Tehnologie de detectare a descărcărilor parțiale prin cablu Partajare de către

Shanghai Demiks Power Technology Co., Ltd.

1. Înțelegerea fundamentală a stării izolației cablurilor

Fiind principalul purtător al transportului energiei electrice într-un sistem energetic, performanța izolației cablurilor determină în mod direct stabilitatea și securitatea alimentării cu energie electrică. În timpul funcționării pe termen lung, izolația cablurilor se deteriorează treptat, iar principalele cauze ale acestei deteriorări includ degradarea termică, degradarea electrică și înrădăcinarea prin arboricultură. În plus, impactul extern, eroziunea prin radiații și coroziunea chimică pot accelera, de asemenea, îmbătrânirea izolației, ceea ce poate duce în cele din urmă la defectarea cablurilor și la pene de curent.

Sub influența unui câmp electric, poate apărea o descărcare parțială în anumite zone slabe ale izolației (cum ar fi zonele cu goluri de aer, impurități sau deteriorări ale interfeței) atunci când intensitatea câmpului electric atinge limita de străpungere. Această descărcare nu penetrează cei doi electrozi la care se aplică tensiunea și este considerată o stare de străpungere incompletă. Cu toate acestea, este un semnal important al deteriorării izolației cablurilor - descărcarea parțială este atât o cauză, cât și un rezultat al degradării izolației și este, de asemenea, cel mai rapid mecanism de îmbătrânire a materialelor izolatoare organice (cum ar fi XLPE și EPR).

În termeni simpli, atunci când un cablu prezintă defecte de izolație, va apărea inevitabil o descărcare parțială. Descărcarea parțială continuă va eroda stratul de izolație, ducând la o deteriorare continuă a performanței izolației și, în cele din urmă, provocând defecțiuni grave, cum ar fi defectarea izolației cablului și topirea conductorului. Prin urmare, detectarea la timp a semnalelor de descărcare parțială și evaluarea precisă a stării izolației cablului sunt de o importanță capitală în operarea și întreținerea energiei electrice.

1. Importanța fundamentală a detectării descărcărilor parțiale

Detectarea descărcărilor parțiale, ca metodă de bază pentru evaluarea stării izolației cablurilor, este valoroasă în principal în următoarele patru aspecte, iar aplicarea sa se extinde pe întregul ciclu de viață al cablului:

• Detectarea la timp a potențialelor defecțiuni ale cablurilor: Prin detectarea semnalelor de descărcare parțială, punctele slabe și potențialele defecte ale izolației cablurilor pot fi identificate în avans, permițând luarea unor măsuri specifice de depanare înainte de apariția unei defecțiuni, reducând eficient apariția întreruperilor de curent neașteptate și asigurând funcționarea continuă și stabilă a sistemului energetic.

• Monitorizarea calității procesului pentru cablurile nou puse în funcțiune: Înainte de punerea în funcțiune a unui cablu nou, testarea descărcărilor parțiale poate verifica raționalitatea procesului de producție și construcție a cablurilor, poate identifica potențiale probleme precum tratarea necorespunzătoare a îmbinărilor și deteriorarea izolației în timpul construcției, poate oferi o referință științifică pentru managementul construcțiilor și poate evita punerea în funcțiune a cablurilor necalificate.
• Evaluarea stării de funcționare a cablurilor vechi: Pentru cablurile vechi care au fost în funcțiune pentru o perioadă lungă de timp, detectarea descărcărilor parțiale poate determina cu precizie gradul de îmbătrânire a izolației, oferind suport de date pentru gestionarea activelor de cabluri, diagnosticarea defecțiunilor și deciziile de înlocuire, evitând risipa de resurse cauzată de înlocuirea fără semnal și prevenind defecțiunile cauzate de defectarea izolației.
• Promovarea transformării și modernizării modelului de operare și întreținere: Monitorizarea în timp real și evaluarea precisă a stării cablurilor pot fi realizate prin detectarea descărcărilor parțiale, promovând transformarea modelului tradițional de „întreținere planificată” într-un model de „întreținere bazată pe condiții” mai științific și eficient, reducând costurile de operare și întreținere și îmbunătățind eficiența operațiunii și întreținerii.

