Надежное прогнозирование остаточного срока службы кабелей среднего напряжения

Page 1

Page 2

124

кабельные линии

Надежное
прогнозирование
остаточного срока
службы кабелей
среднего напряжения

помощью

единого

технологического

процесса

охватывающе

–

го

все

этапы

от

диагностики

кабелей

до

их

оценки

компания

Baur GmbH

предлагает

управляющим

ресурсами

предприятий

решение

помощью

которого

они

могут

диагностировать

со

–

стояние

кабелей

среднего

напряжения

Недавно

это

комплекс

–

ное

решение

было

дополнено

функцией

статистического

про

–

гноза

остаточного

срока

службы

кабелей

Знание

оставшегося

срока

службы

позволяет

более

точно

планировать

затраты

на

замену

зачастую

позволяет

отложить

их

на

несколько

лет

Мартин

енни

(Martin Jenny),

руководитель отдела менеджмента продукции Baur GmbH (Зульц, Австрия)

ля менеджеров, управляющих ресурсами предприятий, становится

все труднее поддерживать работоспособность распределительных

сетей на основании выделенного для этого бюджета. Многие кабели

среднего напряжения были проложены несколько десятилетий на-

зад и в настоящее время находятся на такой стадии старения, когда

вероятность отказов повышается. Кроме того, появилась и другая, зачастую

более высокая, нагрузка на сеть, связанная с интенсификацией ее использо-

вания, вызванной повышенным потреблением или децентрализованной по-

дачей электроэнергии.

ТЕХНИЧЕСКОЕ

ОБСЛУЖИВАНИЕ

ОРИЕНТИРОВАННОЕ

НА

ФАКТИЧЕСКОЕ

СОСТОЯНИЕ

НЕ

НА

ЗАДАННЫЕ

ИНТЕРВАЛЫ

ЗАМЕНЫ

При таких условиях экономичное обеспечение высокой эксплуатационной го-

товности и незначительного количества отказов сетей среднего напряжения

возможно только на основании оценки состояния кабеля. Это позволяет пла-

нировать затраты на ремонт и замену не в соответствии с возрастом (рису-

нок 1), а на основании фактической степени старения (рисунок 2). В противном

случае кабели, которые стареют быстрее, чем ожидалось, приведут к отказам

в работе сети, а замена исправных кабелей будет выполняться раньше, чем

это необходимо, и в обоих случаях возникнет неблагоприятное соотношение

затрат и получаемых результатов.

Для оценки состояния кабелей среднего напряжения существует два

метода диагностики: измерение частичных разрядов и измерение коэффи-

циента диэлектрических потерь (также называемое измерением тангенса

дельта (ТД). Измерение частичных разрядов — это локальный процесс.

С его помощью можно, например, обнаружить дефекты кабельной арма-

туры или локальные частичные разряды в поврежденной полимерной или

пропитанной бумажной изоляции. Наряду со значениями частичных разря-

дов это измерение также позволяет определить расстояние до места по-

вреждения, упрощая тем самым определение местоположения зон, подле-

жащих наблюдению или ремонту.

Page 3

125

КОЭФФИЦИЕНТ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПОТЕРЬ

ЯВЛЯЕТСЯ

ОСНОВАНИЕМ

ДЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ФАКТИЧЕСКОЙ

СТЕПЕНИ

СТАРЕНИЯ

Измерение коэффициента диэлектрических потерь,

оценка которого будет подробно рассмотрена ниже,

является неразрушающим методом анализа состоя-

ния кабельного участка по всей измеренной длине.

Оно позволяет обнаружить водные триинги (повреж-

дения полимерной кабельной изоляции в результате

воздействия воды), неисправные места в изоляции

кабелей с пропитанной бумажной изоляцией, а так-

же влагу в кабельной арматуре и возможные частич-

ные разряды. Поскольку с увеличением количества

водных триингов коэффициент диэлектрических по-

терь также увеличивается, его значение указывает

на качество изоляционных свойств. Так, у новых ка-

белей коэффициент диэлектрических потерь близок

к нулю, а по мере их старения его значение возрас-

тает по причине вышеуказанного воздействия влаги

на полимерную изоляцию.

