СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSTICS OF ELECTRIC POWER SUPPLY CABLE LINE FAULTS

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к устройствам и технологиям поиска повреждений в сетях передачи электроэнергии, и может быть использовано для диагностики и предварительной локализации мест повреждений подземных кабельных линий электроснабжения до 35 кВ.
Известны способы диагностики локализации места повреждения в электрических сетях и кабелях связи: импульсные, колебательного разряда, волновые, петлевые, емкостные, высокочастотные. Недостатками известных способов и устройств локализации мест повреждений кабельных линий электроснабжения являются: недостаточно высокая точность определения мест повреждения; сложность и дороговизна применяемой аппаратуры и способов; значительное время поиска повреждения; часто необходимость прожига изоляции жил кабеля до переходного сопротивления менее 100 Ом, что сокращает срок службы кабельной линии [А.В. Сакара. Организационные и методические рекомендации по проведению испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. - М.: 2006, С.104, 115, 119-120].
Наиболее близким к заявленному из известных технических решений является импульсный метод определения места повреждения и диагностики, с помощью которого можно измерить полную длину кабельной линии, определить расстояние до места повреждения при снижении сопротивления изоляции, коротком замыкании, обрыве жил кабеля. Этот метод включает последовательно-сканирующий аппаратный мониторинг трассы кабельных линий электроснабжения воздействием на кабельную линию электроснабжения зондирующим сигналом и базируется на измерении временной задержки эхосигнала, приходящего от неоднородности, являющейся следствием обрыва, утечки или короткого замыкания в кабеле. При этом зондирующий сигнал представляет собой короткий (ударный) прямоугольный импульс электрического тока, а эхосигнал имеет колоколообразную или близкую к ней форму, что является следствием дисперсии скоростей распространения волн различных длин. Спектр зондирующего сигнала в силу его малой длительности - очень широкий, спектр эхосигнала - существенно меньше из-за большего поглощения составляющих верхней части частотного диапазона. Определение времени задержки представляет трудности из-за нечеткости положения максимума эхосигнала, принимаемого измерителем за момент прихода эхосигнала, что вызывает снижение точности определения места повреждения кабеля. [А.В. Сакара. Организационные и методические рекомендации по проведению испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. - М.: 2006, С.104, 115, 119-120].
Известному способу свойственны все вышеуказанные недостатки. Кроме этого, применение известного способа требует соблюдения определенного условия: переходное сопротивление в месте повреждения кабельной линии электроснабжения, в растяжках жил кабеля, в конце кабельной линии должно быть менее 200 Ом. Достижение такого переходного сопротивления прожигом изоляции требует значительных затрат времени и не всегда возможно, но всегда приводит к полному выходу кабеля из строя. Например, при сильной увлажненности кабеля ток только частично пройдет через место пробоя, а будет растекаться далеко за повреждением в виде емкостного тока. Следовательно, импульс будет отражаться от места пробоя не резко, а с постепенным затуханием.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности технологий диагностики и локализации мест повреждения кабельных линий электроснабжения за счет снижения стоимости и затрат ресурсов при выполнении работ, повышения срока службы кабеля за счет исключения вспомогательной операции прожига при определении места повреждения, повышения точности измерений, упрощения и унификации применяемых методик поиска и аппаратуры, сокращения материальных затрат на восстановление энергоснабжения потребителей.
В результате использования предлагаемого изобретения существенно повысится эффективность технологий диагностики и локализации мест повреждения кабельных линий электроснабжения, сократятся затраты времени и материально-технические затраты при проведении работ.
