«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2011, www.kabel-news.ru
53
В
докладе представлена новая измеритель-
ная система, предназначенная для онлайно-
вого мониторинга и локализации частичных
разрядов (РD) в силовых кабелях средне-
го напряжения. В системе используются два индук-
тивных датчика, которые устанавливаются на обоих
концах кабеля. Измерительная система называется
PD-OL, что означает обнаружение частичных разря-
дов (PD) и их локализация в режиме онлайн (OL).
Для синхронизации времени данных, поступающих
с обоих концов кабеля и их идентификации в режи-
ме онлайн, используется система впрыска импуль-
сов. Данные о частичных разрядах пересылаются по
интернет-связи в Центр управления КЕМА для их об-
работки, окончательного представления и вывода
на дисплей на защищённом сайте для владельцев
энергосетей. В данном докладе обсуждаются основ-
ные понятия измерительной системы PD-OL и неко-
торые результаты измерений.
ВВЕДЕНИЕ
Многие владельцы энергосетей указывали на не-
обходимость системы измерения частичных разря-
дов в режиме онлайн, т.е. когда кабель остаётся под
напряжением. Эта необходимость назрела в течение
ряда лет для кабелей как высокого, так и низкого на-
пряжения.
Для кабельных цепей высокого напряжения (
50
кВ) были внедрены решения по мониторингу ча-
стичных разрядов с установкой датчиков на каж-
дое устройство. Для кабелей среднего напряжения
(
36 кВ) это решение оказалось непрактичным. По-
этому для кабельных цепей среднего напряжения
лучшим решением оказалась работа с двумя дат-
чиками, установленными на обоих концах кабе-
ля. При помощи двух датчиков, замером разности
времени поступления импульса на каждом датчи-
ке, охватывается вся протяжённость кабеля. Чув-
ствительность такой измерительной системы мож-
но сравнить с чувствительностью хорошо извест-
ных офлайновых систем измерения частичных раз-
рядов для кабелей среднего напряжения (напри-
мер, кабелей с изоляцией из СПЭ, с бумажной
изоляцией) и всей установленной кабельной арма-
туры.
Сегодня такой подход звучит просто. Однако до
2005 года осуществить это было нереально. Одной
из проблем была невозможность синхронизации по
времени датчиков на обоих концах кабеля. Через
два года научно-исследовательских поисков [1, 2]
появился опытный образец такой измерительной
системы. Впервые на Международной конферен-
ции CIRED 2005 была представлена в полном мас-
штабе измерительная система частичных разрядов
PD-OL [3], которая защищена патентом [5].
В 2007 г. первая серийная измерительная систе-
ма была реализована. С тех пор в эксплуатацию по-
ступило около 120 таких систем. Некоторые прин-
ципы и результаты представлены в этом докладе
и частично являются копией работы, представлен-
ной на CEPSI в 2008 г. [6]. В докладе CIRED 2009
основной акцент был сделан на новые примеры ре-
зультатов измерений, представленные во второй ее
части.
УСТРОЙСТВО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ
СИСТЕМЫ PD-OL
Система PD-OL состоит из двух отдельных PD-OL
измерительных блоков (рис. 1), каждый из которых
устанавливается на одном из концов кабельной сети
подстанции или замкнутой вспомогательной сети
распределения (RMU).
