Любая система электроснабжения, на сегодняшний день, представляет собой сложную систему, состоящую из большого количества дорогих и важных для стабильной ее работы, силовых кабелей различного возраста, которые изготавливались и внедрялись в нее, в течение многих десятилетий. На сегодняшний день, самым распространенным типом изоляции кабельных линий, является бумажно-масляная изоляция, которая появилась еще в 1940¬х годах, прошлого столетия. Внедрение кабелей, в изоляции которых применен сшитый полиэтилен - началось посередине 1970-х годов. На сегодняшний день, большой процент кабелей с бумажно-масляной изоляцией, уже выработал свой ресурс и данный тип кабеля, является устаревшими. Так же, первые кабели в которых применена изоляция из сшитого полиэтилена, находятся в эксплуатации уже достаточно продолжительное время, чтобы показать возможные варианты старения их изоляционного материала.
Из соображений повышения надежности энергосистемы, необходимо принимать профилактические меры, для определенных элементов входящих в состав систем электроснабжения. Требования к качеству электрической энергии и надежности электроснабжения потребителей растут, и перебои, вызванные возникновением аварийных ситуаций, во время процесса передачи и распределения электроэнергии, становятся все более дорогостоящими для сетевых компаний. Обслуживание на основе постоянных условий, становится все более распространенным по экономическим причинам. Своевременная диагностика и ремонт кабельных линий, может существенно снизить частоту аварийных отказов, что в свою очередь, положительно скажется на снижении экономических затрат.
Изоляция высоковольтных силовых кабелей и их компонентов, в течение всего срока службы, подвержена старению и разрушению, т. к. на нее воздействуют различные уровни напряжения и внешние факторы. Это может привести к сокращению срока службы, что в свою очередь, снизит надежность энергосистемы. Именно поэтому, многие исследовательские работы, мероприятия и публикации, направлены на улучшение понимания явления старения изоляции, поиск инструментов для диагностики изоляции и создание методов оценки ее остаточного потенциала. Для того, чтобы удостовериться в качестве и надежности кабельной системы, важно выполнить ряд диагностических тестов, прежде чем продолжать эксплуатацию, особенно, после продолжительных периодов бесперебойной работы. Возможность диагностики изоляции на месте и определения уровня ее разрушения - представляет большой интерес, для коммунальных и сетевых компаний.
Невозможно провести диагностические измерения на всех кабельных системах, находящихся в работе. Это даже сложнее, чем проводить полное тестирование изоляции, в лабораторных условиях. Кабельная изоляция должна быть зачищена и взята для анализа, во время ремонта неисправного кабеля. Результаты данного анализа, должны дать больше информации о фактическом состоянии кабельной системы.
Целью диссертации является создание интеллектуальной системы диагностики и контроля состояния кабельных линий, изоляция которых выполнена из сшитого полиэтилена, с возможностью передачи информации о месте возникновения короткого замыкания, на диспетчерский пульт ДД ЦДС.
К задачам относятся:
1. Анализ известных методов диагностики СПЭ изоляции КЛ-10кВ, а также факторов, негативно влияющих на нее.
2. Расчет уставок ДКЗ.
3. Телемеханизация сигналов ДКЗ, на пульт ДД ЦДС.
Результаты данной работы, основаны на экспериментальных испытаниях, проведенных на образцах кабельных линий, в которых в качестве изоляции применен как сшитый полиэтилен, так и масляно-бумажный тип изоляции. Цель состоит в том, чтобы найти практическое применение методам оценки результатов, химического анализа.
Основная задача в этом тезисе, состоит в том, чтобы найти методы, которые могут быть легко адаптированы для повседневного использования , в области мониторинга состояния кабеля.
