Дубяго Марина Николаевна. Методы диагностики и прогнозирования остаточного ресурса кабельных линий в распределительных электрических сетях 6-10 кВ

brief description

Дубяго Марина Николаевна. Методы диагностики и прогнозирования остаточного ресурса кабельных линий в распределительных электрических сетях 6-10 кВ;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»], 2021

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
Южный федеральный университет
Институт радиотехнических систем и управления (ИРТСиУ)
На правах рукописи
Дубяго Марина Николаевна
МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ В
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6-10 КВ
05.14.2 - Электрические станции и электроэнергетические системы
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Пшихопов В.Х.
Таганрог - 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КАБЕЛЬНЫХ
ЛИНИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ 17
СЕТЕЙ 17
1.1 Виды и причины повреждений кабельных распределительных электрических
сетей 17
1.2 Анализ надежности распределительных электрических сетей 20
1.3 Неразрушающие методы диагностики силовых кабелей 25
1.4 Выводы 31
2. Метод диагностики Кабельных линий распределительных электрических сетей 6-10 кВ 32
по характеристикам ЧР 32
2.1 Анализ характеристик и исследование тепловых процессов в КЛ, вызванного ЧР 32
2.2 Разработка математической модели развития ЧР в кабельной линии
электрических сетей 40
2.3 Диагностика кабельных систем методом измерения ЧР 49
2.4 Методика оценки надежности кабельных линий электрических сетей 60
2.5 Выводы 64
3. МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
РАЗВИВАЮЩЕГОСЯ ВКЛЮЧЕНИЯ в ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИИ электрических сетей 65
3.1 Разработка алгоритма системы автоматического диагностирования
включений в электрической изоляции кабельных линий 65
3.2 Математическое описание локальных и распределенных включений в
электрической изоляции КЛ электрических сетей 69
3.3 Алгоритм метода амплитудного и фазового исследования изоляции для
несимметричных режимов кабельных линий электрических сетей 72
3.4 Выводы 77
4. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗАДАЧАХ
ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ срока службы КЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 79
4.1 Термоокислительная деструкция изоляционных материалов в КЛ
находящихся в эксплуатации 79
4.2 Тепловые процессы в изолирующих материалов в задачах неразрушающей
диагностики кабельных систем 81
4.2.1 Математическая модель и результаты моделирования тепловых
процессов в КЛ в условиях эксплуатации электрических сетей 82
4.2.2 Результаты моделирования тепловых процессов кабельных линий
электрических сетей 85
4.3 Прогнозирование процесса старения изоляции на основе
термофлуктуационной теории частичных разрядов в кабельных линиях электрических сетей 89
4.3.1 Исследование безотказной работы изоляционного материала кабельной линии электрических сетей 99
4.4 Выводы 104
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ состояния КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИИ электрических сетей напряжением 6-10 кВ 105
5.1 Описание методов диагностики и прогнозирования остаточного ресурса . 106
изоляции кабельных линий электрических сетей 106
5.2 Метод неразрушающего контроля и прогнозирования развивающегося включения изоляции в электрических сетях 109
5.4 Экстрополяционный метод прогнозирования термофлуктуационных
процессов изоляции КЛ электрических сетей 126
5.5 Выводы 133
6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ АНАЛИЗА ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 135
6.1 Обзор и анализ методов контроля термофлуктуационных характеристик
кабелей электрическиъх сетей 135
6.2 Разработка измерительной системы для мониторинга тепловых процессов
КЛ в среде LabVIEW 137
6.2.1 Анализ и выбор схемного решения устройства контроля параметров КЛ
электрических сетей 137
6.2.2 Разработка алгоритма и программы цифрового регистратора 139
контроля параметров КЛ 140
6.3 Моделирование термопроцессов изоляции КЛ с использованием 142
пакета LabView 142
6.4 Исследования режимных параметров КЛ электрических сетей 146
6.4.1 Разработка схемы эксперимента исследования режимных параметров КЛ 146
6.4.2 Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных 149
характеристик распределений температуры 149
6.4.3 Анализ погрешностей расчета температуры КЛ по тепловой модели и на
основе эксперимента 153
6.5 Выводы 156
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 158
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 160
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 162
ПРИЛОЖЕНИЕ А.1 178
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ОТДЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ СКС 178
ПРИЛОЖЕНИЕ A.2 185
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДИАГНОСТИРУЕМОЙ КЛ И ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА 185
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 189
ПРОГРАММА ДЛЯ ЭВМ «“СистемА” непрерывного контроля состояния изоляции силовых кабельных линий (SCIPC).» 189
ПРИЛОЖЕНИЕ В 193
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОГО РЕГИСТРАТОРА 193
БЛОК-ДИАГРАММА SCADA СИСТЕМЫ В LabVIEW 194
Программа ДЛЯ ЭВМ: «’’СИСТЕМА” ИЗМЕРЕНИЯ И РАСЧЕТА
ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ (SMACTC)» 195
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. показатели качества экстраполяции 201
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 213
АКТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС 213
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 216
АКТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ НА ПРОИЗВОДСТВЕ 216

