подложке
№
2 (47) 2018
100
Оптический
д
атчик 1
Оптический
д
атчик 2
Оптический
д
атчик 3
Подсистема
контроля
токов
транспозиции
кабельной
линии
(
СКТТ
)
В
составе
системы
мониторинга
на
базе
оборудования
TOPAZ
таким
устройством
является
оптический
измеритель
тока
TOPAZ OCTU
(
рисунок
11)
в
комплекте
с
опти
-
ческими
датчиками
,
значения
па
-
раметров
тока
для
дальнейшей
выдачи
информации
по
внешним
интерфейсам
.
Устройство
выполнено
в
пласт
-
массовом
корпусе
,
предназначен
-
ном
для
крепления
на
DIN-
рейку
.
На
лицевой
панели
прибора
по
-
мимо
оптических
коннекторов
измерительных
каналов
разме
-
щены
элементы
индикации
,
ин
-
терфейсный
разъем
RJ45
и
разъ
-
ем
microUSB
для
конфигурации
устройства
.
Технические
харак
-
теристики
прибора
TOPAZ OCTU
представлены
в
таблице
2.
Подсистема
контроля
охранной
сигнализации
люков
колодцев
транспозиции
Подсистема
контроля
охранной
сигнализации
предназначена
для
круглосуточного
непрерывного
контроля
открытия
(
закрытия
)
лю
-
ков
колодцев
транспозиции
:
–
количество
датчиков
(
рису
-
нок
12) — 4, 8, 12, 16
и
т
.
д
.;
–
максимальная
удаленность
датчиков
—
до
20
км
;
–
электропитание
датчиков
не
требуется
;
–
протокол
МЭК
60870-05-101,
MODBUS.
Подсистема
контроля
электрических
параметров
режима
работы
КЛ
Измерения
параметров
электри
-
ческого
тока
,
напряжения
и
мощ
-
ности
контролируемой
КЛ
выпол
-
няется
многофункциональными
измерительными
преобразова
-
телями
(
МИП
)
серии
TOPAZ PM7
различных
модификаций
(
рису
-
нок
13).
МИП
TOPAZ PM7
уста
-
навливаются
в
шкаф
комплексной
системы
оптической
диагностики
высоковольтных
кабельных
линий
и
подключаются
к
измерительным
трансформаторам
тока
и
напря
-
жения
.
Мониторинг
параметров
электрического
режима
КЛ
позво
-
ляет
производить
полноценный
анализ
эксплуатационного
режи
-
ма
и
причин
перегрева
КЛ
,
обес
-
RS485
Ethernet 100
Микро-
контроллер
Блок
электронной
обработки
Измерительный
канал 1
Измерительный
канал 2
Измерительный
канал 3
Излучатель
Приемник
Излучатель
Приемник
Излучатель
Приемник
Рис
. 11.
Оптический
измеритель
тока
TOPAZ OCTU
Табл
. 2.
Технические
характеристики
прибора
TOPAZ OCTU
Наименование
параметра
Значение
Номинальное
значение
силы
тока
(
I
НОМ
)
500
А
Максимальное
значение
силы
тока
20 000
А
Номинальное
значение
частоты
50
Гц
Диапазон
частот
тока
от
30
Гц
до
3000
Гц
Порог
чувствительности
0,001
I
НОМ
Диапазон
измерений
силы
тока
с
классом
точности
0,2S
от
0,05
I
НОМ
до
2
I
НОМ
Диапазон
измерений
силы
тока
с
классом
точности
10P
от
2
I
НОМ
до
40
I
НОМ
Наличие
интерфейсов
RS-485 Ethernet 100
Поддерживаемые
протоколы
МЭК
60870-05-101
МЭК
60870-05-104
МЭК
61850-8-1 MMS
МЭК
61850-9-2 SV
MODBUS
Длина
оптоволоконной
линии
между
прибором
и
датчиком
тока
до
20 000
м
Диапазон
рабочих
температур
от
–40°
С
до
+70°
С
Рис
. 12.
Датчик
подсистемы
контроля
охранной
сигнализации
ДИАГНОСТИКА
И МОНИТОРИНГ
101
печивает
принятие
решений
об
управлении
нагрузкой
кабельной
линии
,
а
также
позволяет
выда
-
вать
информацию
в
систему
про
-
тивоаварийной
автоматики
энер
-
гообъекта
(
АОПЛ
и
другие
виды
автоматики
).
Возможно
применение
в
соста
-
ве
данной
подсистемы
устройств
TOPAZ AMU (
рисунок
14)
с
пере
-
дачей
информации
в
протоколе
61850-9-2,
что
даже
при
отсут
-
ствии
оптических
ТТ
и
ТН
позво
-
ляет
применить
технологии
ЦПС
в
КСОД
ВКЛ
и
обеспечить
ее
пол
-
ноценную
интеграцию
в
Цифро
-
вые
подстанции
.
Подсистема
анализа
и
прогнозирования
Специализированное
программ
-
ное
обеспечение
,
разработанное
исключительно
российскими
спе
-
циалистами
без
использования
исходных
кодов
аналогичных
си
-
стем
зарубежного
производства
,
должно
обеспечивать
выполне
-
ние
следующих
основных
задач
:
контроля
параметров
текущего
режима
,
анализ
этих
параметров
и
прогнозирование
.
