Lösung zur Isolationsüberwachung und Fehlerortung für Mittelspannungskabel

Fazit in einem Satz

Diese Lösung setzt ein verteiltes Kabelfehlerortungsgerät in Ringmainanlagen/Unterstationen ein (unterstützt bis zu 6 Kabelkreise). Basierend auf der Zweiklemmen-Wanderwellen-Laufzeitdifferenzmethode wird eine Ortungsgenauigkeit von ±(0,5 % × L + 5) Metern, eine Fehlerleitungsauswahlgenauigkeit von über 90 % und eine Diagnoseerfolgsrate von mindestens 95 % erreicht. Die flexible Spule verwendet ein Schnappverschluss-Design für die Installation unter Spannung, was eine integrierte Erkennung von Warnungen vor Entladungen durch Isolationsdefekte und eine präzise Fehlerortung ermöglicht.

I. Schmerzpunkte der Branche

1. Erdkabelfehler sind verborgen, und der herkömmliche Prozess der Grobortung gefolgt von einer Feinortung umfasst zahlreiche Schritte und dauert lange, was die Lokalisierung der Fehlerstelle erschwert.
2. Ringnetz-Schaltanlagen verfügen nicht über Online-Leitungsauswahl und Abschnittsortungsfähigkeiten für mehrere Kreise, was die Isolierung des betroffenen Bereichs im Falle eines Einkreisfehlers erschwert.
3. Kabelisolationsdefekte, die Entladungen verursachen, können nicht im Voraus erkannt werden, und die Anhäufung dieser Defekte kann schließlich zu Stromausfällen führen.

II. Lösungsarchitektur und technische Prinzipien

Überwachungsterminal (installiert im Schaltschrank, ausgestattet mit CPU-, Hochgeschwindigkeitsdatenerfassungs-, Kommunikations-, Uhr- und Stromversorgungsmodulen) + Netzfrequenz-Wanderwellen-Stromsensor (flexible Spule, Schnappmontage an den Leiterkörpern der Phasen A/B/C am Kabelendverschluss, ermöglicht Installation unter Spannung ohne Beschädigung des Kabels) + Cloud-basierter Dienst.

• Zweiklemmen-Wanderwellen-Laufzeitdifferenzortung: Die durch den Fehler verursachte Wanderwelle breitet sich mit konstanter Geschwindigkeit zu beiden Enden aus. Die Entfernungen von den beiden Klemmen werden wie folgt berechnet: L₁ = (L + (t₁ - t₂) · V) / 2 und L₂ = (L - (t₁ - t₂) · V) / 2. Bei gegebener Länge des Übertragungsleitungsabschnitts L und der Wellengeschwindigkeit V kann die Fehlerstelle unter Verwendung der an den beiden Klemmen gemessenen Laufzeitdifferenz bestimmt werden.
• Wellengeschwindigkeitskalibrierung: Bei Fehlern, die außerhalb der festgelegten Zone auftreten, wird die Wellengeschwindigkeit unter Verwendung bidirektionaler Wanderwellen rückwirkend berechnet, um Wellengeschwindigkeitsfehler zu eliminieren.
• Erkennung des Isolationszustands: Kombination von Wanderwellensignalerfassung mit Quellentrennung zur Früherkennung von Isolationsdefekten und präzisen Fehlerortung in Kabeln.
• Die Sensorkomponente ist in ein kompaktes, kartenförmiges Design aus technischem Kunststoff integriert, das wasserdicht und korrosionsbeständig ist, ohne das Kabel physisch zu beschädigen. Das Überwachungsterminal wird im Bypass-Modus angeschlossen, sodass ein Einzelfehler den Hauptstromkreis nicht beeinträchtigt.

III. Kerntechnische Kennzahlen

IV. Wichtige Implementierungspunkte

1. Der Sensor wird an die Kabelendköpfe der Phasen A, B und C geklemmt und unterstützt die Installation unter Spannung, ohne den Primärkreis zu verändern.
2. Vor-Ort-Kalibrierung der Wellengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Leitungslänge (Rückwärtsberechnung der Wellengeschwindigkeit für Fehler außerhalb des Abschnitts) zur Gewährleistung einer genauen Fehlerortung;
3. In Zusammenarbeit mit dem DTU: Durch die Integration von drei Signalen – stationäre, transiente und hochfrequente Wanderwellen – können wir die einzige Schwäche der stationären Erkennungsfähigkeit des DTU ausgleichen und so die praktische Anwendbarkeit der Verteilungsautomatisierung verbessern.
4. Abnahme: Die Ortungsgenauigkeit ist auf Basis des tatsächlichen Intervalls L mit einem zulässigen Fehlerband zu berechnen; die Leitungsauswahlgenauigkeit muss durch Stichprobenstatistiken bestimmt werden (>90%).

V. Anwendungswert

FAQ

F1: Wie ist die Positionsgenauigkeit von ±(0,5 % × L + 5) m zu interpretieren?

Der Fehler ist proportional zur Länge des Überwachungsabschnitts L (0,5 % × L) zuzüglich eines festen Wertes von 5 Metern: Bei einem Abschnitt von 1 km beträgt der zulässige Fehler ±10 Meter; bei einem Abschnitt von 2 km sind es ±15 Meter. Die Genauigkeit hängt von der Abschnittslänge, der Wellengeschwindigkeitskalibrierung und der GPS-Taktgenauigkeit (<30 ns) ab.

F2: Kann die Installation ohne Unterbrechung der Stromversorgung erfolgen?

Ja, der Wanderwellen-Stromsensor für Netzfrequenz verfügt über ein flexibles Schnappdesign mit Spule und kann unter Spannung auf den dreiphasigen Körper des Kabelabschlusses installiert werden, ohne den Primärkreis zu verändern oder das Kabel physisch zu beschädigen.

F3: Wie ist die Beziehung zur DTU?

Ergänzend und nicht ersetzend: Während DTUs sich hauptsächlich auf die Erfassung des stationären Zustands stützen, ergänzt dieses Gerät sie durch transiente und hochfrequente Wanderwellensignale, wodurch es die intelligente Modernisierung von DTUs unterstützt und die Praxistauglichkeit der Verteilnetzautomatisierung verbessert.