✆ 8-800-101-21-19

✉ info@enexi.ru

ЗАКАЗАТЬ ЗВОНОК
ЗАКАЗАТЬ ЗВОНОК
Или вы можете позвонить нам сами
+7 904 326 7696

ПРОБЛЕМА
В процессе эксплуатации на электростанции вышла из строя концевая кабельная муфта 220 кВ. Для установления причин повреждения муфты и предотвращения подобных аварийных ситуаций в будущем эксплуатирующая организация обратилась в нашу компанию для производства независимой электротехнической экспертизы.

ПОСТАВЛЕННЫЙ НА ЭКСПЕРТИЗУ ВОПРОС

  • Определить причину повреждения представленной на исследование концевой кабельной муфты типа OTC-245х наружной установки для подключения кабеля 220кВ типа HXCHBMK-2F 1х1600/300 PRYSMIAN: заводской брак / некачественный монтаж / ненадлежащая эксплуатация (и/или обслуживание) / некачественная электрическая энергия / действия непреодолимых сил / иное?

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Органолептический
Документальный
Аналитический

ПРОЦЕСС ИССЛЕДОВАНИЯ

Сведения об эксплуатации муфты
1. Состояние оперативной схемы и действия противоаварийной автоматики

Заказчиком экспертизы приведена следующая хронология событий 06.01.2025, фиксирующая оперативную схему до повреждения концевой муфты.

В работе:
Блок-1 в составе : 1Г-1ГТ, 1Г-2ГТ, 1Г-ПТ, 1,2 ТГ, ЭК-1,2, ОБ-1,2, СНл-1, 1КЛ6-4С, 2КЛ6-1С, 1,2 СШ-220кВ КРУЭ-220, , ВЛ-220кВ <***>; ВЛ-220кВ: <***> №1,3, <***>; КВЛ 220кВ <***>; КВЛ 220кВ <***>; 1Т, 2Т п/с <***>, АГРС, ГРПБ, ЦНС, БНС, ОСНС, 1РТСН, 3Т, 4Т, 5Т.
В резерве: ВК-1, 2; ПБ, РОУ-1,2
В ремонте: тр-р BS06; 1НОКЗ-А; 1НПЦ-А; СНл-1;
Блок=507 МВт; N1,2ТГ=24 МВт; Тнв=-9°С; Тсв=83/63°С; Fсв=520/354/345/3,2 т/час; Рсв= 6,5/2,5 кгс/см2; Vхов=2702м3 на 10,5 сут; Vбзк=2440м3 на 11,3 сут; Lак=2,70 м.

Хронология событий
15-33 НС ЭЦ был услышан хлопок со стороны ОУТ-220 кВ, на видеограмме главной схемы АРМ НСЭЦ было зафиксировано отключение 1РТСН.
15-33 НСЭЦ направил СЭМ на осмотр трансформатора 1РТСН на ОУТ-220 кВ с присоединениями, об этом сообщено НСС.
15-37 НС ЭЦ произведён осмотр РЩ ГК, где по световой индикации определена работа дифференциальной защиты 1РТСН, о срабатывании индикатора сигнального дифференциальной защиты 1РТСН сообщен НСС.
15-45 НС ЭЦ получено сообщение от СЭМ о выполнении осмотра 1РТСН с безопасного расстояния – «повреждения трансформатора, ошиновки и токопроводов отсутствуют».
16-15 НС ЭЦ совместно с СЭМ при осмотре концевых муфт силовых кабелей 220 кВ от 1РТСН обнаружено повреждение изоляции концевой кабельной муфты фазы «С» на участке от ОПН-220 1РТСН до В-220 1РТСН с западной стороны КРУЭ-220. Сообщено НСС, НЭЦ, ЗНЭЦЭ.

Описание действия противоаварийной автоматики
В шкафу №6 «1 комплект защит 1РТСН» зафиксировано:
– светодиод 1 – Срабатывание защиты
– светодиод 2 – Дифференциальная защита
В шкафу №7 «2 комплект защит 1РТСН» зафиксировано:
– светодиод 1 – Срабатывание защиты
– светодиод 2 – Дифференциальная защита
По данным осциллограмм ток КЗ в момент отключения – 3,6 кА, максимальный ток КЗ – 12 кА.
Отключение В-220 1РТСН произошло действием дифференциальной отсечки трансформатора 1РТСН (8,7Iном = 698 А, tср = 0 с) из-за повреждения кабельного ввода 220 кВ фазы «С». Работа устройств РЗА правильная.

