Система контроля диагностики кабелей

CDM – система мониторинга состояния изоляции кабельных линий по частичным разрядам

Система мониторинга марки «CDM» (Cables Diagnostics Monitor) предназначена для постоянного контроля технического состояния изоляции до 45 кабельных линий 6 – 220 кВ под рабочим напряжением. Все контролируемые кабельные линии должны быть подключены (через выключатели) на одном КРУ.

Использование многоканальной системы мониторинга «CDM» позволяет, что очень важно, снизить общие затраты на систему мониторинга и диагностики, рассчитываемые на один контролируемый кабель. С другой стороны, это дает возможность более эффективно отстраиваться от наводок высокочастотных помех на контролируемое оборудование, которые в условиях больших КРУ очень значительны.

Система «CDM» предназначена для периодического мониторинга технического состояния изоляции 45 кабельных линий общей кабельной сборки (КРУ) под рабочим напряжением. Для заказа доступны версии системы мониторинга с уменьшенным и увеличенным количеством контролируемых кабельных линий — 15 и 45.

В системе «CDM» контроль технического состояния высоковольтной изоляции кабельных линий, соединительных и концевых муфт, осуществляется на основе метода регистрации и анализа частичных разрядов, который имеет максимально высокую чувствительность для диагностики дефектов в изоляции любого типа.

Достоинства использования системы марки «CDM» для организации непрерывного мониторинга:

• Одновременно контролируется состояние до 45 кабельных линий, подключенных в одном месте.
• Состояние кабельных линий контролируется не одномоментно, а постоянно, во всех наиболее важных режимах работы.
• На основании анализа полученной информации системой вырабатываются оперативные диагностические решения и даются рекомендации по дальнейшей эксплуатации кабельных линий.

При помощи системы «CDM» реализуются следующие функции диагностики:

• Осуществляется непрерывный контроль состояния изоляции высоковольтной кабельной линии на основе метода регистрации и анализа уровня и распределения частичных разрядов. Определяется тип дефекта в изоляции, анализируется степень его развития и опасности для дальнейшей эксплуатации.
• Производится автоматическая локализация мест возникновения дефектов в изоляции, выявленных системой по частичным разрядам, как в муфтах, так и в самом кабеле. Уникальность этой важной диагностической функции в данном случае заключается в том, что она реализована для кабельных линий в режиме «on-line», т. е. под рабочим напряжением.

Организация мониторинга кабельных линий под напряжением

Система «CDM» предназначена для контроля параметров изоляции кабельных линий и работает полностью в автоматическом режиме. Объема внутренней памяти прибора хватает для хранения замеров частичных разрядах в течение достаточно длительного времени. Полученная информация и диагностические заключения оперативно передаются в систему АСУ-ТП более высокого уровня.

Оперативная диагностика технического состояния изоляции контролируемых кабельных линий осуществляется внутри прибора в режиме реального времени при помощи встроенных алгоритмов. При достижении заданных пороговых значений информация о критическом состоянии кабелей отображается на крышке монтажного шкафа прибора при помощи красных светодиодов. По итогам работы в программе мониторинга (в компьютере) автоматически формируются протоколы состояния всех кабельных линий.

Для практической организации мониторинга состояния кабельных линий оптимальной необходимо:

• На всех кабельных линиях, состояние которых предполагается контролировать системой мониторинга, на поводках заземления концевых муфт заранее монтируются первичные датчики частичных разрядов марки «RFCT-7». Прибор «CDM» при помощи коаксиальных кабелей одинаковой длины подключается к первичным датчикам.
• Для работы прибора «CDM» в автоматическом режиме необходимо заранее сформировать «схемную конфигурацию» контролируемой кабельной сборки. Эта конфигурация создается в компьютере и загружается в прибор перед началом работы.
• Для создания схемной конфигурации применяется специальная программа – конструктор, позволяющая рисовать схемы кабелей и места установки датчиков быстро, максимально просто и эффективно. При создании конфигурации контролируемых кабелей вводится вся техническая информация, необходимая для выявления дефектного кабеля, оценки его технического состояния, определения типа дефекта в изоляции и его опасности.

Базовые алгоритмы работы системы «CDM»

Наиболее сложной задачей при проведении регистрации частичных разрядов в высоковольтных кабельных линиях является отстройка от помех, из-за которых чувствительность систем мониторинга падает в десятки и даже сотни раз.

Для решения этого вопроса — выявления дефектов на ранних стадиях развития в приборе «CDM» реализован набор самых современных средств отстройки от внешних помех. Он включает в себя алгоритмы:

• Совместный анализ времени возникновения импульсов и фазы питающего напряжения.
• «Time of arrival» — отстройка от помех по времени прихода импульсов от разных кабельных линий, с разрешением в единицы наносекунд.
• Амплитудная «разборка импульсов» разрядов, предназначенная от удаления из рассмотрения импульсов, наведенных из соседних кабельных линий.
• Анализ частотных свойств каждого импульса, позволяющий разделять случайные импульсы помех и повторяющиеся импульсы частичных разрядов.
• Для повышения информативности всех диагностических заключений в приборе дополнительно производится измерение температуры и влажности воздуха в помещении контролируемого КРУ.

