Защита от коррозии кабельных линий 6-10-35-110 кВ

Коллектив филиала ОАО «Ленэнерго» — «Кабельная сеть» вместе со всеми подразделениями ОАО «Ленэнерго» 15 июня 2011 года отметил 125-летие появления электросетей в Санкт-Петербурге.

Первые кабельные линии были проложены в 1883 г., и сегодня в сети города работают сотни километров кабелей дореволюционных прокладок, в том числе и кабели 20 кВ, которые были впервые проложены в 1914 году.

На начало 2011 года предприятие эксплуатировало (баланс, обслуживание, аренда и бесхоз) примерно 19,5 тысячи км КЛ 0,4—6—10—35—110 кВ.

Ежегодно по разным причинам повреждается некоторое количество КЛ, в том числе и по причине коррозии металлических оболочек кабелей (табл. 1). Доля таких повреждений значительна. Так, в 2010 году в сети 6 кВ повредилось 11% КЛ от общего числа повреждений (в 2009-м — 16%), а в сетях 10 кВ — 12% (в 2009-м — 14%).

В сетях 35 кВ было 6 повреждений по причине коррозии свинцовых оболочек.

В 2010 году было два случая коррозии свинцовых оболочек КЛ 110 кВ от блуждающих токов. Так как этот вид повреждений имеет не локальный характер, а распространяется по длине КЛ на десятки, а иногда и на сотни метров, объёмы ремонтов достаточно велики.

Высокая коррозионная повреждаемость обусловлена тем, что повсеместно на территории Санкт-Петербурга почва имеет повышенную влажность и агрессивные компоненты (NO₃, SO₄, Cl и органические вещества), а также высокий уровень блуждающих токов, генерирующихся в зонах расположения промышленных предприятий и линий электрифицированного рельсового транспорта.

Коррозионная активность грунтов по такому показателю, как pH (ГОСТ 9.602-2005), показывает, что в городе очень много коррозионно-опасных зон по грунтам (pH 4,3 и менее или 9,2 и выше до 12,2).

По видам коррозии мы различаем: почвенную, от блуждающих токов (часто они сопутствуют друг другу) и чисто химическую коррозию — фенольную. Фенольная коррозия встречается на кабелях, где защитные покровы при изготовлении обрабатывались продуктами каменноугольной смолы. Сейчас встречается крайне редко, так как такая пропитка прекращена.

До недавнего времени обстановку усугубляло и то, что коммунальные службы убирали улицы в основном методом снеготаяния, путём разбрасывания соли или смеси соли с песком.

Учитывая все эти факторы, основное количество кабелей 6—10—35 кВ имеет свинцовую оболочку и примерно 2% — алюминиевую.

Наилучшим образом зарекомендовали себя в отношении устойчивости к агрессивным грунтам и блуждающим токам кабели марок АСБ_2л и АСБ_2л Ш_в.

Анализ повреждаемости за 1985—2010 гг. выявил, что кабели с алюминиевой оболочкой повреждаются более чем в 6,3 раза чаще, чем кабели со свинцовой оболочкой. Коррозионные повреждения имеют примерно 800 КЛ 6—10—35 кВ со свинцовой и алюминиевой оболочкой. Во всех частях города насчитывается примерно 400 адресов, где отмечались случаи коррозионных повреждений КЛ.

С 2003 г. в ОАО «Ленэнерго» стали массово применять кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, однако эти кабели ещё нескоро заменят действующие КЛ, так как интенсивная прокладка и замещение КЛ идут только в сети 110 кВ.

На начало 2011 года кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена составили 43% от эксплуатируемых КЛ 110 кВ общей протяжённостью 191,9 км.

В сети 0,4 кВ кабели с пластмассовой изоляцией составляют 14,2%, из них с изоляцией из сшитого полиэтилена — 11%, а в сети 6—10 кВ кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена только 7,1%.

