16+
Современное состояние силового электрооборудования в России характеризуется в основном длительным сроком эксплуатации, значительно превышающим нормативные величины. Это обстоятельство, естественно, предполагает большой износ этого электрооборудования, но, как показывает практика, это предположение не является безусловным и обоснованным. Здесь прежде всего следует иметь в виду, что нормативные сроки эксплуатации силового электрооборудования, гарантированные производителями, значительно отличаются от фактических сроков службы в меньшую сторону. Кроме того, реальные сроки безопасной эксплуатации электрооборудования во многом зависят от качества используемых элементов конструкций, соблюдения технологии производства монтажных работ и условий его эксплуатации.
Эксплуатация сверх нормативного срока возможна при наличии позитивной информации о действительном техническом состоянии силового электрооборудования. Отсутствие подробной и объективной информации о техническом состоянии позволяет реализовать эксплуатацию электрооборудования только по наработке на отказ либо плановое техническое обслуживание в соответствии с нормативами ППР. Практика показала, что такая эксплуатация силового электрооборудования ведет к большим производственным потерям и необоснованному распылению средств на его техническое обслуживание и ремонт. Следовательно, планы планово‑предупредительного ремонта силового электрооборудования, продление сроков эксплуатации необходимо реализовывать в соответствии с его действительным техническим состоянием. Необходимо отметить, что последний вывод относится к силовому высоковольтному оборудованию. Например, реализация планов ППР по действительному техническому состоянию для электродвигателей малой и средней мощности экономически нецелесообразна. В этом случае планы ППР по нормативам являются более обоснованными.
Объективные данные о техническом состоянии электрооборудования можно получить современными диагностическими методами. Диагностические испытания электрооборудования, как правило, выполняются методами, не травмирующими изоляцию. Они позволяют определять не только техническое состояние объекта, но и локализовать имеющиеся проблемные места. Проведение комплексных диагностических испытаний различными методами неразрушающего контроля позволяет оценить степень старения изоляции и остаточный ресурс электрооборудования.
Техническое состояние изоляции электрооборудования можно определить следующими способами:
- испытание повышенным напряжением в соответствии с действующими нормативами;
- единовременное испытание диагностическими методами (диагностика).
В первом случае мы не получаем достоверной информации о реальном техническом состоянии электрооборудования, второй способ позволяет получить полную картину фактического технического состояния.
Контроль над изменениями технического состояния электрооборудования во времени обеспечивается следующими методами:
- периодическое испытание диагностическими методами с целью определения динамики процессов старения или развития дефектов (тренд);
- «непрерывный» контроль технического состояния, позволяющий контролировать процессы в изоляции в каждый момент времени (мониторинг).
В соответствии с действующими в России правилами и руководящими документами (нормативами) изоляция высоковольтного оборудования и кабелей должна периодически подвергаться испытаниям повышенным постоянным напряжением. В ряде случаев испытания выполняются переменным напряжением промышленной частоты и повышенным напряжением с частотой 0,1 Гц.
Из практики эксплуатации высоковольтных кабельных линий известно, что положительные результаты испытаний повышенным напряжением вовсе не гарантируют безаварийную последующую работу электрооборудования. Так, например, после успешных испытаний повышенным напряжением кабельных линий нередко происходит выход их из строя в ближайшие после этого месяцы. Установлено, что причина этого в интенсивном разрушении изоляции частичными разрядами в проблемных местах, что приводит к сокращению срока службы кабельных линий. Кроме того, испытания повышенным постоянным напряжением кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена практически бесполезны, так как полиэтилен обладает высокой электрической прочностью и малыми токами утечки. И, наконец, испытания повышенным постоянным напряжением не позволяют локализовать проблемные места линий.
