Повреждаемость КЛ в ОАО "Ленэнерго" и влияние на неё перенапряжений в электрических сетях

В 1883 году были включены первые кабельные линии (КЛ) с гуттаперчевой изоляцией от Аничкова моста до Морской улицы в связи с началом действия «Конторы освещения Невского проспекта электричеством». Первые 32 светильника были запитаны от электростанции, установленной на барже на реке Мойке около Полицейского (ныне Зелёного) моста. В дальнейшем ввиду развития различных видов использования электричества появились крупные фабрики электричества со своими кабельными сетями. Так, к 1900 году протяжённость КЛ электростанций «Общества электрического освещения 1886 года» трёхфазного тока частотой 50 Гц и напряжением 6500 В, общества «Гелиос» однофазного тока частотой 50 Гц и напряжением 3300 В и «Бельгийского анонимного общества» однофазного тока частотой 42,5 Гц и напряжением 2200 В достигла 600 км. В основном применялись кабели с бумажной изоляцией и мас-локанифольной пропиткой в свинцовой оболочке с чугунными концевыми и соединительными муфтами. Имелись и кабели с концентрическими жилами и джутовой изоляцией [1]. В 1914 году был проложен первый кабель напряжением 20 кВ.

Рис. 1. Удельная повреждаемость КЛ 6-10 кВ (на 100 км)

Сегодня филиал ОАО «Ленэнерго» — «Кабельная сеть» эксплуатирует свыше 19 тыс. км КЛ 0,4-6-10 кВ, в том числе и сотни километров КЛ, проложенных до революции 1917 года.

С появлением КЛ возникли вопросы определения мест повреждений, профилактических испытаний, ремонтов и пути повышения надёжности их работы. Многие из них были решены именно в «Кабельной сети».

В настоящее время, несмотря на изначально высокую электрическую прочность изоляции кабелей, повреждаемость КЛ достаточно высока.

Анализы повреждаемости КЛ показывают   [2],   что основными причинами повреждений являются механические и предшествующие механические повреждения в процессе проведения земляных работ, коррозия, старение изоляции кабелей под воздействием повышенного уровня напряжения, относительно нормального, заводские дефекты производства кабелей и кабельной арматуры, а также дефекты прокладки кабелей и монтажа кабельной арматуры (рис. 1, табл.).

Табл. Основные причины повреждений КЛ 6-10 кВ за 1995, 2000, 2004, 2007, 2011 годы
(по данным разнообразных образцов)

Если в 90-е годы в среднем ежегодно механически повреждалось около 90 КЛ всех классов напряжений, то в 2011 году уже 138.

Наиболее серьёзная причина механических повреждений КЛ — это работа землеройных организаций без ордера Государственной административно-технической инспекции Правительства Санкт-Петербурга, что в 2011 году составило 39,8% от всех механических повреждений.

Значительное количество КЛ выходит из строя по причине коррозии металлических оболочек кабелей. Так, в 2010 году в сети 6 кВ повредилось 11% от общего числа повреждений (в 2009-м — 16%), а в сети 10 кВ — 12% (в 2009 году — 14%).

В 2011 году было шесть пробоев КЛ 35 кВ и два пробоя КЛ 110 кВ из-за коррозии свинцовых оболочек от блуждающих токов. Ввиду того, что этот вид повреждений имеет не локальный характер, а распространяется 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 pH (ГОСТ 9.602-2005) показывает, что в Санкт-Петербурге очень много коррозионно-опасных зон по грунтам (pH 4,3 и менее или 9,2 и выше до 12,2) [5].

Поскольку замена КЛ с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ) на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) в сетях 6—10—35 кВ происходит медленно (например, в сети филиала ОАО «Ленэнерго» — «Кабельная сеть» на 01.01.2012 г.: КЛ 110 кВ — 35%; КЛ 35 кВ — 1%; КЛ 6-10 кВ — 9%), эту проблему нельзя оставлять без внимания.

Снижение процента заводских дефектов кабелей объясняется тотальным обследованием их образцов перед прокладкой.

Старение изоляции КЛ — серьёзная проблема, особенно для таких «старых» сетей, как в Санкт-Петербурге, где износ КЛ всех классов напряжения составляет 50%. В основном это касается сетей 6 и 35 кВ, выработавших свой срок амортизации и подлежащих замене.

Ускоренный износ изоляции кабельных линий происходит из-за воздействия повышенных напряжений на изоляцию:

• коммутационные перенапряжения в сети, превышающие фазное напряжение в 3-4,5 раза;
• дуговые перенапряжения, достигающие значения до 3,6 номинального фазного напряжения при не-отключенных однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ);
• повышенное напряжение на шинах центров питания (ЦП) и т.д. [3].

