Как отмечалось выше, при эксплуатации возникает необходимость определять как зону линии, содержащую газы — продукты разложения масла, так и место разгерметизации оболочки кабеля или трубопровода. Рассмотрим метод определения этих повреждений. В нем используется эффект образования масляной пробки в результате замораживания масла жидким азотом.
Определение загазованной зоны.
Для определения загазованной зоны на отключенной линии примерно в ее середине (если неизвестно место возникновения ионизации) на кабель в точке, имеющей низшую геодезическую отметку (где предполагается наличие масла в кабеле), устанавливается муфта для замораживания кабеля (рис. 12.6). К обоим концам линии должны быть присоединены источники давления (АПУ, передвижная дегазационная установка или временные маслопроводы от другой линии) с манометрами. В муфту для замораживания наливается жидкий азот. Масло в кабеле замораживается с образованием твердой пробки. В отдельных случаях, если температура замораживания масла около —20° С, для замораживания можно использовать ацетон с добавлением сухого льда. В этом случае размеры муфты замораживания получаются существенно большими [1].
Рис. 12.6. Муфта для замораживания маслонаполненных кабелей:
1 — полумуфта; 2 — оболочка; 3 — патрубок; 4 — хомут; 5 — минеральная вата
Образование масляной пробки заканчивается спустя 3—4 ч после начала заливки азота в муфту. После проверки наличия пробки путем искусственного временного понижения давления масла в одной части линии вентили подпитывающей аппаратуры закрываются и производится одновременное пропиточное испытание на обоих концах линии. Сравнивая объем вытекшего масла с объемом, измеренным перед включением, можно установить часть линии, содержащую газ. В дальнейшем муфта замораживания устанавливается примерно в середине части линии, содержащей газ, и измерения повторяются. Зона, содержащая газ, может быть определена достаточно точно.
Следует отметить, что образование газов при эксплуатации линий низкого давления обычно является следствием предварительного появления утечки масла из линии при несвоевременной подпитке аппаратуры неисправной фазы. В этом случае в кабеле в месте утечки может образоваться вакуумная зона, в которую попадает воздух.
Определение места утечки масла из линии.
Утечки масла из линий высокого давления, как правило, возникают в местах уплотнений арматуры и в подпитывающей аппаратуре. В отдельных случаях утечки масла возникают в стальном трубопроводе. Обнаружение возникших утечек в линиях производится эксплуатационным персоналом сравнением изменений давления по диаграмме регистрирующего манометра (срабатывание масляных насосов становится более частым), а также контролем уровня масла в баке-хранилище масла. Если к АПУ присоединено несколько линий, то для определения линии, имеющей утечку масла, нужно проделать специальное испытание, заключающееся в следующем. На действующих линиях на срок 15—30 мин закрываются линейные вентили и производится наблюдение за показаниями манометров. Во избежание ложного отключения линии технологическая защита (от понижения давления масла в линии) должна быть отключена. При закрытии вентилей компенсация изменений объема масла происходит в основном за счет объема нерастворенного газа, содержащегося в линии. При этом давление масла в линии, имеющей течь масла, будет быстро понижаться, а в исправной линии давление масла в зависимости от теплового состояния линии либо будет медленно возрастать, либо несколько понижаться. Такой опыт нельзя проводить на линии, только что включенной под нагрузку, сразу после отключения нагрузки, так как при этом объем масла резко изменяется, что может привести к неверному выводу об исправности данной линии.
Следует отметить, что линия весьма чувствительна к колебаниям температуры, в особенности наземных участков (у концевых муфт). Сильное понижение давления в исправной части линии может быть вызвано уменьшением солнечной радиации (появление сильной облачности, заход солнца). Для определения места утечки масла на отключенной линии, примерно в ее середине, на трубопровод устанавливается муфта для замораживания кабеля. После замораживания масла жидким азотом и образования пробки она испытывается на прочность, отключаются источники давления с обеих сторон и производится одновременная запись значения давления масла на обоих концах линии с интервалом 5—10 мин. Если измерения проводятся на линии, которая остыла не полностью, то понижение давления масла может иметь место на обоих концах, однако уменьшение давления в части линии, имеющей утечку масла, происходит гораздо быстрее. Среднезагруженные линии остывают не менее 2 сут. Участок линии с утечкой масла определяется в течение 30—50 мин. После этого муфта для замораживания разогревается теплой водой (до 30—60° С), снимается с трубопровода, устанавливается посередине неисправного участка и замораживание повторяется. После пяти-шести замораживаний длина участка трубопровода с местом утечки масла уменьшается до 10—15 м. Этот участок раскапывается, и место утечки определяется визуально. При проведении измерений следует иметь в виду, что компенсация изменений объемов масла в секции происходит за счет объема нерастворенного газа, поэтому при больших утечках (5—10 л в сутки) или коротких участках трубопровода с утечкой понижение давления происходит (после закрытия подпитывающей аппаратуры) в течение нескольких минут. При этом допустимое избыточное давление, кгс/см2, определяется с учетом продольного профиля линии по формуле
(12.1)
где Н — разность геодезических отметок манометра и высшей точки кабеля, м; 11,4 —высота столба масла, м,, соответствующая давлению р= 1 кгс/см2.