Наиболее опасны испытания повышенным напряжением для кабельных линий с большим сроком службы или низким качеством монтажа, уже имеющих высокий уровень частичных разрядов в проблемных местах. В этом случае испытания повышенным напряжением приводят к увеличению уровня частичных разрядов. Этот вывод сделан на основании результатов диагностических испытаний высоковольтных кабельных линий аппаратурой OWTS и CDS производства германской фирмы Seba KMT, которые выполнялись до и после производства испытаний кабельных линий повышенным напряжением.
Последние десять лет в России и за рубежом ведутся интенсивные работы по совершенствованию неразрушающих методов диагностики изоляции и выпуску предназначенной для этого аппаратуры. Эти методы ориентированы на диагностические испытания, не разрушающие изоляцию электрооборудования и позволяющие выполнять локализацию проблемных мест на ранней стадии развития дефектов в изоляции.
К числу недостатков диагностических методов испытаний изоляции следует отнести высокую стоимость диагностической аппаратуры и требующую наличия высококвалифицированного персонала, большую сложность методов диагностики. Однако эти недостатки перестают иметь место при производстве диагностических испытаний силами специализированных предприятий, имеющих персонал высокой квалификации. В этом случае предприятие-заказчик не несет затрат на приобретение диагностического оборудования и не содержит специалистов для работы с ним. Периодическая диагностика или тренд обладает теми же характеристиками.
Непрерывная диагностика (мониторинг) с точки зрения объема получаемых данных является наиболее информативной. Перспективным является мониторинг особо важных объектов энергетики, имеющих большую установленную мощность и соответственно стоимость. Вместе с тем повсеместное внедрение мониторинга является экономически и практически нецелесообразным.
Важным вопросом является оценка результатов диагностики OWTS и формулирование заключения. Для этого необходимо иметь критерии оценки по уровню ЧР, частоте и интенсивности. Следует отметить, что в Европе в фирмах, эксплуатирующих подобные установки, имеются методики и соответственно критерии по оценке результатов диагностики. Однако применение этих методик и критериев в России пока представляется нецелесообразным. Так, например, в Германии для аппаратуры OWTS предельным значением принят уровень частичных разрядов, равный 1000 пК, а в Италии – 1200 пК. Уровни разрядов, превышающие указанные значения, недопустимы, а кабельная линия подлежит ремонту. Имеющиеся в этих странах критерии диагностики разбиты на ряд групп, а методики на основе созданных баз данных позволяют определить вид или причину дефекта. За счет совершенствования технологии монтажа кабельных линий, достигается впоследствии устранение причин, вызывающих те или иные дефекты. В среднем количество дефектных кабельных линий (с уровнем разрядов более 1200 пК) в Германии и Италии составляет около 50%.
Для России характерным является эксплуатация силовых кабельных линий до предельного физического состояния, при этом уровень ЧР в них нередко составляет более 10000 пК. Количество кабельных линий, имеющих дефекты с уровнем ЧР около 5000 пК, составляет более 65%. Выполнить замену дефектных кабельных линий на новые линии за короткий срок практически невозможно и экономически нецелесообразно.
На рис. 1 (см. внизу страницы) приведены результаты диагностики кабельных линий в течение года по России. Это обобщенные данные. На отдельных предприятиях количество кабельных линий с неудовлетворительным техническим состоянием более 80%.
Следует отметить, что в большинстве случаев проблемными являются концевые и соединительные кабельные муфты.
На рис. 2 представлено распределение проблемных кабельных линий по годам ввода в эксплуатацию. По этой диаграмме можно проследить качество монтажа кабельных линий в нашем регионе. За исключением отдельных всплесков (1960, 1968, 1971), начиная с 1978 года качество работ резко ухудшилось. То есть, несмотря на совершенствование технологии производства кабелей и кабельной арматуры, по причине низкого качества работ при монтаже кабельных линий надежность электроснабжения предприятий снизилась и весьма существенно.
На рис. 3 приведена диаграмма для кабельных линий, получивших отрицательное заключение по техническому состоянию.