Model echivalent de cablu normal	Model echivalent cablu defect

III. Tehnologii și soluții de bază pentru detectarea descărcărilor parțiale în cabluri

Sunt necesare diferite scheme de detectare pentru diferite scenarii și tipuri de cabluri. Printre acestea, tehnologia de detectare a undelor de oscilație a cablurilor este singura tehnologie de localizare a defectelor în cabluri în domeniul cablurilor de înaltă tensiune și al cablurilor de rețea de distribuție cu un număr mare de cazuri eficiente de buclă închisă (acoperind întregul proces de verificare a testelor, dezasamblare a defectelor, eliminare a defectelor și verificare a disecției). Combinată cu monitorizarea online, inspecția live și alte metode, se poate forma un sistem complet și eficient de gestionare și întreținere a stării cablurilor.

(I) Clasificarea soluțiilor de testare de bază

• Monitorizare online (potrivită pentru linii critice): Achiziționarea în timp real a semnalelor de descărcare parțială în timpul funcționării cablurilor, permițând monitorizarea neîntreruptă 24 de ore din 24, detectarea la timp a defectelor bruște și fiind potrivită pentru operarea și întreținerea pe termen lung a liniilor principale și a liniilor de sarcină critice.
• Inspecția liniilor sub tensiune (aplicabilă liniilor de topografie generală): Efectuați o inspecție completă a liniei în timp ce cablul este sub tensiune, identificați rapid secțiunile de cablu cu potențiale pericole de descărcare parțială, oferiți îndrumări pentru detectarea precisă ulterioară și eliminarea defectelor și îmbunătățiți eficiența funcționării și întreținerii.

• Poziționare offline a undei oscilante a cablului (potrivită pentru poziționare precisă): Prin aplicarea unei tensiuni oscilante amortizate pe cablul offline, se produce o descărcare parțială la nivelul defectului de izolație, realizând o poziționare precisă a defectului. Este o metodă esențială pentru diagnosticarea și verificarea defectelor.

(II) Parametrii sistemului de detectare a descărcărilor parțiale de înaltă performanță și frecvență

Conform standardului QGDW 11304.5-2023 „Specificații tehnice pentru instrumente de testare pe linie activă pentru echipamente energetice Partea 5: Detector de descărcări parțiale de înaltă frecvență ”, un sistem de detectare a descărcărilor parțiale de înaltă frecvență de înaltă performanță trebuie să îndeplinească următorii parametri de bază pentru a asigura precizia și fiabilitatea detecției:

• Porturi de intrare: Acceptă detectarea a 1-4 canale și poate fi extinsă pentru a achiziționa parametri auxiliari precum temperatura, umiditatea și circulația, permițând analiza sincronă a datelor multidimensionale.
• Funcții de testare: Capabil să achiziționeze continuu cel puțin 2000 de impulsuri pe trei faze timp de cel puțin 5 secunde; timp mort de declanșare a repetării impulsurilor ≤2μs, asigurându-se că nu se ratează semnale critice de descărcare; dispune atât de moduri de achiziție continuă cu un singur ciclu, cât și de declanșare prin impulsuri pentru a se adapta la diferite scenarii de testare; încorporează multiple funcții de reducere a zgomotului, cum ar fi filtrarea în domeniul frecvenței și filtrarea wavelet, pentru a elimina eficient semnalele de interferență și a îmbunătăți precizia detecției; acceptă achiziția sincronă trifazată a descărcărilor parțiale, captând complet starea izolației cablurilor trifazate; dispune de funcții de declanșare BeiDou și de declanșare a caracteristicii impulsurilor în domeniul timpului de descărcare parțială pentru a îmbunătăți și mai mult precizia declanșării și viteza de răspuns.

(III) Tehnologie de bază pentru localizarea precisă offline a problemelor de descărcare parțială a cablurilor

În regiunile relativ dezvoltate, acceptarea cablurilor și întreținerea de rutină utilizează de obicei o abordare complementară folosind trei metode: tensiunea rezonantă de rezistență, descărcarea parțială a undelor oscilante și pierderea dielectrică sinusoidală de frecvență ultra-joasă. Aceste trei metode nu sunt interschimbabile - o singură metodă nu poate acoperi toate scenariile. Combinarea testării offline cu monitorizarea online poate crea o soluție completă pentru problemele la fața locului.

