Увеличение срока эксплуатации кабелей среднего напряжения

Практический опыт применения программного обеспечения statex^® для определения остаточного срока службы кабельных линий и анализа полученных диагностических данных

Компания BAUR GmbH предлагает комплексное решение для диагностики состояния подземных кабелей среднего напряжения и определения остаточного срока службы кабеля, а также для объединения всех данных о его состоянии в единую базу данных. Важным компонентом является программное обеспечение statex^® для оценки результатов измерений. В данной статье мы покажем на практических примерах преимущества анализа результатов измерений с помощью программного обеспечения statex^®.

Найер Т., технический консультант BAUR GmbH (Зульц, Австрия)

Многие подземные кабели среднего напряжения эксплуатируются десятилетиями и достигли возраста, когда следует ожидать отказов. Обеспечение высокой эксплуатационной надежности сети среднего напряжения при оптимальных затратах возможно только с помощью оценки состояния кабеля. В профессиональном мире утвердились два диагностических метода: измерение частичных разрядов и измерение угла диэлектрических потерь (также называемого tg δ).

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ПОЗВОЛЯЕТ ОПРЕДЕЛИТЬ РЕАЛЬНЫЙ ВОЗРАСТ КАБЕЛЯ

Измерение tg δ — это неразрушающий метод оценки всего измеряемого участка кабеля, позволяющий выявить водные триинги в твердой изоляции, дефекты изоляции кабелей с бумажно-масляной изоляцией, влагонасыщенную арматуру и, например, возможные частичные разряды. Результаты измерения тангенса угла диэлектрических потерь дают комплексную информацию о старении кабеля и могут быть точно оценены, в частности, с помощью программного обеспечения statex^® компании BAUR.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО СРОКА СЛУЖБЫ — НАМНОГО ТОЧНЕЕ, ЧЕМ В СООТВЕТСТВИИ С IEEE 400.2-2014?

Statex^® обеспечивает оценку результатов измерений, которая выходит далеко за рамки обычного подхода. Это связано с тем, что данное программное обеспечение использует статистические методы и, помимо соответствующих измеренных значений, также обрабатывает сохраненные данные измерений других кабельных линий. ПО statex^® выдает рекомендации по срокам проведения следующих испытаний, измерений и диагностики, рассчитывает остаточный срок службы кабельной линии и производит сравнение состояния изоляции отдельной кабельной линии относительно всей базы данных, в которой в наглядной форме представлены все кабели кабельного хозяйства. Таким образом, польза от анализа выходит далеко за рамки того, что может дать классификация на «хорошие», «для дальнейшего изучения» или «плохие» согласно критериям стандарта IEEE. Поэтому анализ, проведенный с помощью statex^®, обеспечивает лучшую основу для принятия решений (рисунок 1), например, для отделов технического обслуживания или планирования сети, а также для высшего руководства, которое хочет оптимально использовать бюджет.

Для большинства пользователей statex^® точный прогноз оставшегося срока службы кабеля — это то, что открывает наибольший потенциал экономии. Например, южнокорейская сетевая компания KEPCO, разработавшая базовую методологию statex^® на основе собственных измерительных данных совместно с корейским университетом Мокпо (Mokpo National University), смогла значительно увеличить срок эксплуатации кабельных линий среднего напряжения при проведении диагностики кабельного хозяйства с использованием технологии statex^®. По сравнению с оценкой по критериям IEEE средний остаточный срок службы увеличился примерно на одиннадцать лет.

На примере одной сетевой компании из Германии мы покажем, что даже простая рекомендация по проведению следующего диагностического измерения сама по себе дает экономические преимущества.

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 1: БОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

Сетевая компания использует измерение tg δ в ходе испытания синусоидальным напряжением СНЧ на ответственных или сильно нагруженных кабелях среднего напряжения. До использования statex^® наиболее важные 30% кабелей подвергались измерению коэффициента потерь каждые четыре года, а еще 30% менее важных кабелей — каждые восемь лет. Коэффициент потерь не измерялся на оставшихся 40% кабельных линий. На основе измеренных значений с помощью программного обеспечения был рассчитан остаточный срок полезного использования кабелей.