Из диаграммы видно, что 50% кабельных линий необходимо менять либо полностью, либо частично. Другая половина кабельных линий требует ремонта концевых или соединительных муфт, т. е. эти линии могут быть приведены в рабочее состояние с наименьшими затратами. Таким образом, количество проблемных кабельных линий можно сократить и тем самым уменьшить материальные и трудовые затраты на восстановление надежного электроснабжения предприятий. Следовательно, одной из основных задач диагностики является получение информации для продления ресурса работы кабельных линий сверх нормативного срока службы. Кроме того, результаты диагностики OWTS позволяют получить полную картину технического состояния кабельных линий с локализацией проблемных мест, если таковые имеются.
В перспективе техническое состояние высоковольтных кабельных линий должно соответствовать европейским нормам. Поэтому следует обратить внимание на совершенствование технологии монтажа кабельных линий и соответствующее повышение требований по оценке их технического состояния.
Физические и химические процессы, протекающие в изоляции под воздействием частичных разрядов и вызывающие ее старение, в достаточной мере изучены. Разработаны методы измерения параметров частичных разрядов, которые реализованы в отечественных и зарубежных приборах различных конструкций (R2000/N, R- 400, R500TM, УКИ-4, УКИ-5, УКИ-6И, УКИ-7И, РМ-3Ам, «Импульс», ИЧР-201, ЭЛМИН-3, СКИ-2, РЧРВ‑1, OWTS и др.). Имеющиеся технические возможности приборов и оборудования позволяют диагностировать техническое состояние изоляции и прогнозировать ее остаточный ресурс.
В алгоритме оценки технического состояния линий учитываются результаты повторных диагностик, а также результаты диагностики с помощью апаратуры CDS, реализующей диагностику методом возвратного напряжения, позволяющей определить степень старения изоляции и остаточный ресурс электрооборудования. Совершенствование алгоритма анализа результатов диагностики позволит существенно повысить достоверность вырабатываемых заключений.
Достоверная диагностика состояния изоляции электротехнического оборудования неразрушающими методами позволит отказаться от профилактики изоляции разрушающими методами контроля, которые во многих случаях приводят к уменьшению ресурса, несвоевременному и непредсказуемому пробою изоляции. Проверка работоспособности кабельной линии путем приложения повышенного постоянного напряжения обоснована после монтажа или ремонта и при отсутствии технической возможности для применения диагностических неразрушающих методов.
В процессе эксплуатации кабельных линий достоверная информация о состоянии изоляции может быть получена неразрушающими методами контроля. Следует иметь в виду, что пропитанная бумажная изоляция после воздействия на нее повышенного напряжения, сопровождающегося интенсивной ионизацией внутри изоляции с образованием продуктов распада диэлектрика, часто восстанавливает свои свойства за счет перетекания пропиточного состава. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при повторной диагностике линий. В полиэтиленовой изоляции под воздействием повышенного напряжения происходит интенсивное зарождение дендритов по всей длине кабеля, т. е. такие испытания заведомо уменьшают ресурс кабеля.
Практическая работа по диагностике технического состояния кабельных линий на предприятиях России методом частичных разрядов ведется третий год и зарекомендовала себя как высоким качеством работ, так и экономической целесообразностью. Вместе с тем для обоснованного внедрения этого метода на предприятиях необходимы нормативы оценки состояния силовых кабельных линий и регламентирующие документы, которые в настоящее время отсутствуют. Поэтому переход от испытаний повышенным напряжением к технической диагностике неразрушающими методами часто вызывает вопросы на предприятиях-заказчиках. Нормативы были получены по результатам НИР на основе большого количества практических результатов диагностики. В работе приняли участие не только специалисты диагностического предприятия, но и ученые в этой области. Работа оформлена в виде регламента и может быть адаптирована в общей части для любого предприятия России.
Необходимость работы по разработке регламента была продиктована последним изданием «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденных Минэнерго России (№ 6 от 13.01.03) и зарегистрированных Минюстом России (4145 от 22.01.03). В соответствии с этими правилами:
1.6.6. Техническое обслуживание и ремонт могут производиться по результатам технического диагностирования при функционировании у потребителя системы технического диагностирования – совокупности объекта диагностирования, процесса диагностирования и исполнителей, подготовленных к диагностированию и осуществляющих его по правилам, установленным соответствующей документацией.