Первый практический опыт
онлайнового мониторинга
частичных разрядов кабельных
систем среднего напряжения
Питер ВАН ДЕР ВИЛЕН (Peter VAN DER WIELEN),
Фред СТЕЕННИС (Fred STEENNIS), KEMA, Нидерланды
Актуально
ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ ÊË
«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2011, www.kabel-news.ru
54
Каждое измерительное устройство имеет:
• блок датчик/инжектор (PD-OL — SIU). В состав
этого блока входят датчик для измерения импуль-
сов кабеля и прибор для инжекции зарядов в ка-
бель. Блок можно разделить на две части и в та-
ком виде в онлайновом режиме закрепить на ка-
беле или его заземляющем проводе;
• блок управления (PD-OL — CU), который подклю-
чён к SIU при помощи волоконно-оптического
кабеля. Блок управления представляет собой
небольшой специальный компьютер, который
управляет последовательностью измерений,
сбором данных и обработкой сигналов. В него
встроены средства связи (LAN, модем или мо-
бильный телефон/плата GPRS) для загрузки по
Интернету полученных данных в Центр управле-
ния KEMA для последующей интерпретации. Бо-
лее того, к блокам PD-OL имеется доступ по Ин-
тернету в целях диагностики и обновления. Всё
это осуществляется автоматически, поэтому по-
сле установки приборов в доступе к ним нет не-
обходимости.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ
ПРИ ПОМОЩИ PD-OL
В ситуации с онлайновым режимом силовые кабе-
ли в большинстве случаев соединены с другими ка-
белями. Поэтому импульсы частичных разрядов не
отражают ситуацию в полной мере или отражают в
малой степени. Более того, в режиме онлайн импуль-
сы от смежного оборудования, подобные частичным
разрядам, поступают в датчики. Для распознавания
частичных разрядов тестируемого кабеля от других
импульсов и для локализации места их возникнове-
ния датчики необходимо устанавливать на обоих кон-
цах кабельной цепи, что и явилось решением в ситу-
ации с PD-OL. Этот простой факт подразумевает, что
для синхронизации по времени блоков PD-OL — CU,
установленных на обоих концах кабеля, необходимо
произвести некие манипуляции. Запатентованным
решением [5] является то, что при помощи блоков
PD-OL — SIU не только измеряются частичные разря-
ды, но и посредством индукционной катушки в кабель
впрыскиваются импульсы (один раз в минуту). Мо-
мент впрыска импульсов ведущим блоком PD-OL —
SIU является точным временем начала измерений
частичных разрядов. Ведомый блок PD-OL — SIU на
другом конце кабеля начинает производить то же са-
мое немедленно после получения этого впрыснуто-
го импульса, что в дальнейшем будет использовать-
ся как точное время прохождения импульса. Посколь-
ку время прохождения сигналов по кабелю извест-
но, возможно определить точность синхронизации по
времени двух блоков PD-OL. Современная аппарату-
ра обработки сигналов способствует совершенство-
ванию надёжности и точности данного метода.
Эта последовательность выражается в записи
синхронизированных по времени данных. В блоке
управления эти данные коррелируются в комплек-
те согласующих фильтров. и можно определить, со-
держат ли измеренные данные частичные разря-
ды. Результатом такой обработки сигналов явля-
ются таблицы импульсов частичных разрядов (PD),
обнаруженных датчиками на обоих концах кабеля.
В Центр управления KEMA по интернет-связи пе-
редаются не полные формы сигналов, а только эти
(значительно меньшие по форме) данные суммар-
ных таблиц. В этом Центре управления сигналы с
обоих концов кабеля комбинируются, в результате
чего происходит отделение импульсов от других ис-
точников и локализация места возникновения ча-
стичных разрядов.
Существует несколько способов удаления других
мешающих импульсов и распознавания настоящих
импульсов частичных разрядов. Подробное обсуж-
дение проблемы представлено в патенте [4]. Здесь
также даётся подробное описание отдельных харак-
теристик измерительной системы PD-OL, например,
метод монтажа датчиков, выбор наилучшего места
установки датчика, проблемы настройки датчиков
и подавление помех. Кроме этого, указаны другие
работы, в которых эти вопросы обсуждаются более
подробно.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ИЗМЕРЕНИЙ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
Вследствие того, что в период между 2007—
2008 гг. было установлено множество различных
систем измерений, получены многочисленные дан-
ные, которые показывают преимущества разных
систем измерений частичных разрядов в онлайно-
вом режиме.
Рис. 1. Монтаж системы PD-OL с блоком
управления (PD-OL — CU) на каждом конце
кабеля для обработки сигналов и их передачи
по Интернету и блока датчик/инжектор
(PD-OL — SIU) для фактических измерений и
впрыска импульсов
Актуально
ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ ÊË
«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2011, www.kabel-news.ru
55
Пример цепи A
Первый пример представляет кабельную цепь A из
освинцованных кабелей с бумажной изоляцией дли-
ной 143 м. На рис. 2 для демонстрации многодневных
испытаний выбран 8-дневный период. Ясно видна раз-
личная активность частичных разрядов по времени;
она отражает дневные и ночные циклы нагрузки, что
явно выражено на восьми скоплениях частичных раз-
рядов с периодами спокойствия между ними.
На вертикальной оси слева расположены заряды
(pC), на нижней слева вертикальной оси изображе-
на локализация разрядов по длине кабеля (143 м) и
на горизонтальной оси — время, которое приблизи-
тельно составляет 8 дней.