Выводы о состоянии кабеля можно сделать

уже во время измерения коэффициента диэлек-

трических потерь. С помощью программного обес-

печения Baur 4.0 можно использовать стандарти-

зированные или самостоятельно заданные диа-

гностические последовательности и осуществлять

первую оценку уже в процессе измерительных

циклов. Едино образные циклы измерения и сопо-

ставимость результатов позволяют управляющим

ресурсами предприятия объективно оценить состо-

яние кабельной сети. Это предоставляет им хоро-

шее обоснование для планирования мероприятий

по техническому обслужи ванию.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ

ПРОГНОЗ

ОСТАТОЧНОГО

СРОКА

СЛУЖБЫ

Новое автономное программное обеспечение Statex

позволяет выполнить более глубокую оценку резуль-

татов измерения, прежде всего для кабелей с поли-

мерной изоляцией (рисунок 3). ПО Statex распростра-

няется исключительно компанией Baur и является

совместной разработкой с компанией Korea Electric

Power Corporation (KEPCO). В Южной Корее эта ком-

пания эксплуатирует электросеть, которая включает

в себя 41 000 км подземного кабеля (

= 13,2 кВ).

Чтобы сделать обслуживание сети как можно более

рентабельным, десять лет назад специалисты ком-

пании KEPCO тщательно изучили все вопросы диа-

гностики кабелей и сравнили наиболее популярные

методы, используемые в то время. После такого

сравнительного анализа было выбрано измерение

частичного разряда и коэффициента диэлектриче-

ских потерь с помощью источников синусоидального

напряжения СНЧ (сверхнизкой частоты). Затем со-

вместно с корейским университетом Мокпо компания

KEPCO разработала метод и программное обеспе-

чение для прогнозирования остаточного срока служ-

бы. Компании Baur и KEPCO разработали для этого

специальное программное обеспечение, которое те-

перь предлагается под наименованием Statex. Оно

было использовано со значениями измерений , вы-

полненных на многих кабелях с полимерной изоля-

Рис

. 1.

Стратегия

вывода

КЛ

из

эксплуатации

основан

–

ная

на

возрасте

КЛ

приведет

замене

многих

кабелей

которые

еще

являются

исправными

(

показаны

нижней

правой

части

диаграммы

)

Продолжительность эксплуатации, лет

Со

ст

ояние кабеля

Хорошее

лохо

Продолжительность эксплуатации, лет

Со

ст

ояние кабеля

Хорошее

лохо

Рис

. 2.

При

ориентированном

на

фактическое

состоя

–

ние

техническом

обслуживании

сети

основанном

на

ди

–

агностических

измерениях

можно

продолжать

исполь

–

зовать

старые

неповрежденные

кабели

то

же

самое

время

такое

техобслуживание

позволяет

выявлять

своевременно

заменять

более

новые

кабели

находя

–

щиеся

плохом

состоянии

Это

позволяет

существен

–

но

снизить

расходы

повысить

эксплуатационную

готовность

сети

Рис

. 3.

Новое

программное

обеспечение

Statex

предо

–

ставляет

прогноз

оставшегося

срока

службы

кабелей

среднего

напряжения

на

основе

значений

измерения

коэффициента

диэлектрических

потерь

Очень

то

чные ре

зу

ль

та

ты

измерения Т

Д и ЧР

Точные и простые в использовании

измерительные приборы

Быстрое и простое

выполнение измерения

и оценки состояния

кабеля с помощью ПО

Baur 4

Статистический прогноз

остаточного срока службы

с помощью ПО

Statex

Отче

т по Т

№

4 (67) 2021

Page 4

126

цией. На сегодняшний день в расчете алгоритма

оценки используется более 90 000 результатов

измерений .

ВЫЧИСЛЕНИЕ

КОЭФФИЦИЕНТА

СТАРЕНИЯ

ИЗОЛЯЦИИ

НА

ОСНОВАНИИ

ИЗМЕРЕННЫХ

ЗНАЧЕНИЙ

Для расчета остаточного срока службы СПЭ-

кабеля существенную роль играют три аспекта:

– момент начала старения кабеля;

– скорость старения;

– состояние, после которого кабель следует

классифицировать как критический.

Чтобы узнать, когда начинается процесс ста-

рения полимерной изоляции (рисунок 4), на-

учно-исследовательский институт компании

KEPCO выполнил ряд анализов. Для кабелей

компании KEPCO момент начала старения DSP

(degradation starting point) в среднем наступает

по истечении 13 лет.

