Модель электротехнического комплекса диагностики технического состояния силовых кабельных линий

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ И НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВНИЯ

УДК 621.315

МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СИЛОВЫХ

КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

П.А. Борисов

Рассмотрена модель электротехнического комплекса диагностики технического состояния силовых кабельных линий.

Ключевые слова: трассопоиск, диагностика технического состояния линий.

В настоящее время существуют системы трассопоиска и системы диагностики кабелей, но при режиме трассопоиска кабельной линии необходимо присутствие человека, также для точного трассопоиска необходим вывод кабельной линии из рабочего режима, что в случае силовых кабельных линий высокого класса напряжения является достаточно затруднительным. Также большинство систем диагностики и трассировки существуют отдельно, и существующие мобильные системы трассопоиска и диагностики технического состояния либо оснащены большим количеством датчиков и аппаратуры для обработки сигнала, поэтому громоздки и не могут использоваться в местах с ограниченным пространством, также эти платформы из-за сложности технического оснащения достаточно дороги. Также большинство устройств диагностики требует вывода кабельных линий из рабочего режима. Вышеперечисленные причины существенно ограничивают область применения этих систем.

В настоящей статье рассматривается модель трассопоисковой системы, позволяющая производить трассировку кабельных линий без вывода кабельных линий из рабочего режима, без участия человека, а также производить предварительную диагностику технического состояния кабельных линий.

Метод трассопоиска - индукционный метод. Этот метод позволяет производить трассопоиск без вывода кабельной линии из рабочего режима.

В качестве генератора тока звуковой частоты будем использовать

генератор тока звуковой частоты SG 600, обладающий более мощным выходным сигналом по сравнению с генератором SG80, соответственно позволяющий проводить обследование на более дальние расстояния (как известно с увеличением расстояния от места присоединения генератора через ФП к кабельной линии система трассопоиска нуждается в увеличении мощности сигнала, подаваемого на КЛ).

Для приёма сигналов от трассируемой линии будет использоваться самоходная мобильная платформа, оснащённая как емкостным датчиком (штыревая антенна), так и индуктивным датчиком (индуктивная катушка). Также платформу необходимо оснастить устройством обработки полученного сигнала. Обрабатывая получаемые сигналы, устройство обработки информации будет направлять платформу вдоль трассы залегания трассируемой линии. Также платформа должна быть оснащена датчиком системы навигации типа GPS, включаемой во время трассировки кабельной линии в режим записи маршрута, благодаря чему платформа будет сама наносить маршрут трассируемой кабельной линии непосредственно во время движения, то есть непосредственно во время трассировки.

Таким образом создаваемая трассопоисковая система призвана облегчить поиск трассы прокладки искомой кабельной линии за счёт более точного нанесения трассы кабеля на карту, также делать процесс поиска трассы кабеля автоматизированным, т.е. без вмешательства человека.

Подключённый генератор создаёт в кабельной линии ток малых значений частотой 1470 Гц. Эта частота не кратна частоте рабочего тока, протекающей в кабельной линии, следовательно сигнал этой частоты будет легко выделить среди всех токовых гармоник, т.е. среди помех в кабельной линии. А значение генерируемого тока не будет создавать излишней нагрузки на кабельный сердечник.

Так как высоковольтные кабельные линии 35-500 кВ делают из трёх однофазных кабелей, следовательно, генератор возможно подключить только к одному кабелю трассируемой линии, т.е. к одной фазе. Таким образом, для того, чтобы трассировать кабельную линию высокого напряжения (35-500 кВ) достаточно подключения одного генератора к одной из трёх фаз.

Мобильная платформа представляет собой тележку, оснащённую компактным приводом, индуктивным и емкостным датчиками, блоком обработки сигнала, и датчиком поисковой системы и передатчиком, с помощью которого платформа сможет передавать сигнал оператору о необходимости увеличения силы сигнала в линии.

Привод тележки состоит из двух двигателей, с помощью которых тележка будет приводиться в движение и механизма, впомощью которого тележка сможет поворачивать в разные стороны. Схема трассировки приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема трассировки кабельной линии

Для начала к трассируемому кабелю подключается генератор тока звуковой частоты через фильтр присоединения. Затем платформа будет запускаться на предполагаемое место проложенного кабеля.

Генератор посылает в кабельную линию ток частоты 1470 Гц. Выбор такого значения частоты не является случайным. Как известно, нагрузка потребителей электроэнергии является неоднородной, также учитывая неоднородность и нелинейность самой кабельной линии, можно прийти к выводу, что в кабельной линии протекают токи не только рабочей частоты (50Гц), но и токи токовых гармоник (п • 50 Гц), следовательно, сигнал от генератора должен быть довольно хорошо различимым среди токов различных гармоник. Отсюда следует, что ток, вырабатываемый генератором, не должен быть кратным 50 Гц, а поскольку нам необходимо, чтобы для надёжной трассировки линии было достаточно малых значений тока, т.к. при трассировке кабельной линии не создавать нежелательные нагрузки на изоляцию кабельной линии. Было выведено, что такие условия возможны при частоте генерируемого тока выше 1000 Гц.

