Мониторинг температуры высоковольтных кабельных линий

1.

Мониторинг температуры высоковольтных
кабельных линий
198206, Санкт-Петербург, Петергофское шоссе, д.73
тел., факс: (812) 309-24-79, E-mail: [email protected]
www.mtra.ru

2.

Кабельные линии
Силовые кабельные линии являются одним из важных
элементов энергетической системы Российской Федерации.
Существует множество ответственных участков силовых
кабелей с передаваемой мощностью от десятков до
миллионов киловатт. Выход из строя отдельных силовых
кабелей в процессе эксплуатации происходит регулярно по
всей стране и является чрезвычайным происшествием,
требующим срочного и дорогостоящего ремонта.
Во многих случаях причиной выхода из строя силового кабеля
является локальный перегрев, который может произойти в
результате неправильной эксплуатации, старения изоляции
или повреждения защитных оболочек. Локальные перегревы
вызваны либо повышением токовой нагрузки, либо
ухудшением условий охлаждения кабеля по длине, или же
являются результатом возникновения некоторых дефектов в
изоляции кабеля и муфт.

3.

В современных условиях часто меняющейся нагрузки
кабельные линии высокого напряжения (КЛ ВН) требует
постоянного контроля над тепловыми процессами,
происходящими внутри кабельной линии на всём её
протяжении. Особенно это актуально для кабелей с изоляцией
из сшитого полиэтилена (СПЭ-кабели). Связано это, как
известно, с тем, что даже кратковременное превышающее
температурное воздействие на сшитый полиэтилен приводит к
изменению изолирующих свойств полиэтилена.
В частности ухудшение изолирующих свойств полиэтилена
увеличивает вероятность коротких замыканиях на
экранирующую оболочку КЛ. При этом температура на
экранирующей оболочке может достигать критических
значений, что приводит к локальному разрушению.

4.

МТРА
Условия эксплуатации КЛ
Для кабелей, проложенных в грунте, допустимые токовые
нагрузки приняты исходя из условия прокладки в траншее на
глубине 0,7-1,0 м не более одного кабеля при температуре
грунта 15 °С и удельном тепловом сопротивлении 120 °С
(см/Вт).
По международным стандартам кабель рассчитан на работу
в длительно допустимом режиме при температуре жилы 90°С,
а в послеаварийном режиме и при более высокой
температуре.
Вместе с тем температура поверхности кабеля, проложенного
в трубе, в нормальном режиме работы сети длительно может
составлять до 80 °C [3], а при коротких замыканиях в кабеле –
до 200–300 °C. При таких температурах ПНД-труба может
размягчиться и спаяться с проложенным в ней кабелем

5.

Способы контроля температуры КЛ
1. Непрерывный мониторинг технического состояния КЛ в режиме «on-line».
Реализуется при помощи стационарно установленных и непрерывно работающих систем оценки
технического состояния кабельных линий.
Непрерывный мониторинг предназначен для реальной организации эффективного управления
обслуживанием и ремонтами наиболее дорогого и ответственного оборудования по системе
«обслуживание по техническому состоянию».
Достоинства – оперативность и надежность. Недостаток – высокая стоимость.
2. Периодический мониторинг технического состояния КЛ в режиме «on-line».
Реализуется при помощи стационарно установленных датчиков и периодически используемого
измерительного и диагностического оборудования.
Предназначен для контроля технического состояния оборудования, для которого экономически
неэффективно устанавливать системы стационарного мониторинга.
Достоинство – возможность оперативного проведения измерений на работающем оборудовании.
Недостатки – сравнительно высокая трудоемкость работ и возможность «пропуска» дефектного
состояния.
3. Разовые или периодические испытания КЛ в режиме «off-line».
Реализуется на основе специальных диагностических средств и методов.
Достоинство – высокая эффективность диагностических работ.
Недостатки – необходимость вывода оборудования из работы, высокая трудоемкость проведения
испытаний и диагностики, возможность «пропуска» дефектов.
Разовые испытания обычно проводятся в плановом порядке, иногда во внеплановом порядке «по
состоянию», а также для уточнения диагностических заключений, полученных системами непрерывного
и периодического мониторинга.

