Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния диагностики кабельных линий 12
1.1. Современные методы диагностики линий связи 12
1.1.1. Методы измерений электрических параметров линий 13
1.1.2. Методы определения расстояний до мест повреждений в кабелях связи 17
1.2. Современные методы диагностики состояния кабельных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ 27
1.3. Постановка задачи исследования 39
2. Математическая модель кабельной линии передачи при импульсном входном воздействии 45
2.1. Математическая модель обобщенной кабельной линии передачи 45
2.2. Решение уравнений обобщенной кабельной линии передачи при импульсном входном воздействии 49
2.3. Математическая модель обобщенной кабельной линии передачи с сосредоточенным дефектом 57
3. Прикладное программное обеспечение, моделирующее процесс распространения сигнала по линии 62
3.1. Алгоритм аналитического построения рефлектограмм кабельной линии 62
3.2. Интерфейс прикладного программного обеспечения моделирующего распространение сигнала по кабельной линии 68
3.3. Анализ результатов имитационного моделирования 74
4. Экспериментальные исследования процесса распространения импульсного сигнала в реальных кабельных линиях передачи 79
4.1. Описание экспериментальной установки 79
4.2. Результаты проведенных экспериментов 86
4.2.1. Исследование понижения сопротивления изоляции между жилами 88
4.2.2. Исследование понижения сопротивления изоляции между жилой и оболочкой (экраном) 91
4.2.3. Исследование местной продольной асимметрии 94
4.2.4. Исследование локальных дефектов изоляции 96
4.2.5. Сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований с результатами численного моделирования 100
4.3. Измерения на кабельных линиях находящихся в эксплуатации 101
Заключение 105
Список использованных источников 108
Приложения 114
- Современные методы диагностики состояния кабельных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ
- Решение уравнений обобщенной кабельной линии передачи при импульсном входном воздействии
- Интерфейс прикладного программного обеспечения моделирующего распространение сигнала по кабельной линии
- Измерения на кабельных линиях находящихся в эксплуатации
Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях развития промышленности возрастает роль кабельных линий (КЛ) в сетях связи и системах электроснабжения предприятий. К сожалению, в настоящее время часть ведомственных КЛ на 50-80% морально и физически изношены [1, 2], что является одной из главных причин их аварийных отказов. Предприятиям, имеющим разветвленные и разбросанные по всему городу и за его пределами сети связи и электроснабжения, необходимо иметь как универсальное техническое оснащение, так и квалифицированный персонал. В техническом плане в структуре такого предприятия необходимо иметь специализированное подразделение, например, лабораторию, в которой должно быть сконцентрировано все оборудование, методики диагностики и испытаний, необходимое для качественного обслуживания и ремонта любой КЛ передачи: как симметричного или коаксиального кабеля связи (КС), так и КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ и воздушных линий (ВЛ) электропередачи напряжением 0,4, 6 и 10 кВ.
КЛ относятся к дорогостоящим, ответственным и долговременным элементам систем связи и электроснабжения. Надежность их работы для потребителей I и II категории - одна из важнейших задач их бесперебойного электроснабжения и связи для предприятий с непрерывной технологией производства.
Известно, что запас прочности КЛ рассчитывается на стадии проектирования, а при их изготовлении его величина принимает конкретное значение. Это и определяет уровень надежности работы КЛ в условиях эксплуатации.
Увеличение уровня эксплуатационной надежности КЛ можно достигнуть совершенствованием технологии производства, применением новых изоляционных материалов, конструкций и оболочек кабелей. Создать абсолютно надежное кабельное изделие невозможно, хотя бы потому, что это будет экономически нецелесообразным. Тем самым, основной задачей при эксплуатации КЛ является сохранение его запаса прочности или поддержание уровня надежности, заложенной заводом-изготовителем на рассчитываемый срок.