В начале 2020 года оператор сети установил statex^® и применил программное обеспечение к результатам 500 измерений коэффициента потерь в ходе теста. Среди прочего это показало, что время до следующего измерения коэффициента потерь может быть увеличено: в среднем это привело к тому, что этот период стал 6,4 года. Это позволило увеличить ежегодное количество диагностируемых кабельных линий на 7%. Кроме того, компания теперь не проводит измерения на новых КЛ, где процессы выгазовывания изоляции еще не завершились (пользователям statex^® рекомендуется указывать точку начала деградации — обычно это десять или более лет для кабелей с пластмассовой изоляцией). Это высвобождает дополнительные мощности для измерения кабелей, позволяя ежегодно диагностировать на 17% больше КЛ. Большее количество диагностических измерений приводит к большей прозрачности и сокращает их себестоимость. Таким образом, по оценкам оператора сети, statex^® окупается чуть более чем за два года только за счет более эффективного использования диагностических мощностей, даже не учитывая иные положительные эффекты.

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 2: БЕЗОПАСНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ КРИТИЧЕСКИ ВАЖНЫХ КАБЕЛЕЙ

Для другого пользователя statex^® (оператора сети в одном из азиатских мегаполисов) программное обеспечение демонстрирует, насколько точно могут быть даны рекомендации по действиям и определен остаточный срок службы. Кабели, диагностированные в мае 2021 года, включали смешанный кабель (рисунок 2) длиной 229 м, наиболее изношенный отрезок которого — трехфазный кабель с бумажно-масляной изоляцией (БМИ) 42-летней давности, часть — новый кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, а самый протяженный отрезок — кабель с изоляцией СПЭ первого поколения, измерение коэффициента потерь которого показало значения, свидетельствующие о высоком уровне старения изоляции, а также о наличии влаги в соединении. Кроме того, наблюдались высокие частичные разряды на расстоянии 54 м (в переходной муфте) и еще более заметные на расстоянии 78 м, где был диагностирован развивающийся дефект в изоляции СПЭ.

Statex^® рассчитал остаточный срок службы для этих кабелей — менее двух лет, что соответствует оценке «очень плохо», и рекомендовал принять срочные меры, которые, однако, не могли быть выполнены немедленно. Срочность была подтверждена только через пять недель в результате повреждения кабеля, которое произошло на расстоянии 78 м от начала кабеля — в вышеупомянутом слабом месте в кабеле СПЭ. Поскольку заменить весь кабель в короткий срок не представлялось возможным, была заменена только секция и установлены две дополнительные муфты на 53 м и 88 м, а участок кабеля между ними был обновлен (рисунок 3).

Пример окисления кабельный линии впоследствии замененного участка приведен на рисунке 4.

Последующее измерение коэффициента потерь примерно на 60% привело к снижению значения tg δ и позволило оценить оставшийся срок службы КЛ в еще десять лет. Также программное обеспечение statex^® предоставило рекомендацию по проведению следующего диагностического обследования в 2026 году. Из-за прогрессирующего окисления экрана и оболочки, начиная с нового соединения на 88 м и далее, оператор сети получил рекомендацию от эксперта по кабельным сетям заменить и этот участок кабеля в среднесрочной перспективе.

Этот пример показывает, что рассчитанный очень непродолжительный срок службы оказался верной оценкой, что, к огорчению оператора сети, подтвердил случай неисправности, произошедший вскоре после этого. Однако ремонтные мероприятия позволили снова продлить срок службы на много лет.

