Trend rozwoju technologii diagnostyki i testowania kabli energetycznych

Niezależnie od tego, czy są zainstalowane na maszynach, czy zakopane pod ziemią, kable energetyczne są nieuchronnie podatne na awarie z upływem czasu, zakłócając życie obywateli i przedsiębiorstw. Poważne awarie mogą nawet powodować poważne pożary i ofiary śmiertelne. Zakopane kable energetyczne są niezwykle ukryte, co utrudnia wykrywanie usterek i dokładną lokalizację, utrudniając konserwację kabli. Biorąc pod uwagę znaczącą rolę kabli energetycznych w miastach i ich unikalne cechy, technologia diagnostycznego testowania kabli energetycznych zyskała znaczącą uwagę ze strony osób z branży.
1. Przegląd technologii diagnostycznego testowania kabli energetycznych
1.1 Tradycyjne technologie testowania
Metoda superpozycji prądu stałego, metoda składowej prądu stałego i metoda strat dielektrycznych TGδ to powszechnie stosowane tradycyjne metody testowania kabli energetycznych. Chociaż ich wartości nie można całkowicie zanegować i stanowią one odniesienie do diagnozowania usterek, te tradycyjne technologie są ostatecznie nieodpowiednie do testowania i diagnozowania kabli energetycznych wysokiego napięcia, co znacznie ogranicza ich zakres zastosowania.
1.2 Nowe technologie testowania
① Technologia testowania połączeń kablowych
Badanie statystyczne awarii kabli energetycznych w eksploatacji wykazało, że ponad 90% awarii kabli występuje na połączeniach kablowych. W eksploatowanych kablach energetycznych przeciążenie i rezystancja styku mogą powodować wzrost temperatury połączeń, prowadząc do szybkiego starzenia się i awarii. Zastosowanie technologii inspekcji połączeń kablowych do monitorowania temperatury połączeń i analizy danych o temperaturze połączeń w czasie rzeczywistym pozwala operatorom uzyskać bardziej kompleksowe zrozumienie warunków pracy kabla energetycznego i proaktywnie wdrażać środki ochronne w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa awarii.
② Technologia inspekcji ultrawysokiej częstotliwości
Jeśli kabel energetyczny doświadcza tylko wysokiej częstotliwości impulsów wyładowań miejscowych, przechwycenie sygnału wyładowań miejscowych wymaga zwiększenia częstotliwości próbkowania narzędzia inspekcyjnego w celu zminimalizowania zakłóceń zewnętrznych. Technologia inspekcji ultrawysokiej częstotliwości wykorzystuje szerokopasmowy czujnik wyładowań częściowych i sprzężenie elektromagnetyczne do wykrywania wyładowań częściowych w zakresie częstotliwości od 10 kHz do 28 MHz, osiągając zadowalające wyniki.
③ Technologia sprzężenia elektromagnetycznego
Technologia ta łączy sygnał prądowy wyładowań częściowych przewodu uziemiającego kabla energetycznego z polietylenu sieciowanego z dwoma wyżej wymienionymi przewodami poprzez połączone działanie pętli pomiarowej i linii sprzężenia elektromagnetycznego. Zwiększa to sygnał lokalny i minimalizuje zakłócenia. 2. Rozwój i zastosowanie technologii diagnostycznego testowania kabli energetycznych
2.1 Technologia wykrywania online
① Transformata falkowa: Technologia ta wymaga użycia filtrów. Niektóre badania zaproponowały dwie metody pomiaru odległości do uszkodzenia - wykrywanie jednostronne i wykrywanie synchroniczne dwustronne. Inne badania wykorzystały transformaty falkowe do wykonania jednostronnego pomiaru odległości fali bieżącej, rozwiązując problem wyboru między prędkością propagacji fali bieżącej a czasem przybycia. Obszerne doświadczenie praktyczne potwierdziło, że dokładność tej jednostronnej technologii pomiaru odległości fali bieżącej w pełni spełnia standardy dokładnej lokalizacji uszkodzeń w miejscu uszkodzenia. Inne badania badały monitorowanie online uszkodzeń kabli i precyzyjne metody pomiaru odległości kabli oraz zagłębiały się w pomiar odległości do uszkodzenia kabla za pomocą technologii transformaty falkowej.
② System ekspercki w czasie rzeczywistym: Technologia ta, opracowana w oparciu o zdalne usługi sieciowe, dotyczy pomiaru odległości do uszkodzenia kabla. Niektóre badania wykazały, że systemy eksperckie oparte na ochronie przekaźnikowej mogą wykorzystywać zintegrowaną diagnostykę w języku C do określania typu uszkodzenia i wartości RMS prądu kabli energetycznych, ostatecznie dokładnie lokalizując punkt uszkodzenia. ③ Sieć przyczynowa: Węzły, w tym objawy, przyczyny początkowe, stany i hipotezy, stanowią sieć przyczynową. Węzły objawów reprezentują objawy węzłów stanu, takie jak działanie ochronne będące objawem zadziałania wyłącznika; przyczyny początkowe reprezentują przyczynę początkową uszkodzenia kabla; węzły stanu reprezentują stan określonego komponentu w domenie, na przykład wyzwanie wyłącznika; a hipotezy reprezentują hipotezy diagnostyczne dla systemu badawczego. Niektórzy badacze rozwinęli sieć przyczynową, wykorzystując koncepcję ograniczeń czasowych informacji alarmowych do zbudowania nowej czasowej sieci przyczynowej i zaproponowali technikę diagnozy uszkodzeń kabli energetycznych opartą na tej sieci.
2.2 Techniki wykrywania offline
① Metoda impulsów niskiego napięcia: Sygnał impulsowy niskiego napięcia jest wprowadzany do kabla przez zacisk testowy. Przyrząd rejestruje różnicę czasu (Δt) między przesłanym impulsem a impulsem odbitym odebranym w punkcie uszkodzenia, a następnie obliczana jest odległość do uszkodzenia. Jeśli prędkość propagacji sygnału w kablu energetycznym wynosi v (m/μs), to odległość do uszkodzenia kabla l = v × Δt/2.
② Metoda napięcia impulsowego: Metoda ta odbiera sygnał impulsowy generowany przez wyładowanie w punkcie uszkodzenia. Sprzęt wysokiego napięcia służy do rozładowania uszkodzonego kabla, generując sygnał impulsowy. Następnie przyrząd odbiera sygnał wyładowania z uszkodzenia na końcu testowym, obliczając odległość do uszkodzenia na podstawie czasu potrzebnego na odebranie sygnału. Metoda ta może jednak stwarzać zagrożenia dla bezpieczeństwa, ponieważ brakuje w niej pełnej izolacji elektrycznej między sekcją wysokiego napięcia a testerem.