В реальных условиях эксплуатации на уровень эксплуатационной надежности КЛ воздействует множество разрушающих факторов, что ведет к снижению их надежности. Для сохранения нормативного ресурса или для повышения эксплуатационной надежности КС и КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ до требуемого уровня используются различные мероприятия. К ним можно отнести: создание защитных кабельных сооружений (кабельная канализация и траншея, туннели и каналы, кабельные эстакады и шахты и т.д.); повышение квалификации обслуживающего персонала; повышение технической оснащенности служб, занимающихся профилактикой, монтажом и ремонтом КЛ.
Несмотря на это все перечисленные мероприятия не исключают возможности возникновения отказов КЛ из-за старения изоляции и возможного наличия в них заводских дефектов, так как при серийном производстве и массовом применении кабелей повышается вероятность появления в их изоляции дефектов из-за разного рода ошибок, возникающих в процессе их изготовления, транспортировки, монтажа, во время эксплуатации. Тем самым, чтобы существенно снизить вероятность аварийного повреждения изоляции КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ, используется система контроля их состояния на основе различных профилактических мероприятий, например повышенным напряжением выпрямленного тока, которая малоэффективна и вредна.
Если анализировать статистику отказов КС и КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ различных напряжений и степень их влияния на возникающие убытки, то наибольшие убытки возникают при отказах КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ, на которые приходится более 70 % всех нарушений электроснабжения потребителей [1]. Так как эти КЛ составляют абсолютное большинство КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ промышленных предприятий, то на их состояние обращается особое внимание.
Одним из вариантов решения этой проблемы является замена КЛ, выработавших свой ресурс, но замена всех КЛ в течение двух или трех лет потребует больших финансовых затрат. Следовательно, замену необходимо произво-
7 дить постепенно в течение 10-15 лет. Тогда возникает вопрос о надежности существующих КЛ, их ресурсе для дальнейшей работы.
Выходом из этого положения является совершенствование методов диагностики, которые позволят классифицировать КЛ по их остаточному ресурсу и создать план постепенной замены старых кабелей, что может реально увеличить срок службы КЛ сверх нормативных сроков и с большей экономией затрат обеспечит их техническое обслуживание и ремонт.
Теоретические и практические аспекты решения задач в этой области рассмотрены в работах таких ученых как: Гроднев И.И., Андреев В.А., Шалыт Г.М., Аксенов Ю.П., Лебедев Г.М., Ляпина А.Г., Кадомская К.П., Качесов В.Е., Лавров Ю.А., Сахно В.В., Benjamin T.L., Chen C.S., Roemer L.E., Robinson S.R., Thorn D.C., Grumbach R.S., Backmann M., Pfeiler C, Wabmuth А. и других.
Объектом исследования являются кабельные линии передачи в сетях связи и электроснабжения промышленных предприятий.
Предметом исследования является диагностика их состояния на основе метода импульсной рефлектометрии.
Целью работы является повышение эффективности эксплуатации кабельных линий передачи, создание системы моделирования и количественная оценка рефлектограмм (РФГ) кабельных линий.
Задачи исследования. Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:
Разработка математической модели обобщенной кабельной линии передачи (ОКЛП), позволяющей на единой методологической основе проводить анализ процесса распространения импульсного сигнала, как в симметричном кабеле связи, так и в кабельной линии электропередачи напряжением 6-10 кВ.
Разработка математической модели обобщенной кабельной линии передачи с сосредоточенной неоднородностью при импульсном входном воздействии.
Разработка алгоритма имитационного моделирования обобщенной кабельной линии передачи.
Разработка прикладного программного обеспечения, реализующего метод импульсной рефлектометрии и его внедрения на производстве. Проведение численных экспериментов.
Разработка методики количественной оценки рефлектограмм кабельных линий с внедрением в эксплуатацию линий передачи.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории распространения электромагнитных волн в многопроводных линиях передачи, теории цепей с распределенными параметрами, теории функции комплексной переменной, а также теории интегрального и дифференциального исчисления. Применены методы математического моделирования, с применением компьютера. Проведены натурные эксперименты на разработанном экспериментальном стенде.
Основные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель обобщенной кабельной линии передачи.
Математическая модель кабельной линии передачи с сосредоточенной неоднородностью, представленной в виде четырехполюсника, при импульсном входном воздействии.