К такой документации относятся: отраслевой стандарт, ведомственный руководящий документ, регламент, стандарт предприятия и другие документы, принятые в данной отрасли или у данного потребителя (стр.52).
Предлагаемый регламент узаконивает применяемую на предприятии диагностику кабельных линий и может быть распространен для применения на все предприятия и фирмы. Структура регламента отвечает общепринятым требованиям и состоит из следующих разделов:
– область применения;
– нормативные ссылки;
– термины, определения и сокращения;
– общие положения;
– организация планирования технического обслуживания, контроля технического состояния и ремонта силовых кабельных линий по техническому состоянию;
– контроль качества эксплуатации и ремонта;
– порядок продления срока безопасной эксплуатации;
– порядок перехода на систему технического обслуживания и ремонта силовых кабельных линий по техническому состоянию.
Кроме того, регламент содержит приложения:
– Нормы испытаний силовых кабельных линии на напряжения до 35 кВ;
– Нормативные показатели определения состояния изоляции силовых кабельных линий по частичным разрядам;
– Нормативные показатели по частичным разрядам приведены для силовых кабельных линий на напряжения до 35 кВ с любым типом изоляции.
Регламент называется – «Система технического обслуживания, контроля технического состояния, ремонта и ввода в эксплуатацию силовых кабельных линий по техническому состоянию». Он устанавливает единый порядок организации эксплуатации, технического обслуживания, контроля технического состояния, ремонта и ввода в эксплуатацию силовых кабельных линий.
Эксплуатация, техническое обслуживание, контроль технического состояния и ремонт, а также ввод в эксплуатацию силовых кабельных линий проводятся в соответствии с требованиями Регламента и нормативными документами:
«Правила устройства электроустановок» (ПУЭ, 6‑е издание, Энергосервис, 2002 г.);
«Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей», утв. Минэнерго России № 6 от 13.01.03;
«Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок ПОТ РМ-016‑2001, РД 153‑34.0‑03.150‑00 от 18.02.03 г.;
«Межотраслевые типовые инструкции по охране труда при эксплуатации электроустановок, проведении электрических измерений и испытаний», ТИ РМ-(062‑074)-2002. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003 г. В Регламенте использованы ссылки на инструкцию по эксплуатации силовых кабельных линий, утвержденную заместителем начальника Главтехуправления К. М. Антиповым 15 октября 1979 г. Часть 1. Кабельные линии напряжением до 35кВ. РД 34.20.508.
Разработка документа, кроме того, обусловлена следующими обстоятельствами:
Предстоящим вступлением России во Всемирную торговую организацию (ВТО).
Разработкой и внедрением в мировой практике неразрушающих методов контроля состояния изоляции и аппаратуры для диагностических испытаний, мониторинга и прогнозирования остаточного ресурса кабелей и муфт, что позволяет осуществлять переход к системе контроля технического состояния без применения разрушающих методов испытаний.
Переходом на новые формы экономических отношений между производителями и потребителями электроэнергии.
Реорганизацией энергонадзора.
Повышенными требованиями в вопросах промышленной безопасности, охраны труда и экологической безопасности.
Оптимизацией затрат на техническое обслуживание и ремонт оборудования.
Разработанный регламент основан на обязательном планировании, организации и проведении технического обслуживания, контроля технического состояния, диагностирования и ремонта по техническому состоянию и предусматривает:
планирование работ по техническому обслуживанию и ремонту силовых кабельных линий;
периодическое техническое обслуживание:
– контрольные осмотры;
– регламентированное техническое обслуживание и контроль технического состояния;
– плановое техническое обслуживание и мелкий ремонт;
контроль технического состояния:
– контроль технических параметров по нормативам (критериям предельного состояния);
– техническое диагностирование с помощью неразрушающих методов контроля состояния изоляции;
ремонт по техническому состоянию,который состоит из двух видов ремонта:
– планового;
– непланового (аварийного);
контроль качества эксплуатации, ТО и ремонта.
