CDR - система мониторинга технического состояния высоковольтных кабельных линий

Назначение системы мониторинга технического состояния высоковольтных кабельных линий CDR

Широкое внедрение силовых кабельных линий с рабочим напряжением 110 кВ и выше, являющихся ответственными элементами систем электроснабжения, все более остро ставит для служб эксплуатации вопросы оперативной диагностики состояния, особенно в режиме постоянного мониторинга.

В настоящее время на практике используются две разновидности систем контроля и мониторинга высоковольтных кабельных линий - работающих на основе метода теплового контроля или на основе регистрации и анализа частичных разрядов в изоляции. Первый метод мониторинга более полезен для контроля тепловой эксплуатационной нагрузки кабельной линии, а второй имеет максимальную чувствительность для диагностики дефектов. В идеале оптимальным является использование комплексных систем мониторинга, использующих оба эти метода.

Таким требованиям соответствует комплексное устройство марки CDR (Cables Diagnostics Relay), предназначенное для создания систем мониторинга состояния и поиска дефектов изоляции высоковольтных кабельных линий.

Описание системы мониторинга технического состояния высоковольтных кабельных линий CDR

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 двух типов, выбор зависит от конструкции и условий монтажа линии.

1. Датчики марки «CDR-S»

Эти комплексные датчики частичных разрядов и температуры соединительных муфт монтируются непосредственно на поверхности кабеля. Датчик марки «CDR-S» обычно представляет собой гибкое металлизированное кольцо шириной до 200 мм, которыми оборачивается внешняя поверхность кабеля, рядом с концевой или соединительной муфтой. Благодаря такой разъемной конструкции монтаж датчика на кабеле не представляет большой сложности.

Датчик работает в UHF диапазоне частот, поэтому имеет максимальную чувствительность к «рядом расположенным» дефектам. То есть он хорошо будет регистрировать частичные разряды в муфте, на которой он установлен, но к «удаленным дефектам» его чувствительность понижена. Это объясняется интенсивным затуханием высокочастотных импульсов в кабельной линии.

2. 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 чувствителен к дефектам, которые могут располагаться от него на удалении до нескольких км. При этом чувствительность к «близким» дефектам у «RFCT-7» будет ниже, чем у датчика «CDR-S».

Особенности регистрации и анализа импульсов частичных разрядов в кабельных линиях, реализованные в системе CDR

В качестве устройства регистрации и анализа параметров кабельных линий в системе мониторинга CDR использован универсальный шестиканальный измерительный прибор. Это современный и эффективный прибор регистрации частичных разрядов.

Его функциональными особенностями являются:

• Возможность регистрации импульсов частичных разрядов в очень широком диапазоне частот, от 50 кГц до 1 ГГц. Использование такого диапазона частот связано с тем, что импульсы ЧР, перемещаясь по линии, уменьшаются по амплитуде и увеличиваются по длине. Если импульс возник рядом с датчиком, то его частота будет очень 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 1 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 осуществляется 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.