Коэффициент старения изоляции измеренно-

го кабеля рассчитывается следующим образом:

__________________________________

= √

norm

DTD

norm

skirt

При этом

norm

представляет собой значе-

ние тангенса дельта



, а

DTD

norm

— отклонение

(дельта) тангенса дельта



skirt

показывает,

насколько стабилен коэффициент диэлектри-

ческих потерь в течение нескольких измерений

в рамках одного цикла, поскольку это также мо-

жет являться признаком кабелей с потерями

в изоляции. Например, постоянное повышение

или снижение значения



или его колебания

в рамках одного шага напряжения могут указы-

вать на определенную степень старения.

Для определения

skirt

проводится вирту-

альная линия между самым большим и самым

маленьким значением



по результатам вось-

ми измерений . При этом линейный (повышаю-

щийся) график значений измерений указывает

на изменение диэлектрических потерь изоляции

кабеля; понижающийся (или нелинейный) гра-

фик, напротив, как правило, указывает на влаж-

ность или электрические разряды в одной или

нескольких кабельных арматурах.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ОСТАТОЧНОГО

СРОКА

СЛУЖБЫ

ПОМОЩЬЮ

ЛИШЬ

ОДНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ

ТАНГЕНСА

ДЕЛЬТА

Коэффициент старения изоляции

можно рас-

считать уже на основании результатов измере-

ния коэффициента диэлектрических потерь (ри-

сунок 5). При выполнении повторных измерений

на одном и том же кабеле статистическое ПО

учитывает новые результаты и делает прогноз

более точным (рисунок 6). На основании коэф-

фициента старения изоляции и фактического

возраста за вычетом DSP можно рассчитать ско-

рость старения и, таким образом, период време-

ни до достижения критической точки. Пользова-

тели могут самостоятельно ввести критическую

Рис

. 4.

Как

правило

процесс

старения

СПЭ

–

кабелей

начина

–

ется

только

по

прошествии

более

десяти

лет

когда

анти

–

оксиданты

его

изоляции

перестают

выделяться

образу

–

ются

первые

водные

триинги

Продолжительность эксплуатации, лет

DSP

Со

ст

ояние

кабеля

Хорошее

СP

Экономический предел

эксплуатационного ресурса

Резерв устойчивой работы конкретного предприятия

лохо

Рис

. 5.

На

основании

измеренных

значений

тангенса

дельта

программное

обеспечение

Statex

может

рассчитать

коэф

–

фициент

старения

изоляции

спрогнозировать

остаточ

–

ный

срок

службы

кабеля

Продолжительность эксплуатации, лет

Со

ст

ояние

кабеля

Хорошее

СP

Экономический предел

эксплуатационного ресурса

Резерв устойчивой работы конкретного предприятия

RLT

DSP

лохо

Рис

. 6.

При

выполнении

повторных

измерений

программа

Statex

заново

рассчитывает

остаточный

срок

службы

Продолжительность эксплуатации, лет

Со

ст

ояние

кабеля

Хорошее

СP

Экономический предел

эксплуатационного ресурса

Резерв устойчивой работы конкретного предприятия

RLT

DSP

лохо

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

Page 5

127

(момент достижения критического состояния) на осно-

вании своего собственного опыта. Клиентам, приобрета-

ющим лицензию на данное программное обеспечение,

предоставляется двухдневный ознакомительный курс

обучения на месте и дополнительный двухдневный курс

для углубления знаний . Дополнительная лицензия от-

крывает доступ к банку данных ПО Statex Pro для других

сотрудников. Однако конфигурировать Мастер настроек

Life Time Wizard может только один пользователь, что

гарантирует определенную целостность данных.

ПО

STATEX

ПРЕДОСТАВЛЯЕТ

ИНФОРМАЦИЮ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ДЛЯ

УПРАВЛЯЮЩИХ

РЕСУРСАМИ

ПРЕДПРИЯТИЙ

Благодаря комбинации технологий измерения напря-

жением СНЧ, программного обеспечения Baur для про-

ведения измерений и мгновенной интерпретации полу-

ченных значений , а также программного обеспечения

Statex для статистического прогнозирования остаточного

срока службы кабелей менеджеры, управляющие ресур-

сами предприятий , получают инструменты для более

рентабельного обслуживания распределительной сети.