2
7
3
7
4
7
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что при поиске мест повреждения кабельных линий электроснабжения на каждую из жил диагностируемой кабельной линии электроснабжения поочередно подают зондирующий монохроматический сигнал, напряжение зондирующего монохроматического сигнала поддерживают постоянным, а частоту, начиная с нижних частот, плавно меняют в диапазоне при длинах кабеля до 100 км - от 3*10 до 3*10 Гц, при длинах кабеля до 10 км - от 3*10 до 3*10 Гц, при длинах кабеля до 1 км - от 3*10 до 3*10 Гц, причем контролируют на входе кабельной линии электроснабжения ток в жиле, на которую подан зондирующий монохроматический сигнал и потенциал - на других жилах, при этом возрастание тока на входе кабельной линии электроснабжения до некоторого максимума и отсутствие изменения потенциала на других жилах означает обрыв жилы кабеля, снижение сопротивления изоляции (утечка) или короткое замыкание на землю на расстоянии от точки измерения, равном
l=0,5λ,
где l - расстояние до точки повреждения кабельной линии электроснабжения, λ=ν/f - длина волны зондирующего сигнала на частотах, соответствующих максимальному значению результата интерференции диагностического и отраженного сигналов, ν - скорость распространения волны тока в кабеле; f - частота максимума тока, а возрастание тока на входе кабельной линии электроснабжения до некоторого максимума и изменение потенциала на одной из других жил означает короткое замыкание между жилами кабеля на расстоянии от точки измерения, равном
l=0,25λ.
Предлагаемый способ локализации мест повреждения кабельных линий электроснабжения базируется на сканирующем мониторинге трассы прокладки кабельных линий электроснабжения в резонансном режиме. Для настройки устройства диагностики мест повреждения кабельных линий электроснабжения в резонансный режим осуществляют регулировку параметров сканирующего диагностического сигнала. В этом режиме в результате интерференции волн токов падающего (диагностического) сигнала и отраженного от места повреждения (эхо) сигнала образуются стоячие волны тока. Если диагностируемая кабельная линия электроснабжения настроена на режим полуволнового вибратора на входе амплитуда тока существенно увеличается (результирующий ток равен сумме токов падающего и отраженного сигналов) [Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. - 351 с.].
Способ осуществляют следующим образом
2
7
3
7
4
7
На вход кабельной линии электроснабжения при сканирующем аппаратном мониторинге поочередно на каждую из жил диагностируемой кабельной линии электроснабжения подают зондирующий монохроматический сигнал, напряжение которого поддерживают постоянным, а частоту, начиная с нижних частот, плавно меняют в диапазоне при длинах кабеля до 100 км - от 3*10 до 3*10 Гц, при длинах кабеля до 10 км - от 3*10 до 3*10 Гц, при длинах кабеля до 1 км - от 3*10 до 3*10 Гц;
Контролируют на входе кабельной линии электроснабжения: ток в жиле, на которую подан зондирующий монохроматический сигнал, потенциал - на других жилах;
Возрастание тока на входе кабельной линии электроснабжения до некоторого максимума и отсутствие изменения потенциала на других жилах означает обрыв жилы кабеля, снижение сопротивления изоляции (утечка) или короткое замыкание на землю на расстоянии от точки измерения, равном
l=0,5λ,
где l - расстояние до точки повреждения кабельной линии электроснабжения, λ=ν/f - длина волны зондирующего сигнала на частотах, соответствующих максимальному значению результата интерференции диагностического и отраженного сигналов, ν - скорость распространения волны тока в кабеле; f - частота максимума тока.
Возрастание тока на входе кабельной линии электроснабжения до некоторого максимума и изменения потенциала на одной из других жил означает короткое замыкание между жилами кабеля на расстоянии от точки измерения, равном
l=0,25λ.
2
3
8
8
3
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примером. При диагностике повреждения кабельных линий электроснабжения (кабель марки 2XS2YRAA - силовой кабель на среднее напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена, сечение жилы - за мм, рабочее напряжение - 10 кВ) частота диагностического сигнала, при которой ток на входе диагностируемой кабельной линии электроснабжения в жиле кабеля, к которой подключен источник монохроматического сигнала, достиг некоторого максимума, равна 51,6*10 Гц. Скорость распространения электромагнитного возмущения в данном кабеле - 1,031*10 м/с. При этом потенциалы других жил кабеля не изменились. Диагностируется повреждение жилы кабеля на расстоянии от точки измерения, равном l=0,5λ=0,5 ν/f=0,5*1,031*10/(51,6*10)=999,03 м.