Алгоритм имитационного моделирования кабельной линии передачи и прикладное программное обеспечение, описывающие процессы распространения импульсного сигнала по кабельной линии и позволяющие производить аналитическое построение ее рефлектограмм.
Методика количественной оценки рефлектограмм кабельных линий передачи.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Математическая модель кабельной линии передачи с сосредоточенной неоднородностью, которая в оптичне от существующих моделей, позволяет проводить оптимальный анализ результатов диагностики состояния эксплуатируемых, как симметричных кабелей связи, так и кабельных линий электропередачи напряжением 6-Ю кВ с учетом затухания и искажения импульсного входного сигнала.
2. Алгоритм имитационного моделирования кабельной линии передачи и
прикладное программное обеспечение, которые в отличие от известных алгоритмов и прикладных программных систем, учитывают зависимость вторичных параметров кабеля от частоты, что позволяет аналитически строить рефлекто-граммы различных кабельных линий, анализировать влияние неоднородностей на их форму и прогнозировать состояние линий.
3. Впервые предложена методика количественной оценки влияния неод
нородностей на форму рефлектограмм кабельных линий передачи.
Практическую ценность имеют:
Методика количественной оценки рефлектограмм кабельных линий, позволяющая отслеживать динамику изменения его состояния, прогнозировать развитие различных дефектов (неоднородностей), что в конечном итоге повысит надежность и эффективность эксплуатации кабельных сетей.
Прикладное программное обеспечение, позволяющее не прибегая к измерениям на реальных, находящихся в эксплуатации кабелях (сетях), набрать статистику и установить влияние различных неоднородностей на форму рефлектограмм.
Результаты работы внедрены на производстве в электротехнической лаборатории МУП «Уфаводоканал» и использованы в учебном процессе ГОУ ВПО УГАТУ в рамках дисциплин «Направляющие системы электросвязи» и «Линии связи».
Апробация результатов работы. Основные результаты работы обсуждались на: 54-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2003); Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (Астрахань 2007); VII и VIII Международных научно-технических конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов» (Казань, 2007, Самара, 2008); пятой и седьмой Международных конференциях «Оптические технологии в телекоммуникациях» (Уфа, 2007, Самара, 2009); девятой Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуника-
10 ций» (Казань, 2008); на семинарах кафедры «Телекоммуникационные системы» ГОУ ВПО УГАТУ (2008-2009).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 9 публикациях, в том числе в статье журнала, рекомендованного ВАК и 8 статьях в материалах Всероссийских и Международных конференций, а также в одном свидетельстве о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009616341 от 17 ноября 2009 г.
В печати находится публикация в рецензируемом журнале из списка ВАК: «Анализ процесса распространения сигнала в поврежденной кабельной линии» / Султанов А.Х., Тлявлин А.З., Гильманов Э.А. и др. // Телекоммуникации. Москва: 2010. №1. С. 7-Ю.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 167 страниц машинописного текста, включающего в себя введение, четыре главы основного текста, выводы и заключение; 38 рисунков, 14 таблиц, библиографического списка из 62 наименований и трех приложений на 52 страницах.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и трех приложений.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования работы, показана научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведен анализ современного состояния и тенденции развития диагностики КЛ передачи, обосновывающий постановку задачи диссертационной работы. Рассмотрены методы диагностики и методы определения расстояний до мест повреждений (ОМП) в КС и КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ. Построена классификация методов диагностики КЛ. Сделано предположение о возможности единого подхода к созданию ведомственного информационно-измерительного комплекса диагностики КЛ передачи состоящего из трех основных звеньев: измерительную и вычислительную системы, а также систему принятия решения. Приведено обоснование необходимости разработки математической модели КЛ при импульсном входном воздействии.
Вторая глава посвящена математическому моделированию процессов распространения импульсного сигнала по КЛ. Получена связь параметров обобщенной модели с параметрами КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ или КС. Разработана математическая модель ОКЛП. Приведено решение системы уравнений ОКЛП при импульсном входном воздействии для системы из трех цепей с учетом взаимного влияния цепей. Разработана математическая модель КЛ с сосредоточенной неоднородностью, представленной в виде четырехполюсника.