Последствия перенапряжений заключаются в кумулятивном развитии слабых мест (дефектов) в изоляции, т.е. каждое воздействие подготавливает пробой при последующих перенапряжениях [4].

Замыкания на землю являются одной из основных причин возникновения существующих перенапряжений в сетях 6-10 кВ.

На рис. 2 представлены данные по устойчивым однофазным замыканиям на землю (ОЗЗ) в ОАО «Ленэнерго» за период 2005-2011 гг. Из этих данных видно, что примерно 25% ОЗЗ переходит в межфазное короткое замыкание и примерно 30% ОЗЗ отыскивается от 1 до 2 часов.

Рис. 2. Данные по устойчивым однофазным замыканиям на землю в ОАО «Ленэнерго»
а) устойчивые однофазные замыкания на землю за период 2005-2011 гг.;
б) и г) количество отысканий ОЗЗ в шт. и % соответственно;
в) количество ОЗЗ, перешедших в КЗ, %.

К тому же на ряде центров питания либо отсутствуют компенсирующие устройства ёмкостных токов однофазных замыканий на землю, либо есть не-докомпенсация из-за расстройки или недостаточной мощности установленных дугогасящих реакторов (ДГР), хотя ПТЭ п. 5.11.8 запрещает работу сетей 6-35 кВ без компенсации ёмкостного тока ОЗЗ при его значениях, превышающих допустимые. Остаточный ёмкостный ток однофазного замыкания на землю на некоторых ЦП достигает 187 А.

Исследования, проведённые в филиале ОАО «Ленэнерго» — «Кабельная сеть» с 2004 по 2008 г., по выбору и внедрению эффективных щадящих и неразрушающих методов диагностики силовых кабельных линий в условиях эксплуатации и начала плановых работ начиная с 2009 года показали, что на ряде кЛ 6-35 кВ частичные разряды (ЧР) существуют уже при напряжениях ниже фазных, а их уровень значительно превышает предельно допустимые значения, установленные в ОАО «Ленэнерго» в документе «Объёмы и нормы щадящих и нераз-рушающих методов испытания и диагностики кабельных линий 6-110 кВ» (например, КЛ 35 кВ, год ввода в эксплуатацию — 1959, U_{возник.ЧР} = 13 кВ, максимальный уровень ЧР при фазном напряжении составил 66 000 пКл. Дата измерения — 09.09.2010 г., дата пробоя после измерений — 30.04.2011 г.).

Поэтому важно, чтобы на центрах питания напряжение на шинах 6-10-35-110 кВ удовлетворяло допустимым значениям, однако по ряду причин на практике бывают следующие отклонения:

• несоблюдение заданного графика напряжения в контрольных точках системы на шинах 6 кВ и выше подстанций и электрических станций;
• некорректная работа или отсутствие АРНТ на центрах питания;
• наличие трансформаторов с ограниченным диапазоном регулирования напряжения и др.

Например, в 2011 году из 60 поступивших в филиал ОАО «Ленэнерго» — «Кабельная сеть» жалоб на некачественное напряжение 14 связано с некачественным напряжением на шинах центров питания (из них 11 на повышенное напряжение).

В основном это обусловлено устаревшими или неисправными техническими средствами для регулирования напряжения или отсутствием их на центрах питания, наличием на ЦП трансформаторов с ограниченным диапазоном регулирования напряжения, а также усложнившимися взаимоотношениями между различными собственниками ЦП в результате реформ в энергетике.

ВЫВОДЫ

Необходим повсеместный переход на щадящие и неразрушающие методы диагностики силовых кабельных линий 6-10-35-110 кВ.

На основании опыта ОАО «Ленэнерго» считаем, что ввод в эксплуатацию КЛ 110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена необходимо делать только после испытания на наличие частичных разрядов.

Ввод в эксплуатацию КЛ 10—35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена необходимо осуществлять только после испытания повышенным напряжением сверхнизкой частоты (СНЧ).

Необходимо ужесточить требования к владельцам ЦП по соблюдению графиков напряжения на шинах центров питания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сооружение и эксплуатация кабельных сетей: учеб. для техникумов / В.Н. Степанов, Б.В. Кулешов; под ред. В.Н. Степанова. — М.; Л.: Госэнер-гоиздат, 1940. 484 с.
2. Р.Я. Федосенко. Надежность кабельных линий 6-10 кВ / — М.: Энергия, 1972. 72 с.
3. С.Б. Белло. Оптимизация работы кабельных линий при однофазных замыканиях. «Энергетик», 1972, № 2.
4. М.А. Короткевич. Необходимость и возможность заземления нейтрали в городской электрической сети. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Городские электрические сети в современных условиях, 1998 г.
5. В.М. Баринов, Н.И. Тесов. Защита подземных инженерных сооружений от коррозии. — СПб.: «Недра», 2008. 140 с.