В случае коррозионного повреждения действующих КЛ 6—10—35—110 кВ делается следующее:
• производится анализ пробы грунта из котлована, где ведётся ремонт КЛ;
• осуществляется химический анализ продуктов коррозии и защитных покровов;
• участки оболочки кабеля, повреждённые коррозией, и продукты коррозии обрабатываются тетраметилдиадофенином в растворе 50-процентной уксусной кислоты, и изменение их цвета (посинение) подтверждает наличие коррозии от блуждающих токов. Этот метод разработан в Кабельной сети «Ленэнерго» в 1960 г. инженером-химиком М.В. Янишевской в сотрудничестве с Лесотехнической академией. На основании полученных данных разрабатываются мероприятия, обновляется карта коррозионных зон. Дополнительные сведения для карт также получаются после анализов проб грунтов с новых адресов прокладок КЛ.

Для защиты от блуждающих токов КЛ 6—10—35 кВ подключаются в совместные катодные защиты, которые осуществляются теми организациями, чьи инженерные подземные сооружения (водопроводные сети, газовые сети, тепловые сети) пересекают КЛ или идут параллельно.

Включение в систему совместной защиты КЛ производится через вентильные блоки, которые предотвращают перетекание токов из других защищаемых сооружений на оболочки КЛ. В настоящее время в эксплуатации находится 1120 блоков совместной защиты.

В системе электроснабжения Санкт-Петербурга действуют маслонаполненные КЛ 110 кВ низкого и высокого давления, а также КЛ 110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. КЛ 110 кВ низкого давления в основном выполнены кабелем МНСК со свинцовой оболочкой и небольшое количество — кабелем МНГАШву с алюминиевой гофрированной оболочкой. КЛ 110 кВ высокого давления имеют стальные трубы толщиной 10 мм с нанесённой на них весьма усиленной изоляцией.

В соответствии с «Руководящими указаниями по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий» [1] электрохимическая защита маслонаполненных КЛ 110 кВ должна выполняться отдельно от других подземных сооружений, при этом значения защитных потенциалов на оболочках МНКЛ 110—220 кВ должны находиться в пределах, описанных в литературе [2].

Для определения значений потенциала (табл. 2), возникающего на устройстве катодной защиты, в Ленэнерго в 1982 г. были произведены исследования, при которых ток короткого замыкания в одной из фаз кабельной линий 220 кВ достигал 25 800 А, при этом проводились измерения на всех сопутствующих металлических сооружениях. Наибольшие напряжения, возникшие на оборудовании катодной защиты, приведены в табл. 3 [3].

Как видно из табл. 2, защитный потенциал должен поддерживаться для алюминия и стали в более узком интервале, чем для свинца.

Для примера: на КЛ высокого давления одной из организаций в Санкт-Петербурге в течение 2007—2008 гг. отмечено несколько случаев коррозионного разрушения стальной трубы на участке примерно 50 м в районе колодца № 2, приведших к утечкам изоляционного масла.

Вид повреждения — цепочка каверн с крутыми краями диаметром около 10—15 мм и шагом 10 см на всю толщину стальной трубы.

Как видно из рисунка, в течение ряда лет защитный потенциал почти на всей длине был ниже минимального.

Трасса КЛ имеет приближения к электрифицированной железной дороге 25—30 м на значительной длине и удаление примерно 900 м.

На начальном периоде строительства и эксплуатации систем катодных защит МНКЛ 110—220 кВ применялись катодные станции различных типов (КСС, ТСК, СКЗМ, ОПС, ТП, АП) с ручной регулировкой защитного потенциала и с использованием в качестве анодного заземления графитопластовых электродов или бывших в употреблении железнодорожных рельсов.