В третьей главе представлен алгоритм расчета отраженного сигнала при моделировании процесса импульсной рефлектрометрии и изложен интерфейс прикладного программного обеспечения, моделирующего процесс распространения ЗИ по неоднородным КЛ, написанный на языке Object Pascal в среде программирования Borland Delphi 7.0. Приведены результаты численных экспериментов построения РФГ.
Четвёртая глава посвящена экспериментальному исследованию процесса распространения импульсного сигнала в реальных КЛ передачи. Представлено описание разработанной и изготовленной экспериментальной установки. Приведены результаты анализа проведенных экспериментальных исследований наиболее часто встречающихся на практике повреждений на реализованном стенде с использованием предложенных методик количественных оценок параметров РФГ. Приведены результаты измерений на находящихся в эксплуатации КЛ. Проведен сравнительный анализ численно смоделированных РФГ с РФГ, полученными экспериментальным путем.
В заключении подведены итоги исследований, изложены основные результаты и выводы работы.
В приложении представлены РФГ из выполненных экспериментальных исследований, текст разработанного прикладного программного обеспечения аналитического построения РФГ КЛ передачи с сосредоточенной неоднородностью, а также документы, подтверждающие внедрение результатов работы в производство на МУП «Уфаводоканал» и в учебном процессе ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в рамках учебных дисциплин «Направляющие системы электросвязи» и «Линии связи».
Современные методы диагностики состояния кабельных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ
Для оценки электрического состояния изоляции КЛ электропередачи напряжением 6-Ю кВ в процессе эксплуатации используют высоковольтные и щадящие методы. Высоковольтные методы основаны на профилактических испытаниях повышенным напряжением постоянного тока [11]. К высоковольтным методам относятся: - испытание повышенным напряжением выпрямленного тока; - испытание повышенным напряжением промышленной частоты; - испытание постоянно-переменным напряжением; - испытание импульсным напряжением; - испытание без отключения КЛ от сети; метод кратковременной дуги. Профилактические испытания производятся периодически через определенные промежутки времени, в соответствии с нормами испытания электрооборудования [12]. При этом считается, что нормальная изоляция выдерживает испытание, а дефектная пробивается. Устранение дефектов при профилактических испытаниях предупреждает аварийные пробои, во время которых могут возникать и распространяться на другое электрооборудование значительные перенапряжения. Кроме того, если дефект в кабеле выявляется во время профилактических испытаний, то его ремонт может быть произведен в наиболее удобное время и более экономично, чем при аварийном пробое. Основной недостаток таких испытаний состоит в том, что дефектная изоляция необратимо разрушается и ее уже невозможно восстановить.
Более того, испытания повышенным напряжением приводят к появлению и росту локальных дефектов в изоляции. Анализ повреждений КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ, эксплуатируемых МУП «Уфаводоканал», показал, что в период с 2003 по 2008 годы 38% из них произошло в процессе испытаний высоким напряжением. Поэтому в последнее время на предприятиях находят все большее применение щадящие методы, которые и будут рассмотрены ниже. Для измерения сопротивления изоляции применяются мегомметры с ручным, моторным приводом или питанием от сети через выпрямитель. В качестве измерительного элемента используется логометр, показания которого в широких пределах пропорциональны отношению токов в двух его подвижных обмотках. Рассмотрим процессы, происходящие в изоляции при приложении постоянного напряжения. Понять физический смысл R и рассмотреть многие из щадящих методов, позволяет представленная на рис. 1.7 схема замещения изоляции. Если к изоляции приложить постоянное напряжение U, то ток через нее будет иметь составляющие [13]: 1) импульс тока /га заряда емкости С; 2) абсорбционный (поляризационный) ток; 3) ток сквозной проводимости i = U/R. Для большинства изоляционных конструкций постоянная времени поляризации меньше 1 минуты [13, 14], поэтому время замера для определения Rm силовых кабелей в России принято 60 секунд. Рисунок 1.7 - Схема замещения изоляции: Сда - геометрическая ем кость;/ - сопротивление цепи абсорбционной емкости; R— абсорбционная ем кость; І?- сопротивление сквозной проводимости; С0—суммарная емкость Величина сопротивления изоляции зависит от геометрии изоляции, ее структуры и составляющих изоляцию материалов. Влияние поверхностной проводимости на RU3 практически неизбежно. Следовательно, сопротивление изоляции равно [15] где Rtwe— поверхностное сопротивление; Rm— внутреннее (объемное) сопротивление.