В результате использования ПО Statex кабели среднего

напряжения могут эксплуатироваться в среднем на не-

сколько лет дольше, чем если бы срок их службы опре-

делялся по абсолютному возрасту, по оценке состояния

кабеля согласно критериям IEEE или по классификации

на основании значений тангенса дельта.

Коэффициент

■

— 0,751

■

— 0,6

■

— 0,4

■

— 0,2

■

— 0

■

— пробой

точку для каждого типа кабеля в Мастере на-

строек Life Time Wizard программного обеспе-

чения и, таким образом, добавить собственный

запас безаварийной работы. Можно также само-

стоятельно ввести момент начала старения DSP.

Наряду с ожидаемым остаточным сроком служ-

бы ПО также выдает рекомендации о том, ког-

да должна быть проведена следующая диагно-

стика кабеля или когда следует запланировать

его ремонт или замену.

Кроме того, ПО Statex предоставляет трех-

мерное отображение измеренных значений для

одного или нескольких объединенных кабелей

(рисунок 7). На этом трехмерном изображении

пользователи могут отобразить свои собствен-

ные измеренные значения или результаты ком-

пании KEPCO, сохраненные в ПО Statex, что-

бы сравнить друг с другом кабели в различном

состоянии.

НАДЕЖНЫЕ

ПРОГНОЗЫ

ОСТАТОЧНОГО

СРОКА

СЛУЖБЫ

В компании KEPCO ПО Statex используется уже

в течение нескольких лет. Оно помогло сдвинуть

на более поздний период значительное количе-

ство инвестиций , поскольку состояние измерен-

ных кабелей оказалось в среднем лучше, чем

это можно было бы предположить на основании

их возраста. На измеренных старых кабелях ко-

личество повреждений на километр было даже

меньше, чем на кабелях, еще не достигших мо-

мента начала старения DSP (здесь — 13 лет).

Если бы компания KEPCO планировала затраты

на замену на основании измерения коэффици-

ента диэлектрических потерь и его оценки со-

гласно стандарту IEEE 400.2, то из 15 000 км

измеренного кабеля в замене нуждались бы

255 км. С помощью ПО Statex, однако, удалось

рассчитать, что в срочной замене нуждаются

лишь 54 км кабеля. При сопоставлении с крите-

риями IEEE остаточный срок службы увеличился

в среднем на одиннадцать лет.

РАЗЛИЧНЫЕ

ВЕРСИИ

ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Для клиентов ПО Statex компании Baur — это

эксклюзивный инструмент для прогнозирова-

ния остаточного срока службы. Программное

обес печение Statex предлагается с различными

моделями лицензирования.

Версия Statex Core позволяет осуществлять

обслуживание и мониторинг базы данных ка-

белей, а также управление данными кабелей.

Кроме того, версия Core позволяет рассчитать

коэффициент старения изоляции

, выполнить

анализ состояния, создавать трехмерное графи-

ческое изображение и составлять отчеты.

В дополнение к этому версия Statex Pro име-

ет функцию определения статистического оста-

точного срока службы. Версия Pro включает

в себя Мастер настроек Life Time Wizard, в кото-

ром пользователи могут ввести индивидуальный

DSP (момент начала старения) и Critical Point

Рис

. 7.

Отображение

коэффициента

старения

изоляции

для

всех

измеренных

фаз

виде

трехмерного

графика

(

каж

–

дая

точка

соответствует

состоянию

измеренной

фазы

)

0,80

0,8

0,80

1,00

1,0

1,00

0,60

0,6

0,60

0,40

0,4

0,40

0,20

0,2

0,20



MTD

skirt

АО «Пергам-Инжиниринг» — официальный предста-

витель компании Baur в России и странах СНГ.

К вашим услугам вся линейка оборудования Baur,

а также авторизованный сервисный центр.

[email protected]

www.pergam.ru/statex

№

4 (67) 2021

Оригинал статьи: Надежное прогнозирование остаточного срока службы кабелей среднего напряжения

Читать онлайн

С помощью единого технологического процесса, охватывающего все этапы от диагностики кабелей до их оценки, компания Baur GmbH предлагает управляющим ресурсами предприятий решение, с помощью которого они могут диагностировать состояние кабелей среднего напряжения. Недавно это комплексное решение было дополнено функцией статистического прогноза остаточного срока службы кабелей. Знание оставшегося срока службы позволяет более точно планировать затраты на замену и зачастую позволяет отложить их на несколько лет.