Кабельные системы

ВВЕДЕНИЕ

Пример

Кабельная линия 330kV являлась основным компонентом проекта и была предназначена для усиления системы электроснабжения в городе. Потребовалась новая схема, так как спрос на электроэнергию увеличивался примерно на 4% в год.

Кабельная цепь соединяла подстанцию, расположенную в южной части города, и новую подстанцию, построенную в центре города.

Из-за возникших проблем, кабельная система была тщательно протестирована, была проверена ее производительность при запланированном монтаже и в условиях эксплуатации.

Динамическое испытание на изгиб было разработано для имитации динамических и механических нагрузок во время тренировочной прокладки кабеля, в то время, как испытания на электромагнитное поле (EMF) и температурный профиль проводились для оценки величины рейтинга и EMF кабеля при установке в изменяющихся условиях.

Система мониторинга состояния (CMS) имеет инновационные функции, которые предназначены для надзора и контроля за рабочими параметрами кабеля и должны ограничить влияние различных неблагоприятных условий на кабель.

КВАЛИФИКАЦИЯ И ВЫБОР ПОСТАВЩИКОВ КАБЕЛЯ

Проект предъявил существенные требования к отбору, проектированию, тестированию и установке силовой цепи кабеля, чтобы они наилучшим образом соответствовали требованиям проекта.

На основании этого были приняты решения:

1) Предварительно квалифицировать ряд производителей.

2) Пригласить квалифицированных поставщиков к участию в торгах, чтобы реализовать проект. Четверо из тринадцати конкурирующих производителей кабелей были квалифицированы, чтобы принять участие в тендере на поставку и прокладку кабельной системы. Кабель был выбран из 29 предложений, которые были разработаны с использованием сшитого полиэтилена, бумаги и кабелей с газовой изоляцией линий.

Все предложения сравнивали, используя заранее определенные критерии оценки. Выбранный кабель удовлетворял всем требованиям, предъявляемым к высоконадежному одноконтурному кабелю.

Трехкабельная трасса

Критерии выбора кабельной трассы и общая ТЭО основывались на экономически эффективных решениях и минимизации воздействия на окружающую среду и общество. Исследование воздействия на окружающую среду ИВОС было разработано для определения наилучшего варианта маршрута для строительства и эксплуатации кабеля. ИВОС приняло во внимание влияние на флору и фауну, земельное использование, качество воды, археологию и наследие, безопасность, социальные и экономические выгоды.

Маршруты в основном расположены в общественных территориях и землях, которые имеют самый разнообразный ландшафт, например, каменистые участки, участки с интенсивным движением, извилистые дороги и пересечения водных путей, основных дорог и железнодорожных систем. Кроме того, существование подземных коммуникаций и других промышленных, социальных и жилых комплексов, минимизированное пр-во, непосредственная близость жилых домов и других социальных учреждений весьма затрудняли выбор маршрута. Кабель имел вентилируемый туннель длиной 3. 6 km и диаметром 3. 2 м, который был необходим, чтобы избежать многих трудностей.

КОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМЫ КАБЕЛЯ

Кабельная конструкция и связанные с ней аксессуары разрабатывались в соответствии с системными параметрами.

Конструкция кабеля включала изолированный ППЛП 1,600 mm и 2 медных уплотненных проводника. Высококлассные изоляционные ленты ППЛП изготавливали из изостатического полипропилена и промывали деионизованной водой. Крафт–бумагу закрепляли внахлест, чтобы обеспечить оптимальный баланс между гибкостью кабеля и стабильной изоляцией при динамических нагрузках. Жилы кабеля были защищены прочной гофрированной алюминиевой оболочкой (2. 4mm толщиной), выдерживающей максимальное статическое давление жидкости 980 кПа. Оболочка была защищена от коррозии слоем битумного соединения и сопроводительной оболочкой толщиной 4 мм. Кабель был защищен от нападения термитов экструдированной рубашкой из Нейлона 12 и снабжен наружной оболочкой из огнестойкого ПВХ.

Кабельная линия 330 кВ была покрыта пломбировочными материалами: песком, смесью цемента для теплового сопротивления. Одноядерные кабели в некоторых частных случаях образовывали форму трилистника – это помогало уменьшить величину-показатель. Система была применена для устранения движения в кабельном сердечнике из – за появления верховых индуцированных волн. Все соединения и концевые муфты запечатывались в кабельную алюминиевую.