Основным вкладом этого исследования, является создание инструментов классификации условий, для оценки состояния силовых кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. На XLPE-изолированных кабелях, эта классификация условий объединяет результаты FTIR-анализа и определяет способность, выдерживать различные уровни напряжения. На кабелях с масляной изоляцией результаты FTIR- анализа, объединяются с ожидаемой рабочей температурой и ожидаемым сроком службы бумажной изоляции. В этой диссертации, различные виды электрических измерений и химического анализа, были выполняется на различных образцах кабелей. Большое количество образцов кабелей с XPLE изоляцией и кабелей с масляно-бумажной изоляцией, вышедшие из строя в процессе эксплуатации, были отправлены в лабораторию для диагностики, измерений и анализа. Применимость различных методов диагностики, таких как измерение диэлектрического отклика, игольчатый тест, пробой, FTIR- анализ и анализ масляно-бумажной изоляции, была опробована на кабелях, состаренных в реальных условиях.
Магистерская диссертационная работа заключалась в рассмотрении причин возникновения повреждений, в кабельных линиях с изоляцией из сшитого полиэтилена, а также в создании интеллектуальной системы диагностики и контроля кабельных линий, с возможностью передачи информации о месте возникновения короткого замыкания, на диспетчерский пульт ДД ЦДС. В ходе выполнения работы, были решены следующие задачи:
1. Произведен анализ факторов, влияющих на состояние изоляции кабельных линий, изоляция которых выполнена из сшитого полиэтилена;
2. Рассмотрены изоляционные структуры и основные процессы деградации, также совершен краткий обзор методов анализа, использованных в экспериментальной части работы;
3. Рассчитаны токи короткого замыкания для всех подстанций, на которые планируется внедрение данной системы;
4. Выбраны уставки срабатывания датчиков короткого замыкания для каждой подстанции исходя из рассчитанных токов короткого замыкания;
5. Рассмотрены виды телемеханических систем;
6. Проанализированы возможные способы передачи информации, при помощи различных каналов связи, рассмотрены их особенности и принцип действия;
7. Произведен технико-экономический анализ, возможных каналов связи, пригодных для передачи информации на пульт ДД ЦДС;
8. На основании технико-экономического анализа произведен выбор и обоснование вида телемеханики для связи с диспетчерским пунктом.
Для этой работы, была выбрана одна из основных систем изоляции, используемая в распределительных электрических сетях среднего напряжения. Большинство кабелей среднего напряжения, используемых в России, на сегодняшний день, имею либо бумажно-масляную изоляцию, либо изоляцию из сшитого полиэтилена. В ходе выполнения работы, были рассмотрены основные процессы старения, в изоляционной структуре. Также, представлен краткий обзор методов анализа, использованных в экспериментальной части работы. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, рассматриваемые в этой работе, были взяты из нормальной окружающей среды, а именно, были установлены на кабельных стойках в коллекторе. На основании результатов этого исследования, можно сделать следующие выводы относительно кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена:
Возраст кабеля, не взаимосвязан с измеренными диагностическими переменными. Продолжительный срок службы кабеля, не является прямым доказательством, неудовлетворительного состояния изоляции кабельной линии.
Результаты инфракрасной спектроскопии, а именно наличие карбонильного индекса A, указывают на взаимосвязь с уровнем выдерживаемого напряжения кабеля. Результаты показывают, что анализ FTIR, может использоваться для оценки состояния кабеля. Кабели, даже без внешней защитной оболочки, при использовании в не агрессивной среде, находятся в хорошем состоянии даже после 30 лет эксплуатации.
Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, в этом исследовании, не имели защиты от влаги и использовались в благоприятных условиях окружающей среды. Аналогичное исследование, фокусирующееся на уровнях выдерживаемого напряжения и спектрах FTIR, должно проводиться на кабелях, установленных на земле, и сухих кабелях с защитой от воды.
Фактор влияния температуры проводника, на содержание карбонила, в кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена - недостаточно изучен. Этот фактор, может являться достаточно важной информацией, для планирования городских сетей в будущем, когда спрос на электроэнергию в летний период возрастет.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