Пример цепи B
На рис. 3 представлены результаты измерений
продолжительностью 4 мес. системой PD-OL другой
цепи B (длина — 2,1 км), состоящей из освинцован-
ных кабелей с бумажной изоляцией. Кроме роста ак-
тивности ЧР в других местах цепи и увеличения им-
пульсов ЧР по величине за кабельным соединением
на расстоянии 1364 м, ясно просматривается совер-
шенно новое скопление частичных разрядов боль-
шой мощности. Очевидно, что появилось новое сла-
бое место вблизи муфты на 1364-м метре, которого
в течение первых трёх месяцев не было видно или
были видны слабые признаки его присутствия.
На рис. 4 показана трёхмерная диаграмма этих
же измерений. На ней явно просматривается тен-
денция роста величины ЧР на 1364-м метре — в ме-
сте расположения муфты. Этот уровень интенсивно-
сти ЧР пока не представляет угрозы, но, если сохра-
нится такая же тенденция к увеличению уровня ин-
тенсивности ЧР, может последовать ухудшение экс-
плуатационных характеристик кабеля и будет до-
стигнут высокий уровень риска. Именно эти тенден-
ции теперь становятся видимыми и, вероятно, ока-
жут огромную помощь в расшифровке таких графи-
ков для оценки уровней риска и расчёта остаточно-
го срока службы.
Рис. 4. Трёхмерный график измерений ЧР
в течение 4 мес. кабельной цепи B
Рис. 2. Трёхмерная диаграмма измеренных
частичных разрядов цепи А
Рис. 3. Двухмерный график ЧР, измеренных в
течение 4 мес. в кабельной цепи В длиной 2,1 км
Просматривается явная тенденция возрастаю-
щей активности ЧР в направлении от муфты с жид-
ким наполнителем на 1364-м метре кабеля.
Пример цепи C
Трёхмерный график на рис. 5 также показыва-
ет возрастающую активность ЧР в соединительной
муфте на 173-м метре освинцованного кабеля с бу-
мажной изоляцией (длина кабельной цепи — 537 м).
Владелец сети планирует заменить эту муфту.
Пример цепи D
На рис. 6 в формате 3D показано скопление XH в
направлении от соединительной муфты приблизи-
тельно на 139-м метре освинцованного кабеля с бу-
Актуально
ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ ÊË
«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2011, www.kabel-news.ru
56
мажной изоляцией в кабельной цепи длиной 214 м.
Владельцу энергосети выданы рекомендации либо
заменить муфту, либо провести испытания на вы-
держиваемое напряжение постоянным током. В ре-
зультате проведённых испытаний муфта развали-
лась, подтвердив тот факт, что к дальнейшему ис-
пользованию она была непригодна. После испыта-
ний кабель был изъят на несколько дней из эксплу-
атации, в течение которых муфта была заменена
новой, без частичных разрядов.
Пример цепи E
На 3D графике рис. 7 показано скопление ЧР в
направлении от вышедшей из строя термоусадоч-
ной муфты. Муфта находилась на 1678-м метре ка-
бельной цепи с изоляцией из СПЭ длиной 4258 м.
Владельцу сети были выданы своевременные ре-
комендации по замене муфты, но, к сожалению,
была заменена другая муфта (на 1801-м метре),
что, естественно, не способствовало исчезновению
ЧР, и позже кабель вышел из строя именно в месте
расположения указанной муфты — на 1678-м ме-
тре. В любом случае рекомендация по замене муф-
ты оказалась верной.
Пример цепи F
2D график на рис. 8 показывает явно выражен-
ные концентрации ЧР в трёх разных местах на ка-
беле с изоляцией из сшитого полиэтилена длиной
7058 метров. Скопление ЧР происходило в течение
одного месяца. Это было интересное наблюдение,
поскольку скопления ЧР находились далеко от ме-
стоположения кабельных муфт. Владелец сети про-
верил кабель в этих местах и обнаружил на многих
участках выгорание заземления оболочки кабеля с
изоляцией из сшитого полиэтилена вследствие вы-
соких токов повреждения в медной жиле заземле-
ния оболочки кабеля (рис. 9).
Эти места были локализованы при помощи изме-
рительной системы PD-OL.
Пример цепи G
3D график на рис. 10 показывает тенденцию
роста интенсивности ЧР на 396-м метре освин-
цованного кабеля с бумажной изоляцией длиной
666 м.
Пробой кабеля произошёл в этом месте, но, как
видно из графика на рис. 10, рост интенсивности до-
стиг своего пика через два дня. Причиной поврежде-
ния стал корень дерева, который зажал кабель, по-
вредив его.