Решение уравнений обобщенной кабельной линии передачи при импульсном входном воздействии
Состояние кабельных сетей (как кабелей электропередачи напряжением 6-Ю кВ, так и сетей связи) в значительной степени определяет работоспособность многих предприятий. В ряде случаев протяженность этих сетей достигает сотен и тысяч километров. При этом большинство из них находятся в эксплуатации свыше 25-30 лет.
Для обеспечения бесперебойного функционирования КС, как элемента систем управления производственными процессами, и КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ, как элемента системы электроснабжения, необходимо иметь объективную информацию об их состоянии. Это необходимо для своевременного выявления в кабелях различных дефектов, их анализа, отслеживания процесса изменения дефекта со временем (изоляция кабеля улучшается, ухудшается, или остается без изменения), а в конечном итоге для прогнозирования аварийного режима. Причем информация должна быть изложена в удобной и понятной для пользователя форме, должна отражать динамику изменения параметров кабелей.
Решить данную задачу можно путем создания ведомственных информационно-измерительных комплексов диагностики кабельных сетей [38], которые включали бы в себя следующие основные звенья: измерительную и вычислительную системы, а также систему принятия решения.
Измерительная система предназначена для сбора текущей информации, диагностики состояния эксплуатируемых кабельных сетей как плановой (регламентной), так и внеплановой (после проведения ремонтных работ). Для получения объективной информации желательно применять совокупность различных методов. В состав измерительной системы могут входить самые разнообразные приборы: цифровые рефлектометры, измерители ЧР, искатели подземных коммуникаций, GPS приемники и т.д. Желательно, чтобы входящие в состав измерительной системы приборы и устройства имели возможность непосредственной передачи информации в вычислительную систему.
Назначение вычислительной системы - сбор, хранение, обработка, анализ информации, поступающей от измерительной системы, а в идеале не только выдача текущей информации о состоянии кабельных сетей, но и прогнозирование остаточного срока службы. На основе этой информации может быть скорректирован план профилактических испытаний, выработана стратегия замены кабелей с опасными дефектами или выработанным ресурсом.
Вычислительная система аппаратно может быть построена на базе персонального компьютера (ПК), имеющей достаточную скорость обработки информации и объем памяти (ПК может быть и несколько). Она должна включать в себя следующие элементы: - устройства сопряжения измерительных приборов с ПК; - программное обеспечение сопряжения измерительной и вычислительной систем; - географическая информационная система, отображающая на географической карте местности трассу КЛ;- база паспортов КЛ, содержащая исходную информацию о каждой линии: год прокладки, тип кабеля, условия прокладки и т.п.; - база данных нормативных документов, содержащую информацию о нормируемых и предельно допустимых значениях отдельных параметров КЛ;- библиотека протоколов диагностики, включающая сведения о результатах испытаний (измерений), например, РФГ, значения сопротивлений изоляции и т.д.; - база дефектов КЛ, полученная на основе реальных РФГ, которая на практике должна помочь персоналу в анализе состояния линий; - программа, осуществляющая управление всей системой.
Проведенный анализ современных методов диагностики состояния КЛ и методов определения МП показал, что существует много общего между ними для КС и КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ [39, 40]. На основании этого анализа построена классификация (рис. 1.9).
В последнее время наибольшее применение для диагностики КЛ находит МИР [7, 8, 15,37,41].