6.

Система распределенного температурного мониторинга
кабельных линий марки «ASTRO»
Мониторинг температурных режимов работы КЛ осуществляется за
счёт использования систем контроля параметров оптического волокна,
интегрированного в конструкцию кабеля, в котором контролируется
романовское рассеивание лазерного излучения.
В оптическое волокно лазером излучаются мощные импульсы, и
регистрируется обратный (отражённый) поток света. Основными
параметрами отражённого сигнала являются время прихода каждого
элемента потока, и его частотный и спектральный состав.
Для организации температурного контроля КЛ оптоволоконный
датчик может быть интегрирован в зону экрана кабеля ещё на этапе
производства. Плюсы - датчик находится максимально близко к жиле,
температура которой наиболее важна, и сам датчик максимально
защищён от повреждения. Минусы - невозможность демонтажа волокна
при его повреждении, а также то, что каждое соединение оптического
волокна вносит затухание в сигнал.
При расположении оптоволоконного датчика снаружи он
фиксируется к КЛ по всей протяжённости силового кабеля. При
прокладке фаз силового кабеля треугольником, оптоволоконный датчик
обычно расположен посередине, внутри фаз.

7.

Параметры и модификации системы «ASTRO» для
температурного мониторинга кабельных линий
Тип волокна:
M - мультимодовое
S – одномодовое
* - мониторинг температуры плавки
Максимальная
длина
высоковольтного
кабеля,
контролируемого системой температурного мониторинга,
зависит от типа используемого датчика - оптического
волокна и мощности лазера.
При многомодовом оптическом волокне максимальная
длина контролируемой кабельной линии составляет до 16км,
при использовании одномодового волокна контролируемая
длина кабельной линии возрастает до 90 км.
Недостатком
использования
одномодового
волокна
является то, что при его применении ухудшается
пространственное разрешение системы мониторинга. Если в
первом случае оно составляет 1 метр, то для одномодового
волокна длина элементарного участка составляет уже до 5 м.
Также требуется лазер повышенной мощности.
Для расширения эксплуатационных возможностей системы
«ASTRO» и снижении затрат на систему мониторинга, прибор
может
поставляться
со
встроенным
оптическим
мультиплексором, имеющим в своём составе до 16
переключаемых оптических входов. Это даёт возможность
контролировать одним прибором несколько кабельных линий.

8.

Мониторинг температуры кабельных линий.
Система СТК «ЭГИДА»
Фирмой ООО НПФ «Механотроника РА» поставляется система мониторинга МКЛ
(Мониторинг Кабельных линий), марки «СТК «ЭГИДА»».
СТК «ЭГИДА» построена на базе системы термометрии «ASRO» с оптическим
волокном. Она позволяет не только оценивать температурный режим работы, и
проводить диагностику зон кабеля с повышенным нагревом, но и определять
возможность увеличения нагрузки на линию.
Все оборудование системы мониторинга СТК «ЭГИДА» размещается в
монтажном шкафу. В состав технических средств системы входит:
- Сервер МКЛ (Supermicro);
- Система температурного контроля волоконнооптическая ASTRO;
- Сервер Moxa Nport;
- Многофункциональные измерительные приборы ЭНИП;
- Монитор P1917S (Dell), клавиатура с точпадом;
- Сервер точного времени СЕВ;
- Устройство спряжения с объектом УСО-МТР;
- Сетевой промышленный коммутатор с модулем питания (Phoenix Contact);
- АР ПРП;
- Модуль резервного питания;
- Кросс оптический 19” 24E2000/APC;
- Релейный модуль;
- ИБП, с платой мониторинга ИБП, блок питания, комплект внешних батарей;
- Полный набор Патч-кордов и пигтейлов, кроссовые оптические муфты и
терминирующие оптические катушки;
- Антенна ГЛОНАСС/GPS.