ВЫВОДЫ
По сравнению с диагностикой ЧР в режиме
офлайн диагностика при помощи системы PD-OL
представляется прорывом в диагностике кабелей
среднего напряжения. Эта диагностика имеет следу-
ющие преимущества:
• установка системы для владельцев энергосетей в
любой точке земного шара;
• монтаж в процессе эксплуатации, бесконтактная
установка датчиков;
• образование частичных разрядов под постоян-
ным наблюдением; непрерывный мониторинг ЧР
в режиме эксплуатации, визуализация тенденций
их развития, изменений и кратковременной ак-
тивности;
• все данные о ЧР автоматически по интернет-
связи загружаются в одно место для интерпрета-
ции и проведения экспертизы;
• почасовое обновление карт активности ЧР и рас-
шифровка результатов для владельцев энергосе-
тей по Интернету.
Рис. 6. Трёхмерный график одномесячных
измерений ЧР на цепи D с явно выраженной
активностью ЧР в направлении
от соединительной муфты, которая после
испытаний на выдерживаемое напряжение
вышла из строя
Рис. 5. Трёхмерный график 4-месячного
измерения ЧР с явной тенденцией
роста активности ЧР в направлении от
соединительной муфты на 173-м метре
кабельной цепи
Актуально
ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ ÊË
«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2011, www.kabel-news.ru
57
2. J. Veen, д-р наук. Онлайновый анализ сигналов
частичных разрядов в кабелях среднего напряже-
ния. Диссертация, Университет технологий Эйнд-
ховена, Эйндховен, Нидерланды, 2005.
3. P.C.J.M. van der Wielen, J. Veen, P.A.A.F. Wouters и
E.F. Steennis. Обнаружение частичных разрядов
кабелей среднего напряжения с локализацией
повреждения на основе данных системы (PDOL).
Международная конференция по распределе-
нию электроэнергии (CIRED). Сессия 1. Документ
№ 456, Турин, Италия, 6—9 июня 2005 года.
4. P.C.J. M. van der Wielen and E.F. Steennis. “On- line
PD monitoring system for MV cable connections with
weak spot location”. IEEE Power Engineering Society
(PES) General Meeting, Pittsburgh, Pennsylvania,
USA, July 2008.
5. E.F. Steennis, P.A.A.F. Wouters, P.C.J.M. van der
Wielen и J. Veen. Способы и системы переда-
чи информационных сигналов по силовым кабе-
лям. Международный патент № WO 2004/013642,
июнь 2002.
6. E.F. Steennis и P.C.J.M. van der Wielen. Новая си-
стема мониторинга ЧР с локализацией для про-
тяженных подземных силовых кабелей среднего
напряжения. 17-я Международная конференция
по поставкам электроэнергии (CEPSI), сессия 5.1,
Макао, Китай, 27—31 октября 2008 года.
Перевод Татьяна ШУШКОВА
Авторы выражают благодарность за поддерж-
ку при написании этой работы компаниям KEMA
Nederland B.V. и датскому предприятию s N.V.
Continuon Netbeheer (в настоящее время Alliander),
ENECO Netbeheer B.V. (теперь Stedin.net) и Essent
Netwerk B.V. (сейчас Enexis).
Рис. 7. 3D график ЧР, измеренных в течение
1 мес. на цепи E, с явно выраженной тенденцией
роста активности ЧР на вышедшей из строя
термоусадочной муфте на 1678-м метре
Рис. 8. 2D график ЧР, измеренных в течение
одного месяца на кабельной цепи F, с явно
выраженным скоплением ЧР в вышедшей
из строя термоусадочной муфте
Рис. 9. В кабеле с изоляцией из сшитого
полиэтилена цепи F вследствие чрезмерных
токов повреждения произошло выгорание
медного провода заземления оболочки
ЛИТЕРАТУРА
1. P.C.J.M. van der Wielen, д-р наук. Обнаружение и
локализация частичных разрядов в кабелях сред-
него напряжения в режиме онлайн. Диссертация,
Университет технологий Эйндховена, Эйндховен,
Нидерланды, 2005.
Рис. 10. 3D график двухнедельного измерения
роста интенсивности ЧР на 396-м метре
кабельной цепи G
Актуально
ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ ÊË
Оригинал статьи: Первый практический опыт онлайнового мониторинга частичных разрядов кабельных систем среднего напряжения
Доклад KEMA (Нидерланды) на CIRED 2009.