Principiul de bază al poziționării offline a undei de oscilație a cablului este următorul: cablul este încărcat de o sursă de alimentare de curent continuu printr-un inductor, iar apoi conversia de la curent continuu la curent alternativ este finalizată de un comutator rapid, generând o tensiune de oscilație amortizată pe cablul testat; această tensiune de oscilație amortizată va excita o descărcare parțială la defectul de izolație al cablului, iar sistemul de detectare captează semnalul de descărcare parțială pe baza metodei curentului pulsatoriu, realizând astfel localizarea precisă a defectului.

(iv) Compararea a trei metode principale de detectare offline

(v) Undă oscilator curent continuu (DAC) – Evaluarea riscului curent continuu

În ceea ce privește siguranța testării cu unde oscilante de curent continuu (DAC), acest studiu demonstrează eficacitatea acesteia din patru aspecte: mecanismul fizic, condițiile de prag, contramăsurile inginerești și aprobarea standardelor. Acesta clarifică faptul că testarea DAC nu provoacă daune cablurilor și este sigură pentru testarea pe teren.

(vi) Caracteristicile de propagare ale semnalelor de descărcare parțială

Când are loc o descărcare parțială într-un anumit punct al cablului, impedanța cablului înainte și după punctul de descărcare poate fi considerată a fi aceeași. În acest moment, jumătate din energia semnalului pulsatoriu de descărcare parțială se va propaga la capătul de testare, iar cealaltă jumătate din energie se va propaga la capătul îndepărtat al cablului. Când semnalul ajunge la punctul de circuit deschis la capătul îndepărtat al cablului, va avea loc o reflexie totală, iar semnalul reflectat se va propaga din nou la capătul de testare prin întregul cablu.

Pentru a îmbunătăți precizia detecției, un semnal analogic de descărcare parțială (PD) cu o sarcină electrică cunoscută este de obicei injectat în capătul de măsurare al cablului testat. Prin analiza caracteristicilor de propagare ale semnalului analogic, se calculează viteza undei, factorul de atenuare și factorul de rezoluție al impulsului PD care se propagă de-a lungul cablului. Este important de reținut că semnalul PD prezintă caracteristici de „scădere a amplitudinii și creștere a lățimii impulsului” în timpul propagării, ceea ce reprezintă un factor semnificativ care afectează precizia detecției și necesită compensare și corecție folosind echipamente și algoritmi specializați.

Schema de propagare a unei descărcări într-un anumit punct al cablului

1. Întrebări Frecvente (FAQ)

Î1: Care este diferența dintre localizarea defectelor undei de oscilație a cablului și localizarea defecțiunii?

R: Localizarea defectelor undei de oscilație a cablului este un test preventiv. Înainte de test, cablul trebuie să aibă anumite proprietăți de izolație. Scopul principal este de a identifica defectele de izolație care nu s-au defectat încă, realizând „detectarea timpurie și eliminarea timpurie”. Localizarea defectelor de cablu, pe de altă parte, este pentru cablurile care au suferit deja defecțiuni. Se adresează în principal defecțiunilor care provoacă întreruperi de curent, cum ar fi defectarea izolației cablului și topirea conductorului (inclusiv defecte de împământare, defecte de scurtcircuit, defecte de circuit deschis, defecte de conturnare și defecte mixte). Scopul principal este de a localiza rapid punctul de defect și de a restabili alimentarea cu energie a liniei. Pentru diferențele relevante, vă rugăm să consultați Secțiunea 6.2 a standardului DL/T 1576.

Î2: Care este frecvența de oscilație a undei oscilante?

R: Undele de oscilație ale cablurilor sunt similare cu dispozitivele cu tensiune rezonantă de rezistență și frecvență ultra-joasă și sunt utilizate doar ca surse de tensiune de excitație pentru detectarea descărcărilor parțiale. Gama lor largă de frecvențe echivalente este de 20Hz-850Hz, în cadrul căreia pot fi colectate semnale de descărcare parțială și pot fi localizate defectele.