Контроль технического состояния кабельных линий осуществляют специализированные организации, имеющие лицензии на этот вид деятельности.
Продление срока эксплуатации силовых кабельных линий, отработавших нормативный срок службы, производится в соответствии с требованиями нормативно-технической документации:
Положения о продлении срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах. Утверждено постановлением ГГТН России от 9.07.2002 № 43;
Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей. Утверждено Минэнерго России, приказ от 13.01.03 № 6.
Основанием для продления срока эксплуатации является исправное техническое состояние кабельной линии и достаточный ресурс его безаварийной работы. Исправное техническое состояние (отсутствие проблемных мест) кабельных линий определяется неразрушающими методами контроля состояния изоляции.
По результатам проведенных работ по определению возможности безопасной дальнейшей эксплуатации кабельной линии принимается одно из решений:
– продолжение эксплуатации на установленных параметрах, применительно к кабельной линии, это эксплуатация при номинальном рабочем напряжении и нагрузке;
– продолжение эксплуатации с ограничением параметров, т. е. при снижении рабочего напряжения и нагрузки;
– ремонт;
– вывод из эксплуатации.
Внедрение Регламента осуществляется по плану организационно-технических мероприятий, предусматривающему комплекс необходимых подготовительных работ как со стороны эксплуатирующей силовые кабельные линии организации (заказчика), так и организации, занимающейся техническим обслуживанием, диагностированием и ремонтом (сервисной организацией – подрядчика). Таковы основные моменты, изложенные в регламенте.
Переход на систему обслуживания, контроля технического состояния и ремонта силовых кабельных линий по техническому состоянию позволит получить экономический эффект за счет:
– повышения надежности электроснабжения за счет снижения количества аварийных ситуаций;
– повышения качества электромонтажных работ, при условии проведения диагностики, на линиях после ремонта и вновь водимых в эксплуатацию,
– исключения затрат на проведение необоснованных ремонтов и модернизаций;
– устранения неисправностей на ранней стадии их возникновения;
– рационального и обоснованного планирования сроков ремонта, объемов ремонтного вмешательства и финансовых затрат в связи с заранее известным объемом (составом) работ;
– за счет повышения качества и своевременности принятых управленческих решений, на основании полученной достоверной информации о техническом состоянии электрооборудования и кабельных линий.
Неразрушающие методы испытаний изоляции кабельных линий
1. Применение разрушающих методов испытания изоляции кабельных линий, например, повышенным постоянным напряжением вызывает сокращение их ресурса, так как в проблемных местах изоляции идут ионизационные процессы (частичные разряды), разрушающие изоляцию.
2. Испытание изоляции кабельных линий повышенным постоянным напряжением целесообразно проводить при вводе их в эксплуатацию и после ремонта, а также при отсутствии средств неразрушающего контроля.
3. Испытания изоляции кабельных линий повышенным постоянным напряжением в процессе эксплуатации, особенно после длительной эксплуатации, способствуют досрочному выходу их из строя.
4. Определение технического состояния изоляции кабельных линий целесообразно производить неразрушающими методами испытаний. Применение таких методов не травмирует изоляцию, т. е. не сокращает ресурс кабелей и муфт.
5. Одним из неразрушающих методов испытания изоляции является метод измерения частичных разрядов с затухающим осциллирующим напряжением (система OWTS). Этот метод позволяет определить:
– распределение и величину частичных разрядов по длине линии;
– количество частичных разрядов в проблемных местах;
– зависимость уровня частичных разрядов от напряжения;
– напряжение возникновения ЧР;
– напряжение гашения ЧР;
– тангенс угла диэлектрических потерь;
– электрическую емкость.
WhatsApp
ВКонтакте
.svg)
