С. И. Белов, В. А. Руссов, ООО «Вибро-Центр»
Изменение стратегии управления эксплуатацией высоковольтного оборудования требует внедрения современных средств оценки технического состояния, работающих в режиме онлайн, т. е. без вывода оборудования из эксплуатации. При этом, наряду с прочими, существенными оказываются две важные особенности, свойственные энергетическим предприятиям: во-первых, сложная топология и существенное пространственное распределение оборудования, особенно кабельных и воздушных линий; во-вторых, насыщенность энергетических предприятий оборудованием различного типа, предполагающим использование систем мониторинга различных модификаций для оборудования, входящего в единую технологическую цепочку энергетического снабжения.
В данной работе сделан акцент на проблеме локализации места возникновения дефекта в кабельных и воздушных линиях электропередач, а также предложен способ ее решения при помощи долговременной синхронной регистрации высокочастотных процессов в линиях.
В практике эксплуатации линий электропередач приходится сталкиваться с рядом проблем, связанных с надежностью их работы и обеспечением функциональности в течение всего срока службы. Перечислим их для каждого типа линий.
Воздушные линии (BЛ): - однофазные и многофазные замыкания;
- обрывы проводов;
- гололедно-изморозевые отложения на проводах и тросах;
- коронные разряды на элементах BЛ;
- падение, уклон опор;
- грозовые перенапряжения и т. д.
Кабельные линии (KЛ):
- пробой изоляции;
- разрыв фаз;
- перегрев изоляции кабеля.
В настоящее время существует достаточно большое количество способов для диагностики этих проблем, и, как это часто бывает, все они имеют свои достоинства и недостатки. Все они достаточно доступно и подробно изложены в работах других авторов.
Предлагаются оригинальный метод диагностики и его практическая реализация в распределенной диагностической системе синхронной регистрации, построенной на базе приборов марки OVM производства ООО «ДИМРУС», суть которого сводится к следующему.
На контролируемом комплексе энергетических объектов в узлах, соединяющих различное оборудование, или контрольных точках монтируются высокочастотные датчики типа RFCT (Radio Frequency Current Transformer). С их помощью снимается высокочастотный сигнал: частичные разряды (ЧР) - в случае выставки высокой чувствительности по измерительным каналам и другие высокочастотные импульсы (коммутационные, разрядные и проч.) - в случае выставки низкой чувствительности.
Вся зарегистрированная информация сохраняется во внутренней памяти прибора. Все регистрируемые импульсы записываются либо вместе со временем их регистрации относительно главного прибора, либо относительно UTC (Всемирное координированное время), дополнительно к каждому импульсу ставится в соответствие фаза синхросигнала прибора (обычно 50 Гц).
После регистрации вся информация может быть передана в центр обработки по нескольким каналам связи: проводной Ethernet, USB или радиоканал 2,4 ГГц. Выбор реализации канала связи зависит от существующих технических возможностей на конкретном объекте. Далее, после сбора данных, происходит первичная обработка информации: проверка ошибок в данных, анализ зарегистрированных импульсов. Затем вторичная обработка: сопоставление времени прихода импульсов в различные точки системы и представление импульсов в амплитудно-фазовой плоскости при наличии необходимой информации.
Целью работы системы является выявление закономерностей в сигнале и обнаружение мест комплекса с подозрением на дефект. Например, так как частичные разряд в кабельной изоляции либо коронные разряды на элементах BЛ имеют повторяющееся в пространстве происхождение, и следовательно одинаковое время прихода их излучения в разные регистрирующие точки системы, то статистическое накопление информации может свидетельствовать об объективно существующем дефекте, а знание времени прихода импульсов позволит локализовать его в пространстве. Кроме того, по характерному распределению ЧР на амплитудно-фазовой плоскости можно судить о типе дефекта.
На базе системы возможны также определение и привязка одиночных импульсов к определенному географическому положению, это имеет значение, например, для регистрации грозовых импульсов или импульсов от коммутаций, разрывов или замыканий линии.
Так как фактически каждая точка регистрации - одиночный прибор OVM, то масштаб и сложность проектируемой системы ограничиваются только практической целесообразностью и предельными характеристиками прибора. К таковым можно отнести:
- регистрацию импульсов по превышению уровня;
- ограничение длины между двумя OVM, связанными волоконно-оптической линией - 2 км без ретрансляторов;
- аппаратную точность локализации дефекта по сигналам BOЛC +1-2 м;
- аппаратную точность локализации дефекта по сигналам GPS +/- 20 м;
- передачу данных: Ethernet 10/100BseTX, USB1.1, радиоканал (дальность 1 км);
- питание: ~ 220 В отдельное либо автономное.
Примерную схему системы синхронной регистрации можно представить на рис. 1.
Рис. 1. Схема системы синхронной регистрации
Возникнув вблизи точки В, например от разряда молнии, импульс распространяется в обоих направлениях линии и попадает в регистрационные точки А и С, где записывается приборами синхронной регистрации; сама синхронизация приборов может осуществляться по двум каналам GPS и оптоволокну. После фиксации в измерительном канале каждому импульсу приписывается время его регистрации по часам прибора, позже информация загружается в центр обработки, где происходят ее анализ и решение триангуляционной задачи. Задача локализации места дефекта в упрощенном варианте решается следующим способом.
Предположим, имеется линия длиной L (рис. 2), на концах которой расположены регистраторы OVM. Пусть имеются корректные данные с двух приборов, расположенных на концах ВЛ. Построим ось времени и нанесем на нее время прихода каждого импульса.
Рис. 2. Модель распространения импульса в линии.
Обозначенные на рисунке параметры связаны уравнением
Зная параметры линии L (длина) и V (скорость распространения импульса в кабеле) и взяв из зарегистрированных данных to и tb (время относительно главного прибора или UTC, в зависимости от реализации), получим местоположение дефекта относительно концов линии.
В заключение хочется отметить тот факт, что внедрение систем данного типа позволит удешевить, автоматизировать и упростить мониторинг распределенных энергопередающих систем, получать информацию о текущем состоянии объекта, а на ее основе строить прогнозы по поведению энергопередающих узлов и агрегатов. Это позволит своевременно обнаруживать развивающиеся дефекты и выводить агрегаты в ремонт до аварийных состояний, что, несомненно, даст экономический эффект и повысит надежность энергосистемы в целом.
- (инструкция «Эксплуатация воздушных линий электропередачи», дата обращения 1.06.2010).
- (инструкция «Осмотр кабельных линий - Эксплуатация кабельных линий электропередачи», дата обращения 1.06.2010).