Второй важной задачей встроенных алгоритмов является определение типа дефекта в изоляции кабельной линии, т. е. определение степени его опасности. Это осуществляется благодаря встроенной в прибор системе «PD-Expert», при помощи которой автоматически производится оценка не только уровня частичных разрядов, но и определяется тип конкретного дефекта в изоляции кабельной линии. Возможности системы «PD-Expert» позволяют даже разделить несколько однотипных дефектов, находящихся в разных местах одного кабеля.

В системе «CDM» реализована функция локации места возникновения дефекта в линии. В качестве зондирующего используется импульс от частичного разряда, возникшего на месте дефекта изоляции. Если в линии нет импульсов достаточной амплитуды, то в качестве зондирующего импульса могут быть использованы импульсы от «наведенной внешней помехи». Наличие в приборе встроенного «on-line» рефлектометра еще в большей степени расширяет диагностические возможности системы.

Состав поставки системы «CDM»:

Стандартная поставка системы мониторинга кабельных линий включает:

• прибор в защитном шкафу, с сигнальными светодиодами на лицевой панели (опция).
• набор первичных датчиков частичных разрядов в соответствии с заказной спецификацией,
• сигнальные кабели длиной по 15 метров.

Для измерения частичных разрядов в комплекте с прибором могут поставляться следующие датчики:

• Датчики марки «RFCT-7» разъемной конструкции допускающие протекание через них больших токов промышленной частоты, замыкающиеся по экранам кабелей. Такие датчики монтируются на поводках заземления экранов кабеля.
• Электромагнитные датчики марки «TEV» для «магнитного» монтажа на поверхности распределительных шкафов КРУ. Используются там, где нельзя применять датчики типа «RFCT».

Выбор необходимых датчиков для создания конкретной системы мониторинга определяется типом контролируемых кабельных линий и условиями их монтажа в КРУ.

Датчики марки «RFCT-7» имеют разъемную конструкцию и внутреннее окно размером 34 * 34 мм. Эти датчики могут регистрировать частичные разряды в проводниках, по которым могут протекать токи промышленной частоты большой амплитуды — до 1000 А. Они специально рассчитаны на использование в системах мониторинга изоляции кабельных линий.

Если размеры заземляющего проводника (шины) кабельной линии не позволяют использовать датчик «RFCT-7», то можно применять разъемный датчик марки «RFCT-4», внутреннее окно которого имеет диаметр 67 мм.

Если при помощи «CDM» планируется контролировать состояние изоляции шин, то необходимо использовать специализированные конденсаторы связи «CC», которые монтируются на двух сторонах сборных шин. Конструкция конденсаторов связи позволяет использовать их вместо опорных изоляторов шин.

Источник

CDR – система контроля, мониторинга и диагностики дефектов высоковольтных кабельных линий

Широкое внедрение высоковольтных кабельных линий с рабочим напряжением 110 кВ и выше, являющихся ответственными элементами систем электроснабжения, требует использования оперативных систем оценки технического состояния.

Это связано с тем, что скорость развития дефектов в изоляции из сшитого полиэтилена аномально высока — с момента возникновения дефекта до выхода кабеля из строя могут пройти недели, и даже дни. Поэтому стандартные off-line испытания, обычно проводимые не чаще одного раза в год, не в состоянии выявлять опасные дефектные состояния и реально снизить аварийность работы кабельных линий.

Наиболее эффективным способом контроля состояния изоляции высоковольтных кабельных линий является диагностика на основе регистрации и анализа частичных разрядов. Этот метод имеет максимальную оперативность и чувствительность для диагностики дефектов в изоляции из сшитого полиэтилена.

Для контроля частичных разрядов в кабельных линиях 110 кВ и выше предназначена система мониторинга марки CDR (Cables Diagnostics Relay), производимая компанией DIMRUS.

При помощи системы «CDR» реализуются следующие функции мониторинга:

• Осуществляется непрерывный контроль состояния изоляции высоковольтной кабельной линии на основе метода регистрации и анализа уровня и распределения частичных разрядов. Определяется тип дефекта в изоляции и степень его развития.
• Производится автоматическая локализация мест возникновения дефектов в изоляции, выявленных системой по частичным разрядам, как в муфтах, так и в самом кабеле. Уникальность этой важной диагностической функции в системе заключается в том, что она реализована для кабельной линии, находящейся под рабочим напряжением.
• Непрерывное контактное измерение рабочей температуры фаз кабельной линии (концевых муфт), расположенных рядом с измерительным прибором системы мониторинга.
• Контроль величины уравнительных фазных токов, протекающих по экрану (броне) кабельной линии при помощи дополнительного датчика тока. Появление уравнительных токов отрицательно сказывается на нагрузочной способности линии из-за увеличенной температурной нагрузки на изоляцию.