Техническое обслуживание кабельной линии
В соответствии с п. 35.4 СТО 2034.01-23.1-001-2017 «Объем и нормы испытаний электрооборудования» испытание кабелей с изоляцией из СПЭ напряжением 110-500 кВ повышенным переменным напряжением проводятся только после монтажа (П) и ремонта (К). Испытания повышенным напряжением частотой 20-300 Гц проводятся при наличии резонансной высоковольтной испытательной установки. Продолжительность приложения испытательного напряжения - 60 мин. При отсутствии испытательной установки частотой 20-300 Гц допускается опробование смонтированной кабельной линии рабочим напряжением без нагрузки в течение 24 часов или другим согласованным с изготовителем методом. Испытания постоянным (выпрямленным) напряжением для кабелей из СПЭ не допускаются.

В соответствии с п. 2.7 «Руководство по прокладке, эксплуатации и сервисному обслуживанию высоковольтного кабеля из сшитого полиэтилена и аксессуаров к нему компании «PRYSMIAN», рекомендуется каждые 12 месяцев проводить испытания постоянным током (5-10 кВ в течение одной минуты) между металлическим экраном и землей.

Техническое обслуживание заключается в ежесуточном осмотре оперативным персоналом (фиксируется посредствам АИС «Мобильный обходчик», маршрутная карта МК-6), тепловизионном контроле и контроле целостности оболочки кабеля. Испытание оболочки кабеля выполнено 02.11.2024, тепловизионный контроль проведен 09.09.2024

Техническое обслуживание выполняется в соответствии с требованиями СТО 2034.01-23.1-001-2017 и «Руководство по прокладке, эксплуатации и сервисному обслуживанию высоковольтного кабеля из сшитого полиэтилена и аксессуаров к нему компании «PRYSMIAN».

Повреждение кабельной линии привело:
– к отключению линии от действия дифференциальной токовой отсечки трансформатора 1РТСН (кабельная линия находилась в зоне защиты силового трансформатора);
– повреждение произошло вследствие однофазного короткого замыкания фазы С однофазного кабеля 220 кВ из сшитого полиэтилена;
– ток короткого замыкания (зарегистрирован по данным осциллограмм – приведены ниже в исследовании) в момент отключения составил – 3,6 кА, ударный ток – 12 кА;

Техническое обслуживание кабельной линии включает:
– осмотры;
– испытаний напряжением постоянного тока оболочки кабеля;
– тепловизионное обследование.
Испытание оболочки кабеля выполнено 02.11.2024, тепловизионный контроль проведен 09.09.2024 – замечаний не выявлено.
2. Однолинейная электрическая схема КРУЭ
Место поврежденной кабельной линии приведено на рис. 1.

Рисунок 1 – Фрагмент однолинейной схемы КРУЭ

В соответствии с проектным решением с обоих сторон кабельной линии установлены ограничители перенапряжений (на схеме со стороны трансформатора ОПН-220 1РТСН, а также ОПН-220 со стороны линий 220 кВ).

Осциллограммы
Отключение выключателя В-220 1РТСН произошло от действия дифференциальной токовой отсечки трансформатора. Продолжительность аварийного процесса при повреждении концевой муфты составила 52 мс.
Аварийные осциллограммы позволяют установить ударный ток короткого замыкания – 18,3 кА (рис. 2).
Рисунок 2 – Осциллограмма мгновенных значений токов фаз
Максимальное действующее значение тока короткого замыкания при повреждении зафиксировано на уровне 12,1 кА (рис. 3).
Рисунок 3 – Осциллограмма действующих значений токов фаз
Результаты регистрации напряжений позволяют оценить уровень напряжений, предшествовавший повреждению, и в момент короткого замыкания на фазе «С».
В момент, предшествующий короткому замыканию, уровень фазных напряжений составлял 137,9 – 138,9 кВ (линейные напряжения 238,8 – 240,6 кВ) (рис. 4).