Оператор сети, который проводит диагностику кабелей с 2010 года, учитывал значения прошлых измерений коэффициента потерь в statex^® и таким образом смог рассчитать оставшийся срок службы и рекомендации для последующих измерений. Это положительно влияет на инвестиционное планирование компании и позволяет увеличить временной интервал между испытаниями, тем самым не нагружая КЛ лишний раз (см. также пример 1).

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 3: УВЕЛИЧЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ КАБЕЛЯ

Австрийский оператор сети считает большим преимуществом то, что с помощью программного обеспечения statex^® ему больше не нужно полагаться на грубую классификацию согласно международным стандартам (по критериям IEEE), а можно получать точные прогнозы остаточного срока службы. Насколько точны эти прогнозы, можно увидеть, сравнив прошлые измерения с текущими. Например, в 2017 году на КЛ с пластмассовой изоляцией были измерены значения, которые при оценке по критериям IEEE привели бы к его выводу из эксплуатации (значения превышали порог высокого риска). Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от приложенного напряжения с индикацией пороговых значений согласно критериям стандарта IEEE представлена на рисунке 5.

Однако последующая оценка значений, измеренных в 2017 году, с помощью statex^® в 2021 году показала срок службы еще в восемь лет на момент расчета (то есть до 2029 года) КЛ с самым продолжительным сроком службы. Чтобы проверить согласованность результатов, пользователь сравнил этот прогноз с прогнозом, основанным на измерении весной 2021 года, — и это привело к тому, что остаточный срок службы наихудшей КЛ в настоящее время составляет девять лет.

И наоборот, в другом примере, кабель с бумажно-масляной изоляцией был определен как более старый, чем классифицировалось ранее. У него были сильно завышенные значения tg δ на фазе 2, а значение TD-skirt указывало на старую изоляцию. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь на КЛ с БМИ от приложенного напряжения с индикацией пороговых значений согласно критериям стандарта IEEE представлена на рисунке 6. Коэффициент TD-skirt показывает, насколько стабильно ведет себя tg δ в течение одного измерительного цикла. Например, постоянное увеличение или уменьшение значения tg δ или его колебания в пределах уровня напряжения могут указывать на степень старения. Чтобы определить TD-skirt, statex^® проводит виртуальную линию между наибольшим и наименьшим значением tg δ из восьми последовательных измерений. Отклонение tg δ (статистического Δ) также свидетельствует о сильном старении кабеля.

В итоге, по результатам оценки измерений statex^®, остаточный срок службы составил всего около трех лет, тогда как классификация на основе абсолютных измеренных значений коэффициента потерь отнесла бы эти кабели к некритичным (на рисунке 6 измеренные значения не превышают порог риска или превышают его очень незначительно).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, определенно существуют различные аргументы в пользу статистической оценки измерений коэффициента потерь с помощью программного обеспечения statex^®. Те компании, которые уже создали свою систему прогнозирования остаточного срока службы, все равно выигрывают — в данном случае за счет лучшей классификации диагностических возможностей и, как следствие, большей прозрачности состояния всего кабельного хозяйства (пример 1).

Пользователи, проводящие диагностику и оценку кабеля с помощью statex^® впервые, смогут точно предсказать остаточный срок службы и своевременно планировать инвестиции по замене КЛ. Продление срока использования кабеля в среднем на несколько лет без дополнительных рисков не является чем-то необычным и позволяет оптимально использовать бюджеты на техническое обслуживание в соответствии со спросом. В качестве альтернативы сэкономленные средства могут быть направлены на меры по увеличению надежности сетей, чтобы подготовить их к более высоким требованиям в ходе трансформационных процессов нового энергетического подхода.

Дополнительным аспектом использования statex^® и диагностики кабеля с помощью измерения коэффициента диэлектрических потерь и частичного разряда является то, что скрытые неисправности часто могут быть обнаружены на ранней стадии, и ремонт может быть лучше спланирован. Это также приводит к экономическим преимуществам, например, благодаря оптимальной координации строительных или земляных работ.