WCA May 2017

测试和运行过程中高压交流电 (HVAC) 和高压直流电 (HVDC) 电缆的在线故障定位原理

作者： Frank Böhme 博士， Ralf Pietsch 博士， Highvolt Prüftechnik Dresden GmbH

摘要

经典 TDR

在线故障 TDR

出现故障后， 离线 对反射测量表示 肯定

故障期间， 在线

应用

本论文介绍了在常规和试运行测试期间以及运行条件下，检 测和定位较长和超长 HVAC 和 HVDC 电缆系统的严重故障错 误的可选方法。本文以时域反射法 ( TDR ) 为理论基础，并与 经典的 TDR 故障定位法进行了对比。 基本概念已通过理论性和实验性结果进行描述和分析。因此 理论思考是通过对包括高压 ( HV ) 电缆的测量网络的精细模 拟而得出。实践实验分析了中压 ( MV ) 和高压 ( HV ) 电缆样 本在交流 ( AC ) 和直流 ( DC ) 电压应力下的性能。 本文所述技术可应用于陆地和海底电缆。重点关注的地方是 测量方法和软件算法的适用评估。本文所述的在线故障定位 需要配备适应良好的硬件，即便在严重故障错误发生时，也 能在测试和运行条件下保持性能。 所述硬件主要包括一个高压分压器和一个瞬态记录器。测量 系统在电缆系统出现故障前，其运行应保持完全不可见以及 长期可靠性。因此，所使用的测量设备正是在电缆测试或电 缆系统运行期间所安装的设备。因为该测量系统也能用于其 他质量和诊断测量。 去年新安装的高压电缆系统数量大幅增长。这一举措是为了 满足不断增加的公共电网需求。一方面，为新的高架电缆寻 找安装线路越来越困难，另一方面，高压直流电传输系统的 技术变得更受重视。这些系统常常包括高压电缆。 举一个重要实例，将近海风力发电场连接至陆地电力网时， 需要采用的出口电缆是较长的 HAVC 或超长的 HVDC 海底电 缆。这些电缆在敷设和运行后，往往很难再接近，或者需 要很高的成本和技巧才能接近（敷设在电缆通道中的电缆除 外）。一旦出现故障，无法进行简单的人工检查。在上述情 况下，即便是广为人知的 TDR 故障定位法也无计可施。 本文的目的是介绍一款能够在发生故障时进行快速诊断和故 障定位的在线工具和设备。 概述

无来自故障自身 的信号 故障部位没有完 全崩溃

人造脉冲应用

来自远端或故障位 置的反射信号

取决于故障类型

约 10 千米 一流的 （更多取决于故障 类型）

>100km 预期长度 （待验证）

电缆长度

❍ 表 1 : 故障定位方法对比

电缆测试或运行期间，必须时刻保持连接和运行状态。只有 采用单独高压电源的测试，重复测量才可实现。可将测试电 压升高至特定电压电平，以促使故障再次发生。 两种 TDR 测量方法在表 1 中进行了对比。 在线测量方法的优势在于没有来自远端的反射。故障部位会 产生很低的阻抗，从而生成反射信号。在线测量方法的简化 线路可参见图 1 。 用两个测量设备测量电缆两端，可提高故障定位的准确性。 当然，这一方案取决于电力电缆系统的配置以及到达电缆两 端的方式。目前在实验测试中尚未考虑该方案。

理论思考和模拟

电缆的物理特性和运行状况十分复杂，在文献中已有广泛讨 论。本文在此不再赘述（参考示例请参见 [4] ）。此处只需两个 基本方程式：

方程式 1

方程式 2

在工厂和现场检测上述电缆和电缆系统时，需要考虑一些标 准和建议（例如 [1] 、 [2] 和 [3] ）。

采用本文的 TDR 方法时，对传输速度 v 的精确了解决定了故 障定位的准确性。（而局部放电故障定位的 TDR 测量方法则 不同，在该方法中，只有反射的时间关系才会决定定位的准 确性。）因此需要提前确定传输速度的精确值。当有效获取 电缆参数 L ' 和 C ' 后，便可通过方程式 1 计算传输速度。 但是在可行条件下，应对每条运行电缆的传输速度进行初始 测量。

测量方法概念 本文所述的 TDR 方法与已知的经典方法不同。经典 TDR 方法 是在故障发生后使用，本文中的方法则会持续监控电缆系 统，并评估故障自身生成的信号。因此，该测量系统在整个

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Wire & Cable ASIA – May/June 2017