Рисунок 4 – Осциллограммы токов и напряжений в момент, предшествовавший повреждению

В момент короткого замыкания на линии ВЛ 220 кВ <***> были зафиксированы ток по фазам 797,5 – 311,2 – 1243,7 А, напряжения 124,3 – 122,0 – 5,7 кВ (линейные 215,3 – 211,3 – 9,9 кВ) (рис. 5).

Номинальное напряжение электроустановок КРУЭ составляет 220 кВ. Для электрических сетей общего назначения переменного напряжения частотой 50 Гц и присоединяемого к ним оборудования, источников и приемников электрической энергии номинальным напряжением 220 кВ наибольшее рабочее напряжение составляет 252 кВ [1].

Рисунок 5 – Осциллограммы токов и напряжений в момент короткого замыкания

Зафиксированные напряжения, предшествовавшие моменту короткого замыкания, соответствовали заданным Системным оператором уровням напряжения для электрооборудования 220 кВ.

Системным оператором график напряжения на шинах 220 кВ электростанции на январь 2025 г. по часам от 1 до 24 задан в диапазоне от 220 (нижняя граница) до 252 кВ (верхняя граница).
Протоколы испытаний
Заводские испытания изоляторов марки CFC и разъемов марки CLICK-FIT выполнены в 2012 году (08.02.2012).
Протокол испытаний содержит результаты визуального осмотра и электрических испытаний, а также контроля размеров конечного соединения и разъема (приведены на рис. 6).

Рисунок 6 –Конечное соединение и разъем (протокол)

Результаты испытаний признаны удовлетворительными, в том числе электрические испытания повышенным напряжением (рис. 7).
В ходе испытаний выполнена проверка разъема, в частности:
– поверхности уплотнения;
– поверхности стыка;
– переходного электрода;
– монтажной длины;
– посеребрение стержня снаружи;
– посеребрение стержня внутри;
– общей поверхности.

Рисунок 7 – Результаты электрических испытаний в 2012 году

Испытания выравнивающего конуса выполнены 18.01.2012. Результаты визуального осмотра и электрических испытаний, а также контроля размеров признаны удовлетворительными (рис. 8 и рис. 9).

Рисунок 8 – Контрольные размеры выравнивающего контура

Рисунок 9 – Результаты электрических испытаний выравнивающего конуса

Испытание кабеля в заводских условиях проведены 20.04.2012, протокол испытаний содержит:
– отчет об электрических испытаниях;
– отчет об измерениях затухания;
– контроль производства и испытание на тепловую деформацию.
Результаты испытаний силового кабеля марки HXCHBMK-2F 1[1600/300 220 кВ признаны удовлетворительными.
Результаты электрических испытаний приведены на рис. 10.

Рисунок 10 – Результаты электрических испытаний силового кабеля

Фотоматериал с места монтажа
Фотографии с объекта, где выполнен монтаж муфт, приведены на рис. 12.

Рисунок 11 – Фотографии с объекта монтажа силового кабеля и концевых муфт

Фотоматериалы свидетельствуют, что укладка силового кабеля выполнена в кабельные каналы, раскатка выполнялась с заводских кабельных барабанов. На фотографии открытого распределительного устройства видны места установки концевых муфт рядом с установленными разъединителями 220 кВ.

В соответствии с проектной документацией приведен узел установки концевой муфты (рис. 12).

Рисунок 12 – Узел установки концевой муфты

Входные испытания
Испытания на объекте в КРУЭ-220 кВ проведены 11.10.2012.
Результаты испытаний приведены в протоколе (рис. 13).

Рисунок 13 – Результаты испытаний силовых кабелей на объекте в КРУЭ-220 кВ

Результаты испытаний постоянным напряжением 10 кВ (установка СКАТ-70) и испытаний изоляции (мегаомметром на напряжение 2500 В) признаны удовлетворительными.

Периодические испытания оболочки силовых кабелей 220 кВ проведены 02.11.2024 в КРУЭ-220 кВ, яч. №2, присоединение 1РТСН. Результаты испытаний признаны удовлетворительными (рис. 14).