Рис. 12.7. Продольный профиль линии:
1,2 — концевые муфты; 3 — муфта для замораживания; 4 — подпитывающая аппаратура или другой источник масла; 5 — манометр
Например, если измерения производятся на линии, продольный профиль которой изображен на рис. 12.7, то низшие пределы давления для манометров, установленных у муфт 1 и 2, соответственно будут равны
р1=0,15 + Н/11,4; (12.1а)
р2 = 0,15 + Н2/11,4. (12.16)
При давлениях ниже допустимых возможно появление вакуумных зон в трубопроводе и всасывание воздуха и влаги через место утечки масла, что может вызвать в дальнейшем повреждение кабеля в этом месте.
Определение мест утечек масла из линий низкого давления имеет некоторые отличия. Утечки масла из маслонаполненных кабельных линий низкого давления, как правило, возникают в местах паек и уплотнений арматуры и подпитывающей аппаратуры, так как их качество проверяется только визуально. Однако в отдельных случаях утечки масла возникают непосредственно в оболочках кабелей либо в результате предшествующего механического их повреждения, либо из-за коррозии оболочки. Обычно утечка масла вначале весьма мала и не превышает 0.1—0,3 л/сут.
Обнаружение возникших утечек в линиях производится эксплуатационным персоналом путем сравнения изменений давления в исправной и неисправной фазах секции линии. Трудности при выявлении фазы, имеющей утечку масла, вызываются тем обстоятельством, что давление масла в линии зависит от теплового состояния линии и характеристик подпитывающих баков. Диаграммы отдачи масла стандартных баков давления, применяемых в аппаратуре подпитки линий, имеют некоторые различия. Однако, как отмечалось выше, наблюдениями за давлением масла в линии в течение 1—2 мес можно обнаружить фазу линии, имеющую утечку масла. Анализ записей давления масла, производимых регулярно в специальных журналах, позволяет выявить возникшую утечку масла. Кроме того, определение фазы с утечкой масла в полевых условиях выполняется при помощи метода, заключающегося в следующем.
На действующей линии закрываются вентили подпитывающих баков всех фаз секции, и персонал наблюдает за изменением давления масла
в фазах секции по манометрам. Если тепловой режим линии не установился, то происходит либо выделение масла из секции, либо его поглощение.
При закрытии вентилей на срок не более 30 мин на подпитывающих баках в кабеле удерживается давление за счет упругих деформаций конструктивных элементов при отсутствии в кабеле свободного газа. При этом давление масла в фазе, имеющей течь масла, будет быстро понижаться, а в остальных фазах давление масла либо будет медленно возрастать, либо несколько понижаться в зависимости от теплового состояния линии.
Методика определения места утечки масла из линии низкого давления аналогична методике определения места утечки масла из линии высокого давления. На Отключенной линии в середине секции на кабель, имеющий утечку масла, устанавливается муфта замораживания (см. рис. 12.6). К обоим концам секции должны быть присоединены баки давления с манометрами. В муфту замораживания наливается жидкий азот. Масло в кабеле замораживается с образованием твердой пробки.
Спустя 1,5—3,5 ч (соответственно для кабелей 110 и 220 кВ) после начала заливки азота баки на обоих концах секции закрываются и производится одновременная запись давления масла на обоих концах секции с интервалом в 5 мин. Если измерения проводятся на линии, которая еще остыла не полностью, то понижение давления масла может иметь место на обоих концах, однако уменьшение давления в части секции, имеющей утечку масла, происходит гораздо быстрее. Для внесения необходимой поправки целесообразно наблюдать за изменением давления масла в неповрежденной фазе, на которой также закрываются баки.
Участок секции с утечкой масла определяется в течение 30—45 минут, после чего муфта замораживания разогревается теплой водой (30—50° С), снимается с кабеля, устанавливается посередине неисправного участка секции и замораживание повторяется.
После пяти или шести замораживаний длина участка кабеля с утечкой масла уменьшается до 10—15 м. Этот участок раскапывается, и место утечки определяется визуально. Использование данного метода на линиях низкого давления требует дополнительных манометров с классом точности не ниже 1, так как электроконтактные манометры, установленные на обоих концах секции, могут быть использованы для проведения измерений только в случае значительных утечек масла.
При проведении измерений следует иметь в виду, что компенсация изменений объемов масла в секции происходит за счет объема нерастворенного газа, содержащегося в изоляции кабеля, и поэтому при больших утечках (5—8 л в сутки) или малых участках кабеля с утечкой понижение давления происходит (после закрытия подпитывающих баков) в течение 1 мин. При этом предельные минимально допустимые давления определяются с учетом продольного профиля секции по формулам (12.1а) и (12.16). При давлениях масла ниже допустимых возможно появление вакуумных зон в кабеле и всасывание воздуха и влаги через место утечки масла в изоляцию кабеля, что может вызвать в дальнейшем повреждение кабеля в этом месте.
Определение зоны в кабеле, содержащей газы
Определение зоны в кабеле, содержащей газы, на линиях низкого давления производится так же, как и на линиях высокого давления, с тем отличием, что для выявления в полевых условиях фазы, содержащей газы, закрываются вентили подпитывающей аппаратуры секции на всех фазах. При неизменном тепловом режиме линии давление масла в неисправной фазе будет быстро возрастать, а в остальных фазах изменение давления будет незначительным. Однако следует иметь в виду, что этот опыт дает результаты лишь при наличии небольшого объема газов, находящихся на некотором удалении от подпитывающих баков. Если процесс ионизации охватил значительную часть секции и в маслопроводах уже находятся газы, то этот опыт однозначных результатов не дает. В связи С тем что ионизация сопровождается резким увеличением диэлектрических потерь в изоляции, можно обнаружить кабель, содержащий газы, по повышению нагрева оболочки кабеля, даже если линия находится только под напряжением.