С системой CDR можно использовать датчики частичных разрядов двух типов

1. Датчики марки «RFCT-7». Это датчики трансформаторного типа, предназначенные для регистрации высокочастотных импульсов в проводе, заземляющем броню кабеля. Конструктивно датчик «RFCT-7» представляет собой две разъемные половинки, которые легко монтируются на проводниках заземления экрана кабеля, или корпуса соединительной муфты. Благодаря разъемной конструкции установка датчика «RFCT-7» производится без разрыва цепей заземления.

Датчик работает в HF диапазоне частот, поэтому он высокую чувствительность ко всем дефектам в кабельной линии, которые могут располагаться от места установки датчика на удалении до двух-трех км.

2. Датчики марки PD-Line. Эти комплексные датчики частичных разрядов и температуры соединительных муфт монтируются непосредственно на поверхности кабеля. Для подключения датчика марки PD-Line к прибору CDR используется специальный блок согласования.

В состав датчика PD-Line входят два датчика частичных разрядов, датчик температуры и датчик тока в кабельной линии, сигнал которого используется для синхронизации процесса измерения разрядов.

Использование двух разнотипных датчиков частичных разрядов в одном устройстве позволяет определять направление движения импульса частичного разряда, что важно для диагностики и локализации места возникновения дефекта в изоляции.

Особенности CDR для регистрации и анализа частичных разрядов

В качестве прибора регистрации и анализа параметров кабельных линий в системе мониторинга CDR использован регистратор высокочастотных импульсов PD-Analyzer/6S.

Его функциональными особенностями являются:

• Возможность регистрации импульсов частичных разрядов в очень широком диапазоне частот, от 100 кГц до 1,5 ГГц. Использование такого диапазона частот связано с тем, что импульсы ЧР, перемещаясь по линии, уменьшаются по амплитуде и увеличиваются по длительности. Если импульс возник рядом с датчиком, то его частота будет высокой, равной сотням МГц. Частота «удаленного импульса» может составлять «всего» сотни кГц. Чем длиннее линия, тем более низкочастотные импульсы ЧР могут быть зарегистрированы в ней.
• В систему мониторинга марки «CDR» встроены два современных метода локации места возникновения дефекта в изоляции кабельной линии. Один работает независимо на основе анализа рефлектограмм распределения импульсов частичных разрядов в линии, а второй анализирует разницу по времени прихода высокочастотного импульса от дефекта к «концам» контролируемой кабельной линии.
• В системе «CDR» реализована экспертная диагностическая система «PD-Expert», позволяющая в автоматическом режиме определять тип дефекта в изоляции и степень его развития.

Для реализации такого уникального набора функциональных возможностей в системе «CDR» использованы специфические технические решения:

• Во-первых, это то, что регистрация импульсов частичных разрядов во всех шести измерительных каналах прибора «CDR» производится полностью синхронно. Только в этом случае возможна реализация всех вышеперечисленных диагностических алгоритмов.
• Во-вторых, если система мониторинга создается для контроля нескольких кабельных линий, то ее приходится создавать, используя несколько приборов марки «CDR». В этом случае задача синхронизации измерений частичных разрядов становится глобальной.

Такая синхронизация может быть осуществлена двумя способами. При расстояниях до 2 км синхронизация осуществляется при помощи оптических линий связи. По этим линиям будут посылаться синхронизирующие импульсы, а также проводиться обмен информацией. Если длина линии более одного км, или отсутствует возможность прокладки оптической линии, то измерения можно синхронизировать по сигналам системы GPS/GLONASS. Для этого во все приборы встроены приемники сигналов GPS.

Система мониторинга кабельной линии с синхронизацией при помощи оптической линии

На рисунке приведена структурная схема системы мониторинга кабельной линии с двумя соединительными муфтами в каждой фазе. Полностью система мониторинга состоит из 4 приборов марки «CDR» и компьютера со специальным программным обеспечением. Поскольку расстояние не очень значительно, и существует техническая возможность прокладки оптической линии связи, то она используется для синхронизации процесса измерения.

Система мониторинга кабельной линии с синхронизацией по сигналам GPS

Для контроля состояния длинных кабельных линий используются системы с глобальной синхронизацией. Передача информационных потоков в этом случае производится по обычным информационным каналам, которые на рисунке не показаны. Это доступные локальные сети предприятий, глобальные сети, и любые другие альтернативные каналы передачи информации.

Подключение «CDR» к общей системе АСУ-ТП может осуществляться несколькими способами:

• При помощи оптической линии связи.
• При помощи изолированного интерфейса RS-485.

Для осуществления общего мониторинга и диагностики, как одной линии, так и нескольких, в комплекте с приборами поставляется программное обеспечение марки «iNVA».

Для передачи информации из системы мониторинга в систему АСУ-ТП может быть использован протокол ModBus RTU, или протокол IEC 61850.

PD-Analyzer/3S и PD-Analyzer/6S внесёны в Государственный реестр средств измерений

Регистраторы высокочастотных импульсов PD-Analyzer/3S и PD-Analyzer/6S внесёны в Государственный реестр средств измерений за № 76896-19. Свидетельство об утверждении типа средств измерений ОС.С.35.002.А № 75856 выдано Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии.

Источник