Рисунок 14 – Результаты испытаний силового кабеля

Техническая документация
Изготовитель рекомендует выполнять испытания наружной оболочки силового кабеля напряжением постоянного тока 5-10 кВ в течение 1 мин. Рекомендуемая периодичность испытаний 12 месяцев (максимум 24 месяца), т.е. один раз в год или два года (минимум). Указанные испытания выполняются на различных этапах монтажа и эксплуатации кабеля, как это указано, например, в пп. 1.3.10 и 2.7 Технической документации PRYSMIAN.

Приведенные протоколы испытаний в части испытаний напряжением постоянного тока соответствуют рекомендациям изготовителя по проведению электрических испытаний кабельных линий.



Результаты осмотра концевой кабельной муфты типа ОТС-245х наружной установки для подключения кабеля 220 кВ типа HXCHBMK-2F 1х1600/300 PRYSMIAN.

Осмотр выполнен экспертами 07.05.2025.

1. Внешнее обследование.
Предоставленная на исследование концевая кабельная муфта имеет тип ОТС-245х, исполнение – для наружной установки. Муфта установлена на кабель 220 кВ и предоставлена с его фрагментом.
Кабель обрезан (для транспортировки) ниже концевой разделки. Кожух узла заземления вывернут, полностью видны проволоки экрана кабеля и ленточная пружина. Внешний вид концевой муфты приведен на рис. 15.

Рисунок 15 – Внешний вид концевой муфты

Нижний фланец/опорная плита с одним сломанным опорным изолятором. Остальные опорные изоляторы отсутствуют (рис. 16).

Рисунок 16 – Внешний вид нижнего фланца Плита в средней части выгнута вниз (направление на рис. 17 влево).

Рисунок 17 – Внешний вид нижней плиты

Верхний фланец отсутствует. По верхнему периметру цилиндра изолятора имеются остатки верхнего фланца. Место излома неравномерное по зернам металлического материала. Концевая муфта с остатками верхнего фланца (рис. 18). Муфта находится в деревянной таре, внутри изолятора остатки синтетического масла.

Присутствует четко различимый характерный запах изоляция из сшитого полиэтилена. Запах горелой изоляции отсутствует.

Рисунок 18 – Внешнее место излома и остатки верхнего фланца концевой муфты

2. Обследование после вскрытия муфты
При вскрытии узла заземления экрана кабеля очевидных визуальных следов проявления аварийных режимов работы не обнаружено. Нижний фланец разобран, кабель извлечен из изолятора. Остатки масла в нижней части изолятора черного цвета. Запах горелого слабо уловимый.
Сверху нижнего фланца находится конструктивный цилиндрический элемент, соосно ему втулка. Крепление втулки к цилиндру нарушенное (рис. 19).

Рисунок 19 – Вид втулки, цилиндра и нижнего фланца концевой муфты

На краю втулки имеется повреждение, характерное для воздействия электрической дуги. С той же стороны присутствует отверстие в изоляции кабеля (рис. 20).

Рисунок 20 – Место повреждения изоляции и края втулки

Рисунок 21 – Место повреждения изоляции и участок кабеля с графитовым покрытием

Кусок изоляции и промежуточную ленту (входит в конструкцию кабеля) в ходе осмотра была отогнута. Отверстие в изоляции диаметром около 8 мм сквозное, почти под прямым углом к поверхности токопроводящей жилы кабеля.
На жиле кабеля имеется коническое повреждение, свойственное воздействию электрической дуги (оплавленные жилы кабеля) (рис. 22).

Рисунок 22 – Конические повреждение на жиле и изоляции жилы кабеля

Выше границы графита на кабеле находится конус нагрузки (стресс-конус). На конусе нагрузки снизу широкая глубокая трещина, через которую виден кабель. Трещина достигает середины конуса нагрузки (рис. 23).

Рисунок 23 – Повреждение стресс-конуса

Исследование по поставленному вопросу
При ответе на вопрос на основе предоставленных материалов и образца концевой муфты типа OTC-245х рассматриваются основные версии, которые подтверждаются или отвергаются в процессе исследования.

Версия о ненадлежащей эксплуатации (и/или обслуживании)
Из представленных материалов следует, что техническое обслуживание кабельной линии выполнялось (осмотры, испытания, тепловизионные обследования). Иных материалов, свидетельствующих о нарушении условий эксплуатации или эксплуатации в режимах, для которых не предназначена кабельная линия, не представлено.
Версия ненадлежащей эксплуатации не подтверждается.