9.

Основные функции СТК «ЭГИДА»
СТК «ЭГИДА» может использоваться автономно, либо интегрироваться в системы
управления объектом и представляет комплекс контроля за состоянием КЛ в режиме
реального времени.
Основные фикции системы СТК «ЭГИДА»:
• Получение по каждому каналу КЛ рефлектограмм стоксовых и антистоксовых
составляющих для определения качества и состояния оптических волокон, наличия
обрывов и наличия затуханий, превышающих норму;
• Получение профиля температуры кабельной линии;
• Измерение расстояния до точки с максимальной температуры КЛ;
• Измерение расстояния до точки обрыва оптоволокна;
• Поучение диагностических сигналов по превышению максимально температуры по
предупредительному и аварийному диапазонам, по обрыву оптоволокна;
• Контроль состояния всех технических средств СТК «ЭГИДА»;
• Архивирование полученных данных в пределах 3 месяцев (объём архива определяется
заказчиком);
• Визуализация полученной информации в различных формах на локальном АРМ СТК
«ЭГИДА»;
• Обмен информацией с АСУ объекта;
• Осуществление передачи информации на вышестоящие объекты по протоколам МЭК
60870-5-104 , МЭК-61850.

10.

Типовая структурная схема организации системы МКЛ на две КЛ

11.

Программное обеспечение СТК «ЭГИДА»
Многоуровневая система настройки
ПО СТК «ЭГИДА»
• Позволяет производить в полном
объёме настройку
рефлектометра «ASRO»;
• Выбрать количество каналов, по
которым будет осуществляться
опрос температуры КЛ;
• Задать параметры КЛ;
• В соответствие с проектом задать
количество сегментов КЛ и их
параметры;
• Задать предельные значения
температур (аварийного и
предупредительного диапазона);
• Подключать дополнительное
оборудование;
• Определять полный список
контролируемых параметров.

12.

Экранные формы ПО СТК «ЭГИДА»
Мнемосхема.
Система настройки графического
интерфейса ПО СТК «ЭГИДА»
• Определение топологии
прокладки КЛ на местности,
параметры которой перенесены
на карту;
• Привязка параметров сегментов к
карте.

13.

Экранные формы ПО СТК «ЭГИДА»
Мнемосхема. Спутниковый вариант
представления карты с нанесением
трассы КЛ

14.

Экранные формы ПО СТК «ЭГИДА»
Мнемосхема.
На карте представлены
температурные параметры для
одной из точек КЛ.

15.

Экранные формы ПО СТК «ЭГИДА»
Термограмма.
На экранной форме представлены
параметры термограммы для КЛ-1.
• Цветные вертикальные полосы
отражают условия прокладки
кабеля (грунт, труба, помещение,
муфта, теплотрасса);
• Цвет самой термограммы в
каждой точке определяет
значение температуры (по
цветовой шкале температур).

16.

Экранные формы ПО СТК «ЭГИДА»
Термограмма (Масштабирование).
На экранной форме представлены
параметры термограммы для КЛ-1
фаза В
• Выбор по желанию пользователя
наиболее интересной области
термограммы;
• Масштабирование выбранной
области термограммы.

17.

Экранные формы ПО СТК «ЭГИДА»
Термограмма и рефлектограмма.
На экранной форме представлены
параметры термограммы и
рефлектограммы для КЛ-1 фаза В

18.

Экранные формы ПО СТК «ЭГИДА»
Термограмма и рефлектограмма.
На экранной форме представлены
параметры термограммы и
рефлектограммы для КЛ-1 фаза В.
Пример отражения изменения
температуры в термограмме и
рефлектограмме в точке
пересечения КЛ с теплотрассой.

19.

СТК «ЭГИДА»
Развитие системы СТК «ЭГИДА».
СТК «ЭГИДА» постоянно модернизируется в процессе получения опыта при
внедрении каждой системы МКЛ. Оперативно учитываются и реализуются
пожелания как Заказчика системы так и оперативного персонала на местах.