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Wire & Cable ASIA – May/June 2017
www.read-wca.com摘要
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。
概述
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。
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]
）。
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
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
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：
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。
经典
TDR
在线故障
TDR
应用
出现故障后，
离线
故障期间，
在线
人造脉冲应用
对反射测量表示
肯定
无来自故障自身
的信号
来自远端或故障位
置的反射信号
取决于故障类型
故障部位没有完
全崩溃
电缆长度
约
10
千米
一流的
（更多取决于故障
类型）
>100km
预期长度
（待验证）
❍
表
1
:
故障定位方法对比
方程式
1
方程式
2