Версия о некачественной электрической энергии
В материалах отсутствуют данные регистрации и анализа качества электроэнергии на объекте. Уровень напряжения, зарегистрированный на осциллограммах, показывает, что превышения максимально допустимого рабочего напряжения при эксплуатации кабельной линии в момент, предшествовавший короткому замыканию, не было.
Исходя из представленного материала версия некачественной электроэнергии не подтверждается.

Версия о действии непреодолимых сил
Короткое замыкание на кабельной линии не связано с какими-либо действиями непреодолимых сил или воздействия неустановленных лиц.
Версия не подтверждается.

Версия об иных причинах
Иными причинами могут быть различные факторы эксплуатации, которые не рассматривались в настоящем заключении. Например, неудовлетворительная работа защиты от перенапряжений, систематическая работа с повышенным рабочим напряжением, превышающим допустимый уровень, либо работа в условиях перегрузки и т.д. Проработка указанной версии требует анализа условий эксплуатации в хронологическом порядке, которые в представленных материалах отсутствуют.

Версия о заводском браке и/или некачественном монтаже
Концевая муфта имеет ряд конструктивных особенностей. Графитовый слой на изоляции кабеля служит слоем для выравнивания напряженности электрического поля.
Указанный слой мог получить незначительные механические повреждения при монтаже концевой муфты. Возможно, что присутствовал незначительный заводской дефект изоляции. Указанный дефект мог присутствовать или появиться при монтаже также в конусе нагрузки.
Незначительность дефекта, имевшаяся или появившаяся неоднородность изоляции, не привела к критической потере электрической прочности при проведении заводских испытаний, на этапе пуско-наладочных работ и в процессе эксплуатации и не была выявлена.

В процессе эксплуатации в месте дефекта или неоднородности изоляции возникает неоднородность электрического поля, напряженность которого в месте дефекта оказывается выше, чем в изоляционном материале.
В области неоднородности и ослабления электрической прочности могли возникнуть частичные разряды и привести к постепенному разрушению изоляция кабеля.

После достижения критического значения нарушения изоляции произошел электрический пробой, который привел к дуговому замыканию токопроводящей жилы на втулку и далее на нижний заземленный фланец.
Действием дуги, её температуры и продуктов горения вследствие избыточного давления (газообразные продукты горения дуги увеличили давление масла внутри изолятора) механически увеличилось повреждение изоляции кабеля и конуса нагрузки.
Механическое повреждение привело к тому, что нижний фланец выгнулся, а верхний фланец оказался разрушен и оторван по зернам кристаллизации металла.

Дальнейшее развитие аварии было прекращено действием противоаварийной автоматики.

Повреждения узла заземления экрана кабеля возникли при его тяжении вверх за концевую металлическую муфту во время срыва верхнего фланца и являются следствием основного повреждения (пробоя изоляции).
Характер повреждения указывает на возможный заводской брак, либо на некачественный монтаж, который привел к развитию локального дефекта изоляции кабеля с последующим электрическим пробоем.

Таким образом, наиболее вероятной причиной повреждения представленной на исследование концевой кабельной муфты типа OTC-245х наружной установки для подключения кабеля 220кВ типа HXCHBMK-2F 1х1600/300 PRYSMIAN является заводской брак или некачественный монтаж.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Представленные материалы на силовой кабель и концевую кабельную муфту свидетельствуют, что на момент поставки и ввода в эксплуатацию в 2012 году оборудование соответствовало требованиям НТД.

Периодические испытания, выполненные в 2024 году, показали, что кабельная линия соответствует НТД.

При пробое изоляции кабельной линии (фаза «С») от действия релейной защиты произошло отключение линии, работавшей на холостой ход силового трансформатора. Действие релейной защиты верное. До момента короткого замыкания не зафиксировано повышение уровня напряжения выше максимально допустимого.

При осмотре концевой муфты выявлен пробой изоляции в одной точке, на изоляции отсутствуют следы частичных разрядов вдоль изоляции (трекинговые дорожки не выявлены).