Данная система отлично работала на протяжении 25 лет. Пофазные гидравлические контуры были подключены к резервуарам с жидкостью, кроме подстанции, где не были установлены цистерны с жидкостью из соображений пожарной безопасности. Синтетическую жидкость, которая легко поддавалась биологическому разложению, руководство использовало для пропитки изоляции кабеля. Для повышения безопасности и уменьшения изменения объема жидкости с изменением температуры окружающей среды все танки, подающие жидкость были установлены под землей.

Стоп — соединения или резервуары для жидкости не устанавливались в кабельном туннеле. Три самые длинные гидравлические секции, примерно по 8 км каждая, были дополнительно секционированы СС для жидкости, чтобы обеспечить усиление контроля и легкость в управлении жидкостью в условиях неисправности. Эти секции были снабжены внешней системой клапанов, которые локально активировали части гидравлических контуров. Мониторинг сигнализации трех уровней давления удалось реализовать, используя манометры и переключатели, дублирующие систему контроля датчика давления. Датчики дифференциального давления устанавливались для измерения внезапных изменений давления в результате сбоев в системе. Кроме того перепад давления рассчитывался на основании записей преобразователя.

Для ограничения количества вытекающей жидкости из кабеля, в случае нарушения целостности оболочки кабеля, калибровочные панели на концах гидравлических контуров и SJ были снабжены ограничителями потока (ОП), предназначенными для уменьшения потока жидкости и уменьшения скорости пропитывания кабельной системы. Более того, были установлены электрические клапаны между танками и кабелем для изоляции жидкости в случае отказа гидравлической системы кабеля. Клапаны приводились в действие функцией CMS или оператором. Коробки были изготовлены из нержавеющей стали и предназначены для защиты от взрывов. Они были обеспечены ограничителями, имели высокий рейтинг ZnO и должны были выдержать напряжение антикоррозийной оболочки кабеля без отключения от металлической оболочки кабеля.

Распределенная система измерения температуры (РСИТЕМП), состоящая из двух одномодовых и двух многомодовых волокон была помещена в трубку из нержавеющей стали и прикреплена к кабельной центральной фазе 330 кВ. CMS волоконно — оптического кабель (30ядерный) был проложен в отдельном канале.

ТЕСТИРОВАНИЕ кабельной системы

Стандартные тесты КС

Контактная система кабеля тщательно тестировалась в течение всей реализации проекта в соответствии с отраслевой практикой. Программа испытаний включала в себя тестирование кабеля и его аксессуаров. Все испытания соответствовали установленным требованиям.

Стоит отметить, что испытательная система кабеля, состоящая из трех секций кабеля, соединенных эл., и имеющая уплотненные концы, была установлена на открытом воздухе для имитации почти реальных условий установки.

Спецификация

Из-за качества кабелей и кабельной арматуры, условия пробоя не были достигнуты, даже если при сборке их подвергали 1, 525kV импульса, а затем подключали к сети переменного тока 500 кВ на 24 часа.

Специальные испытания

В дополнение к вышеуказанным тестам  был указан ряд специальных тестов и требований для конкретного проекта.

Динамическое испытание на изгиб

Этот тест должен подтвердить, что предлагаемый кабель действительно предназначался для установки вдоль конкретных участков кабельных маршрутов, имеющих многочисленные горизонтальные и вертикальные изгибы с диапазоном до 120 °. Условия испытаний были смоделированы как самые тяжелые условия для укладки кабельной трассы.

Приблизительно 15 м кабеля протянули четыре раза вдоль установки, которая состояла из пяти горизонтальных отводов. Кабель был повернут после первой тяги на 180 °, на 90 °, и, наконец, на 180 ° так, чтобы повторить двадцать изгибов под прямым углом (90 °) в горизонтальной и вертикальной плоскости. По завершении испытаний на изгиб, образец кабеля подвергали электрическим испытаниям, напряжение было увеличено до расстройства, которое произошло, когда напряжение достигло отметки в 1575 кВ. После электрической проверки образец кабеля рассекали и исследовали. Тест показал, что металлическая оболочка кабеля, состояние и стабильность лент и жил кабеля не были сильно зависимы от количества отводов, радиуса изгиба и боковых стенок, испытавших напряжение.

Эксперимент

Несмотря на интенсивные международные исследования, обеспокоенность общественности о возможных последствиях для здоровья в результате воздействия остается значительной.

Политика разумного уклонения была принята в рамках австралийской промышленности. Эта политика предполагает, что новые объекты должны быть построены так, чтобы минимизировать возможные неудобства и уменьшить затраты: так будет предотвращен возможный риск от воздействия. Вскоре было решено исследовать практические средства, которые позволят уменьшить величину внешних магнитных полей в непосредственной близости от кабельной цепи.