Î3: Ce lungime de cablu poate detecta dispozitivul cu unde oscilante?

R: Capacitatea maximă măsurabilă a dispozitivului cu unde oscilatorii pe cablu este de 6 μF. Luând ca exemplu un cablu de 8.7/10 kV cu o secțiune transversală de 300 mm², lungimea teoretică măsurabilă poate ajunge la 16 km. Cu toate acestea, din cauza limitărilor principiului TDR (Reflectometrie în Domeniul Timpului), atunci când capacitatea cablului este prea mică (nu mai puțin de 0.05 μF), poate apărea suprapunerea formei de undă, afectând precizia detecției. În acest caz, este necesar un dispozitiv de compensare paralel pentru detectarea auxiliară.

Î4: Care sunt atenuarea cablului și lungimea minimă măsurabilă?

R: Atenuarea semnalului unui cablu este strâns legată de lungimea, durata de viață și starea izolației sale. În general, cu cât cablul este mai lung și cu cât este în funcțiune mai mult timp, cu atât atenuarea semnalului este mai semnificativă. Cea mai scurtă distanță măsurabilă pentru un cablu depinde în principal de selecția lățimii de bandă a echipamentului de testare - cu cât banda de frecvență selectabilă este mai largă și rezoluția în domeniul timpului este mai mare, cu atât intervalul de lungimi măsurabile ale cablurilor este mai mare. De exemplu, la testarea unui cablu de distanță scurtă de 35 de metri, se poate obține o formă de undă măsurată clară prin intermediul unui dispozitiv cu lățime de bandă mare, permițând o testare precisă.

1. Specificații și standarde pentru detectarea descărcărilor parțiale

(a) Cerințe de detectare a descărcărilor parțiale în timpul testării predării

În testarea predării cablurilor, detectarea descărcării parțiale a izolației principale poate fi efectuată utilizând trei metode de excitație a tensiunii: undă oscilantă, undă sinusoidală de frecvență ultra-joasă și undă pătrată cosinusoidală de frecvență ultra-joasă. Metoda de detectare trebuie să respecte standardele relevante din IEEE Std 400.2 și IEEE Std 400.4. Cerințele specifice de testare sunt prezentate în tabelul de mai jos:

(II) Cerințe de bază ale standardului IEEE 400.4-2015

Standardul IEEE 400.4-2015, „Linii directoare pentru testarea pe teren pentru tensiunea alternativă amortizată (DAC) a sistemelor de cabluri de alimentare ecranate cu tensiune nominală de 5kV și mai mare”, este standardul de referință principal pentru testarea undelor de oscilație ale cablurilor. Domeniul său principal de aplicare este următorul:

1. Aplicabil sistemelor de cabluri de alimentare ecranate cu o tensiune nominală de 5kV și mai mare, acoperind tipurile de izolație obișnuite, cum ar fi XLPE și EPR, și poate fi aplicat în diverse scenarii de alimentare, cum ar fi transportul și distribuția energiei electrice.
2. Scenarii de testare: În principal pentru testarea offline pe teren a cablurilor instalate, inclusiv: ① Test de predare a cablului nou (înainte de punere în funcțiune) pentru a verifica calitatea cablului și procesul de construcție; ② Evaluarea periodică a stării cablurilor în funcțiune pentru a determina gradul de îmbătrânire a izolației; ③ Verificarea izolației cablurilor după repararea defecțiunii pentru a se asigura că defectul este complet eliminat.
3. Tehnologie de bază: Standardizează testul de tensiune de rezistență și metoda de diagnosticare a descărcărilor parțiale (PD) sub tensiune alternativă amortizată (DAC/undă oscilantă). Avantajul său principal este că rezolvă problema deteriorării ireversibile a cablurilor XLPE cauzate de tensiunea de rezistență continuă tradițională și realizează combinarea testării nedistructive cu diagnosticarea precisă.