Пробой изоляции произошел в одной точке через графитовый слой кабеля, которая является слоем выравнивания напряженности электрического поля. Вероятной причиной является незначительное механическое повреждение, которое могло произойти при монтаже, либо заводской дефект изоляции, в том числе в конусе нагрузки. Указанный дефект изоляции не был выявлен при проведении заводских испытаний и в процессе пуска в эксплуатацию и в дальнейшем.

В процессе эксплуатации в месте дефекта изоляции возникшая неравномерность электрического поля привела к появлению частичных разрядов в месте локального дефекта и последующему разрушению изоляция кабеля.

После снижения электрической прочности изоляции до критического значения произошел электрический пробой, который привел к дуговому замыканию токопроводящей жилы на втулку и далее – на нижний заземленный фланец.

Действие дуги, её температуры и продуктов горения привело к механическим повреждениям изоляции кабеля и конуса нагрузки (газообразные продукты горения дуги увеличили давление масла внутри изолятора, нижний фланец выгнулся, а верхний фланец оказался разрушен и оторван по зернам кристаллизации металла).

Повреждения узла заземления экрана кабеля возникли при его тяжении вверх за концевую металлическую муфту во время срыва верхнего фланца и являются следствием основного повреждения (электрического пробоя).
Имеющиеся материалы дела и результаты осмотра поврежденного оборудования указывают на дефект изоляции. Характер пробоя изоляции свидетельствует о критически быстрой потере электрической прочности.

Наиболее вероятными причинами повреждения могут являться скрытый заводской дефект либо некачественный монтаж. Версии ненадлежащей эксплуатации, некачественной электроэнергии, действия непреодолимых сил, либо иные причины, предоставленными материалами не подтверждаются.

В качестве рекомендации для повышения надежности электрооборудования кабельных линий предлагается рассмотреть применение систем мониторинга технического состояния, регистрирующего уровень частичных разрядов в кабельных линиях 220 кВ.

В настоящее время выпускаемые промышленностью системы мониторинга технического состояния кабельных линий позволяют применять их в комплектных распределительных устройствах напряжением 6 – 220 кВ.
Контроль частичных разрядов в изоляции кабельных линий для определения их технического состояния предусмотрен в качестве одного из видов мониторинга и используется в электроустановках <***>.
Методы испытаний высоким напряжением. измерения частичных разрядов регламентируются ГОСТ Р 55191-2012 [3].

Изготавливаемые системы мониторинга технического состояния в настоящее время могут охватывать несколько кабельных линий, их количество может достигать десятка или более для одного комплекта системы.
На сегодняшний день нормативная база в области частичных разрядов не является полной, однако существующий опыт эксплуатации показывает эффективность регистрации и анализа частичных разрядов, при этом в ряде случаев решения о виде и характере дефекта принимается на основе экспертных систем.

В качестве примера одной из систем, выпускаемых как в России, так и за рубежом, можно привести систему мониторинга состояния и диагностики дефектов изоляции кабельных линий марок CDM-15, CDM-30, CDM-45 (ООО «Димрус») и ряд других.

ОТВЕТ НА ВОПРОС ЭКСПЕРТИЗЫ

  • Вопрос №1
    Определить причину повреждения представленной на исследование концевой кабельной муфты типа OTC-245х наружной установки для подключения кабеля 220кВ типа HXCHBMK-2F 1х1600/300 PRYSMIAN: заводской брак / некачественный монтаж / ненадлежащая эксплуатация (и/или обслуживание) / некачественная электрическая энергия / действия непреодолимых сил / иное?
    Ответ
    Наиболее вероятной причиной повреждения представленной на исследование концевой кабельной муфты типа OTC-245х наружной установки для подключения кабеля 220кВ типа HXCHBMK-2F 1х1600/300 PRYSMIAN является заводской брак или некачественный монтаж

БОЛЬШЕ ЭКСПЕРТИЗ КАБЕЛЕЙ И МУФТ

    ДРУГИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРТИЗЫ

      Остались вопросы?
      Получите бесплатную консультацию у профессионалов в области электротехники и теплотехники

      Наши эксперты обладают большим опытом выполнения технических экспертиз различной степени сложности и, скорее всего,
      уже сталкивались с Вашей проблемой. Мы уверены, что сможем Вам помочь в оказании квалифицированной экспертной помощи