Эксперимент был проведен для выполнения следующих задач:

• Оценка доступных методов для расчета и управления, производимого одножильным кабелем питания.
• Определение новых материалов и новых методов для уменьшения, производимого кабельными сооружениями.
• Сравнение фактической и расчетной амплитуды на основе конкретных решений для управления.
• Проверка влияния на системы экранирования температуры кабеля (рейтинга кабеля) и стоимости.

Установка для испытания состояла из короткой секции 330 кВ и двух кабельных линий, установленных в различных конфигурациях. Были применены методы магнитного экранирования. Кабели были заложены в форме трилистника с металлическими оболочками и соединены в одной точке.

Экранирующие методы, основанные на воздействии вихрей и индуцированных токов, оценивали, используя медные пластины, железобетонные корыта, стальные плиты, параллельные петельные медные проводники и материалы с высокой проницаемостью.

Было подтверждено, что эффект экранирования изменялся при смене конфигурации трех одножильных кабелей, и что методы экранирования, основанные на эффекте вихря или индуцированных токов не были эффективными, если не была соответствующим образом выбрана геометрическая конфигурация кабельной цепи.

На основании результатов этого эксперимента была разработана стратегия уменьшения:

1) Расположить кабель на значительном расстоянии от домов, школ или других социальных учреждений.

2) Уменьшить расстояние между кабельными фазами настолько, насколько позволяет тепловая мощность.

3) Установить кабельные фазы так, чтобы они образовывали трилистник (треугольное образование)

4) Установить систему экранирования

Все четыре стратегии были использованы на кабельной трассе.

Тесты кабельных температур

Установка, выбранная для испытания, выдерживала, при постоянной и равномерной нагрузке, 1, 310A в течение двух месяцев, пока не достигла теплового равновесия. Испытательная установка была разработана для облегчения измерения температуры проводника кабеля и его наружной оболочки, окружающей природной среды и элементов экранирования. Было отмечено, что при повышении температуры, экранирование было довольно низким, и его влияние на кабель было незначительным.

Итогом теста стало определение повышения температуры кабеля (проводника и внешней оболочки) и проверка защитных систем при установке в реальных условиях: прямое зарывание в землю, установка в каналах или в бетонных желобах. Кроме того, тест помог испытать программное обеспечение, необходимое для расчета динамического рейтинга кабеля, проверки и калибровки системы. Измеренная и расчетная температура проводника кабеля и внешней оболочки различались менее чем на 2 С°. Это доказывает, что программное обеспечение, предназначенное для расчета динамических нагрузок, было подобрано верно.

Мониторинг состояния системы

Она была разработана для получения, записи и оценки параметров, которые относятся к электрическим и физическим условиям окружающей среды, связанным с кабельной системой 330 кВ. Она выполняет следующие основные функции:

1) Мониторинг и прогнозирование температуры

• Распределение температуры в 10 — минутном интервале
• Самая высокая точка обновления температуры 10 — минутного интервала

2) Прогнозирование непрерывной, краткосрочной и аварийной нагрузки

• Нагрузка при устойчивом состоянии
• Перегрузка
• Величина и продолжительность циклической перегрузки

3) Обработка данных на основе краткосрочной истории

• Распределение температуры кабеля
• Определение температуры кабеля в зависимости от времени
• Изменение термического сопротивления грунта
• Статистическая запись кумулятивных часов в зависимости от температуры проводника

4) Контроль давления жидкости:

• Мониторинг в реальном времени
• Измерение давления и состояние тревоги
• Перепад давления между двумя фазами и / или между обоими концами выбранной гидравлической секции (для раннего обнаружения утечки жидкости)
• Отношение уровня нефти между двумя выбранными гидравлическими секциями.
• Температура бака под давлением

5) Дополнительные функции базы данных

• Последовательная запись событий и мер по исправлению положения
• Остаточное давление газа и газовая защита
• Электрические и физические свойства пропитанной жидкости
• Движение сердечника кабеля
• Чертеж системы и технического обслуживания оборудования

Система остоит из оборудования для управления, расположенного на двух соединенных между собой подстанциях (концы кабеля), местных органов управления, которые установлены на каждом конце гидравлических контуров и выделенной системы связи  (оптических волокон), которая связывает все компоненты.

Основными элементами системы являются:

• Ведущий компьютер, «мозг» системы
• Блоки, предназначенные для обмена данными между манометрами панели, клапанами, температурными датчиками устройства и хост — компьютером (хост).
• Система для непрерывного мониторинга кабельной и окружающей среды, температуры
• Светопропускание для обмена информацией между главным компьютером и клиентом.
• Интерфейс для обмена данными с внешними системами, такими как SCADA, системой защиты кабеля и LAN для облегчения доступа авторизованным пользователям.