(III) Cerințe pentru testarea descărcărilor parțiale și întreținerea cablurilor

Pentru liniile de cablu cu descărcare parțială, trebuie luate măsuri de întreținere specifice, în funcție de durata de viață a cablului și de amplitudinea descărcării parțiale a diferitelor componente. Cerințe specifice sunt următoarele:

• Pentru liniile de cablu nou puse în funcțiune și liniile de cablu care sunt în funcțiune mai puțin de un an: tensiunea maximă de testare este de 2U₀. Dacă descărcarea parțială a îmbinării depășește 300pC, iar descărcarea parțială a corpului cablului depășește 100pC, cablul trebuie înlocuit la timp. Dacă descărcarea parțială a terminalului depășește 3000pC, componentele terminalului trebuie înlocuite imediat.
• Pentru liniile de cablu care au fost în funcțiune mai mult de un an: tensiunea maximă de testare este de 1.7 U₀. Dacă descărcarea parțială a îmbinării depășește 500pC, iar descărcarea parțială a corpului cablului depășește 100pC, componentele relevante trebuie înlocuite la timp. Dacă descărcarea parțială a terminalului depășește 5000pC, terminalul trebuie înlocuit imediat.

(iv) Obiectivele principale ale diferitelor tipuri de teste

1. Partajarea cazurilor de aplicații pe teren

Următoarele sunt câteva studii de caz practice privind detectarea descărcărilor parțiale în cabluri în diferite scenarii, demonstrând pe deplin valoarea aplicației tehnologiei de detectare a descărcărilor parțiale în operarea și întreținerea reală. Aceasta poate identifica cu precizie diverse defecte de izolație și poate preveni escaladarea defecțiunii:

Beijing, districtul Daxing, lungime totală a cablului 1165 metri, 395 metri conectați La capăt se observă o descărcare concentrată cilindrică distinctă, împreună cu tensiunea de rezistență rezonantă și pierderile dielectrice. Testul nu a arătat anomalii, dar demontarea a relevat că construcția nu a fost efectuată în conformitate cu reglementările. Materialul semiconductor a fost utilizat incorect.	Parcul eolian Matang al Grupului Guoneng: Au fost detectate 10 pericole potențiale, iar liniile electrice cheie au fost disecate direct.
La un parc eolian din Hebei, conductorii cablurilor erau fabricați din aliaj de aluminiu, iar țevile sertizate erau din cupru. Supraîncălzirea a cauzat deteriorarea izolației, iar îmbinările au avut, în general, o descărcare excesivă.	La o centrală fotovoltaică de pe malul mării din Zhejiang, liniile colectoare din diferite locații au suferit multiple defecțiuni. S-a efectuat un diagnostic de rutină pentru îmbinările potențial defecte.
Parcul eolian fotovoltaic Bofeng	Fabrica de cabluri Guangdong Lingnan

VII. Rezumat tehnic și valori fundamentale

Testarea descărcărilor parțiale este un element de testare a cablurilor impus în mod explicit de standardele IEEE, IEC și standardele industriei energetice interne (cum ar fi GB/T 12706, DL/T 1253). Raportul său de testare este un document esențial pentru acceptarea proiectului și auditul de conformitate și reprezintă, de asemenea, baza fundamentală pentru operarea și întreținerea cablurilor pe întregul lor ciclu de viață.

În esență, detectarea descărcărilor parțiale pe cabluri este o tehnică de testare nedistructivă care combină avertizarea timpurie cu diagnosticarea precisă. Valoarea sa fundamentală constă în trei aspecte: în primul rând, prin identificarea și localizarea în avans a defectelor de izolație a cablurilor, întreținerea cablurilor se transformă de la reparații pasive de urgență la prevenție proactivă, reducând întreruperile neașteptate de curent. În al doilea rând, prin evaluarea precisă a stării izolației cablurilor, oferă suport de date pentru gestionarea activelor și înlocuirea componentelor, reducând costurile de întreținere. În al treilea rând, prin testare și întreținere științifică, prelungește durata de viață a cablurilor, îmbunătățește fiabilitatea sistemelor de alimentare cu energie electrică și asigură dezvoltarea sigură și stabilă a industriei energetice.