③ Metoda prądu impulsowego: Metoda ta działa podobnie do metody napięcia impulsowego, ale wykorzystuje sprzęgło prądowe, całkowicie izolując sekcję wysokiego napięcia, zasadniczo gwarantując bezpieczeństwo.

④ Metoda impulsów wtórnych: Jest to wysoce zaawansowana metoda lokalizacji uszkodzeń. Zasadą techniczną jest przyłożenie wysokiego napięcia do uszkodzonego kabla, tworząc łuk wysokiego napięcia. To przekształca uszkodzenie w zwarcie o niskiej rezystancji, które można następnie wykryć za pomocą metody impulsów niskiego napięcia.

2.3 Technologia lokalizacji uszkodzeń kabli energetycznych
Po zmierzeniu ścieżki i odległości uszkodzonego kabla można określić przybliżoną lokalizację uszkodzenia. Jednak w celu bardziej precyzyjnej lokalizacji uszkodzenia wymagana jest technologia lokalizacji uszkodzeń. ① Technologia detekcji akustycznej: Urządzenie wyładowcze służy do generowania wibracji w punkcie uszkodzenia. Po dotarciu wibracji do ziemi, przetwornik wibracji służy do odbioru sygnału akustycznego z punktu uszkodzenia, co pozwala na określenie konkretnej lokalizacji uszkodzenia. Technologia detekcji akustycznej może być stosowana do wykrywania wszelkich uszkodzeń kabli, w których sygnał impulsowy wysokiego napięcia generuje dźwięk wyładowania w punkcie uszkodzenia.
② Technologia synchronizacji akustyczno-magnetycznej: Wyładowanie w punkcie uszkodzenia jednocześnie generuje fale akustyczne i elektromagnetyczne, umożliwiając precyzyjną lokalizację uszkodzenia. Do uszkodzonego kabla przykłada się sygnał impulsowy wysokiego napięcia. Podczas wyładowania w punkcie uszkodzenia generowany jest zarówno sygnał akustyczny, jak i sygnał impulsowego pola magnetycznego, ale sygnały te rozchodzą się z różnymi prędkościami. Minimalna różnica czasu propagacji służy do lokalizacji punktu uszkodzenia.
③ Technologia wykrywania dźwięku: Technicy używają swoich uszu do identyfikacji siły sygnału akustycznego i ostatecznie określają lokalizację uszkodzenia kabla. Sygnał prądu audio o częstotliwości 1 kHz lub innej jest przykładany między dwiema fazami kabla lub między metalową osłoną a fazą. Powoduje to generowanie sygnału elektromagnetycznego audio, który tworzy silne pole magnetyczne bezpośrednio nad pobliskim uszkodzeniem obwodu otwartego lub zwarciem metalicznym, tym samym lokalizując punkt uszkodzenia.