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты, полученные в настоящей работе, могут быть сфор¬мулированы следующим образом.
1. Разработана методика диагностирования остаточного ресурса электро¬изоляции КЛ, основанная на контроле параметров и технического состояния. Предложенная методика отличается от существующих использованием напряже¬ния, выделяемого самим ЧР. Методика увеличивает характеризуемость ЧР на 50%, что позволяет в комплексе оценивать воздействие на ИМ основных разру¬шающих факторов и определять степень её деградации.
2. Разработана математическая модель прогнозирования появления и разви¬тия теплового пробоя в электроизоляции КЛ, вызванного ЧР, основанная на уста¬новлении связи между геометрическими характеристиками включений (БВ, qqp, ИВ) количеством выделяемого тепла (Q) и напряженим зажигания (иВ), получае¬мых разработанным программным обеспечением «SCIPC» [63]. Предложена мо¬дель позволяет оценивать текущее состояние изоляции (место и степень пробоя, геометрические характеристики включений) и прогнозировать остаточный ресурс кабельных линий электрических сетей [139].
3. Усовершенствован метод прогнозирования места пробоя изоляции, осно¬ванный на определении значения амплитуды и угла вектора ТНП СКЛ [66]. Алго¬ритм метода позволяет определять расстояние до места включения в изоляции и значение сопротивления этого включения, графически представлять амплитудно¬частотное распределение импульсов ЧР. Это позволяет выявить включения в изо¬ляции на начальных этапах их развития по имеющимся в кабеле импульсам ЧР, возникающим непосредственно в зоне включения.
4. Усовершенствована математическая и физическая модель температурного поля в сечении кабеля, позволяющая исследовать вероятность безотказной работы в зависимости от температуры в изоляции, энергии диссоциации химической свя¬зи, распределения ЧР, от плотности неоднородностей изоляции и высоты потен¬циального барьера.Установлена связь между послойным градиентом температур в новых кабелях и, находящихся в эксплуатации, со степенью износа: чем больше время состаривания изоляции КЛ, тем больше этот показатель. Эксперименталь¬ные исследования показали, что средняя разность температур между исправной (новой) и состаренной изоляцией КЛ составила 8,22% и может являтся диагно¬стическим параметром старения кабельной линии. Применение зависимостей стойкости к отказу позволяет прогнозировать время отказа и остаточный ресурс СКЛ.
5. Разработан метод определения температуры наиболее нагретой точки электроизоляции для вычисления температуры жилы кабеля с учетом температу¬ры его поверхности, окружающей среды и тока жилы при различных режимных параметрах работы СКЛ. Максимальная абсолютная погрешность между экспе¬риментальными данными и расчетом по предлагаемой формуле сократилась поч¬ти в 3 раза.
6. Разработано программное обеспечение “Система” измерения и расчета термофлуктуационных характеристик силовых кабельных линий (SMaCTC), ос¬нованное на математической модели температурного поля в сечении кабеля. ПО отличается от существующих возможностью послойного контроля термофлук- туационных процессов относительно значения температуры на поверхности кабе¬ля.
7. Разработана автоматизированная система контроля параметров СКЛ (SMaCTC) [130], реализующая метод неразрушающего контроля термофлуктуа¬ционных процессов в ИМ. Система позволяет осуществлять мониторинг режимов работы КЛ на основании анализа профиля рабочих температур слоев изоляции. Применение такой системы повысит эксплуатационную надежность систем элек¬троснабжения.