Графитопластовые электроды показали себя неудовлетворительно, их срок службы в 2—3 раза меньше, чем рельсов (средний срок — 10 лет). Основная причина — технология монтажа не создавала надёжного контакта дренажного кабеля к оголовку АЗ. Другой важнейший фактор, влияющий на срок службы АЗ, — это количество электричества, протекающего через заземление (или средний ток АЗ). Ввиду узости интервала допустимого защитного потенциала ток АЗ приходилось держать на пределе.

С появлением катодных станций, работающих в автоматическом режиме, эффективность катодных установок возросла. Это было достигнуто в результате модернизации катодных станций посредством установки блоков автоматического управления выходными токами, преобразователей катодной защиты и измерительных электродов сравнения, с которых снимается сигнал обратной связи. Эта работа была выполнена в НИИ постоянного тока совместно с Кабельной сетью «Ленэнерго». Количество электричества, протекающего через АЗ, уменьшилось не менее чем на 20%.

Для снижения эксплуатационных расходов была выбрана станция ОПЕ-63/48 мощностью 3 кВт, в качестве АЗ — железнокремниевые электроды ЗЖК-1500 длиной 3 м, глубина заложения — 1,5 м.

В настоящее время реконструированы уже 43 катодные установки из 48. Работа продолжается.

Замеры потенциалов проводятся ежеквартально с апреля по ноябрь включительно на контурах заземлений стопорных и соединительных колодцев МНКЛ 110—220 кВ. Они выполняются цифровым мультиметром ДТ-832 с внутренним сопротивлением 1 МОм/Вт, с применением неполяризованного медносульфатного электрода, а там, где есть асфальт или лёд, используется стальной электрод. Однако при прохождении по нему блуждающего тока стальной электрод поляризуется и вносит погрешность в измеряемую величину потенциала.

Станции катодной защиты осматриваются ежемесячно, регулировка катодных станций, работающих в ручном режиме, проводится ежеквартально с проверкой эффективности их работы.

«Руководящие указания по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий» введены в 1996 г. За это время вышло в свет много новых нормативных документов, появилось и применяется новое оборудование, в том числе кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Складывается впечатление, что при прокладке кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена вопросы коррозионной повреждаемости отпадают сами собой. Однако это не так. Одно из требований к эксплуатации таких кабелей — это регулярные испытания напряжением 10 кВ в течение 1 минуты пластмассовой оболочки, чтобы грунтовые воды не попадали внутрь кабеля (при вводе в эксплуатацию через год после ввода в эксплуатацию и далее через каждые 3 года). Однако очень часто на практике происходит не полная замена КЛ с бумажно-пропитанной изоляцией на кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, а только часть, при этом теряется возможность испытания оболочки [4].

Учитывая крайне низкий уровень электромонтажных работ, повреждения оболочек происходят повсеместно. При этом пробы грунтов и грунтовых вод с новых трасс прокладок в большинстве случаев не берутся, в то время как именно сейчас осваиваются окраины города, территории бывших свалок. Например, в 2010 году из 194 проб грунтов, сданных в химическую лабораторию филиала, 15% (29 проб) оказались высокой коррозионной активности.

ВЫВОДЫ

Электрохимическая защита МНКЛ 110 кВ — важнейшее мероприятие, повышающее надёжность работы КЛ.

При проектировании катодной защиты надо применять катодные станции, работающие в автоматическом режиме.

Применение кабелей 10 кВ и выше с изоляцией из сшитого полиэтилена не снимает вопросы защиты от коррозии.

«Руководящие указания по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий» требуют пересмотра и дополнения в части применения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

ЛИТЕРАТУРА

1. Руководящие указания по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий. РАО ЕЭС России, 1996 г., с. 18.
2. ГОСТ 9.602-2005. «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии», с. 18.
3. В.М. Баринов, Н.И. Тесов. Защита подземных инженерных сооружений от коррозии. Издательство «Недра», Санкт-Петербург, 2008 г., с. 47—48.
4. Объём и нормы испытаний электрооборудования. РАО ЕЭС России. Москва, 2006 г., с. 174.