Интерфейс прикладного программного обеспечения моделирующего распространение сигнала по кабельной линии
В качестве параметров построения РФГ задаются: диапазон построения (допустимые значения 1-ь 10000 м), коэффициент укорочения (1- 2) (поля ввода 2). Коэффициент укорочения, равный отношению скорости света в вакууме (3-Ю8 м/с) к скорости распространения ЭМВ в данном кабеле, необходим для установления корректной взаимосвязи между моментами времени в процессе распространения импульса и координатами точек КЛ. Разрешение РФГ по координате расстояния определяется значением частоты дискретизации отраженного сигнала по времени (поле ввода 3). Возможные значения находятся в диапазоне 10 МГц ч- 15 ГГц. Большее значение частоты дискретизации позволяет получить более точную форму сигнала, однако требует большего времени для выполнения расчета. Количество отсчетов (поле 4), соответствующее введенным значениям диапазона построения, коэффициента укорочения и частоты дискретизации может быть рассчитано с помощью кнопки 5. Рекомендуемое значение количества отсчетов: 200-И000. Для построения РФГ необходимо задать также частоту среза (в диапазоне 1 МГц -=- 100 ГГц) и интервал дискретизации по частоте ( 500Гц) (поля ввода 6). Данные величины определяют точность вычисления интеграла Мелина-Фурье [45] при нахождении оригинала функции, описывающей сигнал. Интервал дискретизации по частоте есть ни что иное, как отрезок Д,, а частота среза представляет собой максимальную частоту при замене бесконечных пределов суммирования на конечные, равную kmaxAf. Большая частота среза предполагает меньшую погрешность, однако требует большего времени для выполнения расчета. Кроме того, необходимо учитывать, что файлы параметров кабеля, сопротивления нагрузки и параметров неоднородности должны содержать значения исходных параметров до частоты, не меньшей заданной частоты среза. Для данных параметров предусмотрен контроль вводимых данных, поскольку частота среза определяется длительностью импульса, а значение интервала дискретизации по частоте определяется требуемым диапазоном построения РФГ.
В том случае, если введенная частота среза окажется меньше 1/г, ПО предложит пользователю автоматически скорректировать частоту среза до значения, большего 1/г, для получения достаточно корректного результата. Интервал дискретизации по частоте А/ также может автоматически корректироваться ПО в зависимости от требуемого диапазона построения, для выполнения неравенства t 2ж1 А/3 где t принимает значения до 2LIv, а и — скорость распространения ЭМВ в кабеле. Построение РФГ производится с учетом вносимых линией амплитудных и фазовых искажений. Частотные зависимости вторичных параметров кабеля задаются через специальный файл, который должен иметь следующую структуру: где NK - номер кабеля в файле; N - количество строк со значениями параметров кабеля на частотах fN; для каждого типа кабеля файл может содержать до 100 строк, определяющих параметры кабеля на различных частотах (N= Оч-ЮО); /I—/N- частоты, МГц; а\...а.ц— коэффициенты затухания на соответствующих частотах, дБ/км; Д.. -Рм — коэффициенты фазы на соответствующих частотах, рад/км; ZBI...Z5/VT — модули волнового сопротивления на соответствующих частотах, Ом; arg(Zs)i...arg(Z5)jv - аргументы волнового сопротивления на соответствующих частотах, рад. Текущий файл с параметрами кабелей, отображаемый в поле 7, выбирается с помощью стандартного диалогового окна, открываемого при нажатии со ответствующей кнопки После того как выбран файл с параметрами кабелей, тип кабеля выбирается из выпадающего списка 8. Файл может содержать неограниченное количество типов кабелей. При расчете РФГ параметры кабеля на конкретных частотах, следующих с шагом, определяемым интервалом дискретизации по частоте (заданном в соответствующем поле ввода 6), рассчитываются путем интерполяции исходных значений в точках частот, содержащихся в файле параметров кабеля. С помощью поля ввода 9 задается длинна линии L в диапазоне 1- 10000 м. При построении РФГ в общем случае линия считается несогласованной на конце. Частотная зависимость сопротивления нагрузки также задается файлом, который должен иметь следующую структуру
Измерения на кабельных линиях находящихся в эксплуатации
На МУП «Уфаводоканал» при службе главного энергетика в электротехнической лаборатории с 2006 года ведутся работы по внедрению технического диагностирования КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ. В настоящее время электрохозяйство предприятия является вторым по протяженности электрических сетей (после ООО «БашРЭС») предприятием, эксплуатирующим и обслуживающим КЛ и В Л 0,4 кВ, КЛ электропередачи напряжением 6-10 кВ, а также КС с протяженностями 355, 220 и 160 км соответственно. Электроснабжение объектов предприятия осуществляется по 115 фидерам внешнего и по 150 кабельным перемычкам внутреннего электроснабжения между трансформаторными подстанциями первых, вторых и третьих подъемов водозаборных сооружений, очистных сооружений канализации и канализационных насосных станций. Суммарная установленная мощность электроустановок составляет более 145 МВт, а годовое электропотребление - почти 210 млн. кВтч. Поскольку МУП «Уфаводоканал» является предприятием водоснабжения и водоотведе-ния, то его объекты относятся к I категории по надежности электроснабжения.