Контроль
параметров
текущего
режима
обеспечивает
:
–
обработку
полученных
измере
-
ний
,
формирования
ТИ
и
ТС
;
–
отображение
текущих
темпе
-
ратурных
данных
и
рефлек
-
тограмм
в
режиме
реального
времени
и
в
режиме
архивных
данных
;
–
перерасчет
регистрируемой
температуры
экрана
в
темпе
-
ратуру
жилы
кабеля
(
при
нали
-
чии
актуальных
характеристик
силового
кабеля
);
–
разбиение
контролируемой
длины
кабельной
линии
на
от
-
дельные
сегменты
с
уникаль
-
ными
настройками
оповеще
-
ния
,
а
также
передачей
и
ото
-
бражением
ТИ
и
ТС
по
каж
-
дому
выделенному
сегменту
;
–
формирование
телесигнала
«
Обрыв
волокна
»
и
телеизме
-
рения
«
Местоположение
обры
-
ва
волокна
»
с
указанием
на
место
повреждения
в
случае
повреждения
используемого
системой
сенсора
(
оптического
волокна
).
Анализ
параметров
режима
и
прогнозирование
обеспечивает
:
–
получение
температурного
про
-
филя
жилы
на
основе
анализа
температурного
профиля
опти
-
ческого
волокна
;
–
изменение
средней
темпера
-
туры
жилы
,
средней
темпе
-
ратуры
оптического
волокна
,
нагрузки
(
тока
)
от
времени
;
–
график
зависимости
возмож
-
ной
продолжительности
рабо
-
ты
от
нагрузки
для
текущего
состояния
кабеля
;
–
прогноз
изменения
темпе
-
ратуры
жилы
и
оптоволокна
с
учетом
профиля
нагрузки
на
следующий
период
;
–
прогноз
максимально
допу
-
стимой
длительности
нагрузки
на
кабель
(
в
часах
),
исходя
из
максимально
допустимой
тем
-
пературы
жилы
и
текущих
зна
-
чений
нагрузки
(
или
заданных
);
–
прогноз
максимально
допусти
-
мой
нагрузки
на
кабель
(
ток
),
исходя
из
максимально
допу
-
стимой
температуры
жилы
и
заданного
времени
;
–
прогноз
максимальной
темпе
-
ратуры
жилы
,
исходя
из
задан
-
ного
значения
нагрузки
(
ток
)
и
длительности
работы
.
Подсистема
вычисления
электрических
параметров
и
самодиагностики
Подсистема
вычисления
элек
-
трических
параметров
и
самоди
-
агностики
выполнена
в
виде
IED
на
базе
контроллера
TOPAZ DAS
MX240 (
рисунок
15)
и
СПО
рас
-
чета
электрических
величин
на
основе
потоков
61850-9-2,
прини
-
маемых
от
блоков
TOPAZ OCTU
и
TOPAZ AMU.
В
связи
с
применением
в
со
-
ставе
комплексной
системы
оп
-
тической
диагностики
высоко
-
вольтных
кабельных
линий
боль
-
шого
количества
высокотехно
-
логичных
приборов
и
устройств
обеспечена
самодиагностика
системы
в
целом
с
передачей
информации
по
мониторингу
оборудования
и
ПО
в
соответ
-
ствии
с
протоколами
обмена
SNTP, 61850-8-1 (MMS, GOOSE)
в
систему
Централизованного
мониторинга
.
ВЫВОДЫ
Комплексная
система
оптиче
-
ской
диагностики
высоковольт
-
ных
кабельных
линий
(
КСОД
ВКЛ
)
на
сегодняшний
день
явля
-
ется
современным
уникальным
комплексом
.
Применение
систе
-
мы
обеспечивает
как
реализа
-
цию
непосредственных
задач
мониторинга
кабельных
линий
,
так
и
полноценную
интеграцию
в
АСУ
ТП
с
передачей
данных
по
стандартным
протоколам
обмена
информацией
для
последующе
-
го
выполнения
расчетных
задач
,
отображения
результатов
на
кар
-
тах
и
схемах
,
отслеживания
ди
-
намики
процессов
.
Применение
комплексного
мониторинга
—
температурного
контроля
,
аку
-
стического
контроля
,
контроля
токов
транспозиции
обеспечива
-
ет
не
только
наблюдение
за
теку
-
щим
состоянием
КЛ
,
но
и
анализ
эксплуатационных
параметров
КЛ
в
режиме
реального
времени
,
позволяя
диагностировать
воз
-
никновение
критических
процес
-
сов
в
КЛ
.
Рис
. 13. TOPAZ
РМ
7
Рис
. 14. TOPAZ AMU, TOPAZ DMU
Рис
. 15.
Контроллер
TOPAZ DAS MX240
М
7
№
2 (47) 2018
Оригинал статьи: Комплексная система оптической диагностики высоковольтных кабельных линий
Комплексная система оптической диагностики высоковольтных кабельных линий (КСОД ВКЛ) предназначена для регистрации, обработки и отображения информации об эксплуатационных параметрах кабельной линии на всем ее протяжении, точках чрезмерного нагрева и/или повреждений, прогнозирования процессов и явлений, связанных с эксплуатацией высоковольтных кабельных линий.