Генерируемый в кабельной линии ток создаёт в кабельной линии наряду с токами различных гармоник гармоническое электромагнитное поле. Как было сказано выше, это гармоническое электромагнитное поле можно представить в виде концентрических окружностей. Условно можно считать, что трассируемый кабель является излучателем Герца, соответственно:

А = ~= -йп  р=%

~ {.ч-1ре=п>нт)=~

Токи разных частот создают каждый своё электромагнитное поле. Электромагнитное поле, создаваемое электромагнитными полями токов разных частот определяется датчиками трассоискателя в качестве сигнала.

Датчики снимают полученный сигнал. Устройство получает с датчиков сигнал с высоким уровнем помех и наводок.

На рис. 2. Приведен вид сигнала, получаемого то кабельной линии. Очевидно, что без отстройки по частотам определение трассы искомой кабельной линии крайне затруднительно.

Рис.2. Сигнал, снимаемый датчиками с кабельной линии

Устройство представляет собой прибор, настроенный на выделение сигнала задаваемой частоты среди остальных сигналов помех, а также на сигнальный максимум. Частота, на которую настроено устройство, аналогично частоте генератора, т.е. является равным 1470 Гц. Получив исходный сигнал, устройство определяет наличие сигнала заданной частоты в спектре сигналов кабельной линии. Вид сигнала после обработки приведён на рис. 3.

ф вут

Рис. 3. Сигнал после отстройки от помех

Определив наличие сигнала, рефлектометр подаёт команду на блок управления приводом тележки на движение с целью отыскания максимума сигнала, т.е. непосредственного отыскания трассируемого кабеля. Найдя максимум сигнала, устройство подаёт команду на движение, т.е. тележка начинает двигаться прямолинейно вдоль трассы трассируемого кабеля. По мере ослабевания сигнала в линии устройство будет подавать команду о необходимости увеличения силы сигнала в трассируемой линии.

Процесс трассопоиска приведён на рис. 4.

Рис. 4. Трассопоиск

По мере продвижения на ПЭВМ подаётся величина «снимаемого» сигнала а также будет производиться сравнение получаемого сигнала со значениями сигналов на неповреждённых участках КЛ. Значения сигналов на неповреждённых участках КЛ получаем путём калибровки прибора. Таким образом, получаемые отклонения в величине сигнала свидетельствуют о повреждениях кабеля, а также о каких-либо присоединениях/заделках КЛ (триинги, следы ЧР, муфты, оконцевания и т.д.). Затем ПЭВМ делает отметки на онлайн-трассе кабеля о возможных неисправностях.

При повороте кабельной линии устройство подаёт сигнал на поворот тележки сначала в одну сторону, затем в случае отсутствия сигнала при повороте в одну сторону, подаёт сигнал на поворот в другую сторону.

В процессе движения тележки на онлайн-карте будет вычерчиваться маршрут тележки, т.е. трасса искомого кабеля. При прохождении поворотов на большой угол кабельной линии трасса будет отображаться зигзагом, следовательно методом аппроксимации оператор сможет сгладить полученный зигзаг до величины реального поворота кабельной трассы.

Таким образом, разрабатываемая модель трассопоисковой системы позволяет не только эффективно производить трассировку кабельных линий, но и проводить предварительную диагностику технического состояния кабельных линий, соответственно прогнозировать надёжность и остаточный ресурс кабельных линий.

Список литературы

1. Мусалимов В.М. Механика деформируемого кабеля. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2005. 203 с.

2. В.С. Дементьев. Как определить место повреждения в силовом кабеле. Третье издание, переработанное. Москва «Энергия», 1980.

3. М.Ю. Шувалов, Ю.В. Образцов, В.Л. Овсиенко, П.Ю. Удовиц-

кий, А.С. Мнека. Развитие водныхтриингов в экструдированной кабельной изоляции как электрический эффект Ребиндера. Ч.1,2. «Наука и техника» №6 (301), 2006.

Борисов Павел Андреевич, асп., p.a.borisov-work@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

MODEL OF ELECTRO-TECHNICAL COMLEXDIAGNOSTICS OF THE TECHNICAL STA TE OF ELECTRIC PO WER CABLE LINES.

P.A.Borisov

We consider a model of electro-technical complex diagnostics of the technical state of power cable lines.

Key words: Cable routing, diagnostics of technical state lines.

Borisov Pavel Andreevich, postgraduate, p.a.borisov-work@yandex.ru, Russia, Tula, Tula state university

УДК 621.315

ВОДНЫЕ ТРИИНГИ И ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕНИЯ УЧАСТКОВ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ СОДЕРЖАЩИХ ВОДНЫЕ ТРИИНГИ ПРИ ТРАССИРОВКЕ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

П.А. Борисов

Рассмотрена природа водных триингов в кабельных линиях электропереда-чи,причина их образования, а также принцип поиска участков кабельной линии, содержащих водные триинги при трассировке кабельных линий.

Ключевые слова: водный триинг, частичный разряд, трассопоиск.

Водными триингами (от англ. «tree» - дерево) (ВТ) называют микроканалы в полиэтиленовой изоляции, заполненные водой и другими химическими соединениями (рис. 1).

Несмотря на то, что в настоящее время не существует единого мнения о механизме возникновения и развития ВТ, в основе объяснения природы триингов большинством исследователей лежат одни и те же физические, химические и электрические явления. Поэтому ниже излагается обобщенная модель ВТ, основанная на анализе результатов ряда исследо-