На предприятии эксплуатируются, в основном, кабели с бумажной изоляцией следующих марок: АСБ, СБ, ААБ, ААШв, АВВГ. В соответствии с объемами и нормами испытаний электрооборудования [12], примерно, в одно и то же время, как правило, в летнее время года, каждая КЛ подвергалась профилактическим высоковольтным испытаниям, в результате которых часто возникали отказы. По данным анализа 3649 аварий КЛ, 13,5% повреждений приходится на соединительные муфты, 16,5% - на концевые муфты и заделки, остальные 70% — на «целые» места кабеля [53]. При этом на электрические пробои изоляции в «целом» месте приходится 40% случаев, а на механические - 60%. Характерным результатом профилактических испытаний КЛ является большая, относительная повреждаемость концевых и соединительных муфт, достигающая суммарно 40-45% (против 30% при авариях). Поэтому было принято решение о переводе внутренних КС предприятия на техническое диагностирование МИР. Этим были сделаны первые шаги к созданию системы технического диагностирования КЛ 6-10 кВ по техническому состоянию.
Пример РФГ полученных в результате измерений на эксплуатируемой КЛ приведен нарис. 4.17.
Анализ РФГ ф.А полученной при диагностике КЛ электропередачи напряжением 6 кВ марки АСБ 3x185 мм2 длиной 1400 м, показывает изменение волнового сопротивлении предположительно от наличия соединительных муфт в начале, а также отражение импульса от разомкнутого конца. Последнее позволяет в ряде случаев определить истинную длину кабельной цепи. На РФГ ф.В наблюдается повреждением в виде обрыва одной из фаз. Поскольку горизонтальная ось на РФГ соответствует длине кабеля, то положение дефекта может быть сразу же определено при их сравнении.
Из анализа большого количества РФГ действующих КЛ следует: 1) сопротивление изоляции Rw позволяет выявлять лишь развитые дефекты, а также результат различного рода ошибок, допущенных при ремонтах КЛ (оставленное заземление, не снятый с концевых заделок обтирочный материал и др.); 2) изменение емкости С с точки зрения диагностики состояния изоляции КЛ является информативным параметром. 1. С целью проведения экспериментальных исследований по диагностике состояния кабельных линий была создана экспериментальная установка, позволяющая моделировать локальные дефекты и анализировать состояние изоляции. 2. Для количественной оценки изменения рефлектограмм предложены следующие методики оценки: 1) отношение амплитуды отраженного от неоднородности импульса к амплитуде импульса, отраженного от разомкнутого конца в случае отсутствия неоднородности; 2) отношение амплитуды отраженного от неоднородности импульса к амплитуде импульса, отраженного от разомкнутого конца. 3. Предложенные методики количественной оценки рефлектограмм позволили построить семейство кривых, связывающих их параметры с параметрами неоднородностей в виде: а) понижения сопротивления изоляции между жилами одной и той же или различных линий; б) понижения сопротивления изоляции между жилой и оболочкой (экраном); в) местной продольной асимметрия; г) локальной емкости.
Похожие диссертации на Повышение эффективности эксплуатации кабельных линий передачи на основе их диагностики методом импульсной рефлектометрии
