Entwicklungstrend der Diagnose- und Prüftechnologie für Stromkabel

[Zusammenfassung] Stromkabel, ob an Maschinen installiert oder unterirdisch verlegt, unterliegen nach längerer Nutzung unvermeidlichen Ausfällen, die das Leben von Bürgern und Unternehmen beeinträchtigen. Schwere Ausfälle können sogar schwere Brände und Todesfälle verursachen.

Stromkabel, ob an Maschinen installiert oder unterirdisch verlegt, unterliegen nach längerer Nutzung unvermeidlichen Ausfällen, die das Leben von Bürgern und Unternehmen beeinträchtigen. Schwere Ausfälle können sogar schwere Brände und Todesfälle verursachen. Unterirdisch verlegte Stromkabel sind stark verdeckt, was die Fehlererkennung und genaue Ortung erschwert und die Kabelwartung behindert. Angesichts der bedeutenden Rolle von Stromkabeln in städtischen Gebieten und ihrer einzigartigen Eigenschaften hat die Diagnosetechnik für Stromkabel die Aufmerksamkeit von Brancheninsidern auf sich gezogen. 1. Überblick über die Diagnosetechnologien für Stromkabel
1.1 Traditionelle Testtechnologien
Die Gleichstromüberlagerungsmethode, die Gleichstromkomponentenmethode und die TGδ-Dielektrizitätsverlustmethode sind allesamt häufig verwendete traditionelle Testmethoden für Stromkabel. Obwohl ihr Anwendungswert nicht vollständig geleugnet werden kann und sie einen Bezugspunkt für die Diagnose von Stromfehlern bieten, sind diese traditionellen Technologien letztendlich nicht für die Prüfung und Diagnose von Ultrahochspannungs-Stromkabeln geeignet, was ihren Anwendungsbereich erheblich einschränkt.
1.2 Neue Testtechnologien
① Kabelverbindungstesttechnologie
Eine statistische Erhebung von Stromkabelfehlern im Betrieb ergab, dass über 90 % der Kabelfehler an Kabelverbindungen auftreten. Überlastung und Übergangswiderstand in betriebsbereiten Stromkabeln können zu einem Anstieg der Verbindungstemperaturen führen, was zu schneller Alterung und Ausfall führt. Der Einsatz der Kabelverbindungstesttechnologie zur Messung der Verbindungstemperatur und deren Analyse auf der Grundlage von Echtzeit-Verbindungstemperaturdaten bietet ein umfassenderes Verständnis des Betriebszustands des Stromkabels und ermöglicht proaktive Präventivmaßnahmen zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit von Ausfällen.
② Ultrahochfrequenz-Testtechnologie
Wenn ein Stromkabel eine hohe lokalisierte Entladungsimpulsfrequenz aufweist, erfordert die Erfassung dieses lokalisierten Entladungssignals eine Erhöhung der Abtastfrequenz des Testwerkzeugs, um die Kontamination durch externe Störungen zu minimieren. Die Ultrahochfrequenz-Detektionstechnologie verwendet Breitband-Teilentladungssensoren und elektromagnetische Kopplungsmethoden, um Teilentladungsphänomene im Frequenzbereich von 10 kHz bis 28 MHz mit zufriedenstellenden Detektionsergebnissen zu erkennen.
③ Elektromagnetische Kopplungstechnologie
Diese Technologie verbindet das Teilentladungsstromsignal des Erdungsleiters eines vernetzten Polyethylen-Stromkabels mit den beiden oben genannten Leitungen durch die Interaktion eines Messkreises und einer elektromagnetischen Kopplungsleitung. Dies verstärkt das lokale Signal und kontrolliert Störungen.
2. Entwicklung und Anwendung der Diagnosetechnik für Stromkabel
2.1 Online-Detektionstechnologie
① Wavelet-Transformation: Diese Technologie erfordert den Einsatz von Filtern. Einige Studien haben zwei Methoden zur Messung von Fehlerentfernungen vorgeschlagen – die einseitige Detektion und die zweiseitige synchrone Detektion. Andere Studien haben Wavelet-Transformationen für die einseitige Wanderwellenortung verwendet, wodurch das Problem der Wahl zwischen Wanderwellenausbreitungsgeschwindigkeit und Ankunftszeit gelöst wird. Umfangreiche praktische Erfahrungen haben bestätigt, dass die Genauigkeit dieser einseitigen Wanderwellenortungstechnologie die Standards für die genaue Fehlerortung am Fehlerort vollständig erfüllt. Andere Studien haben die Online-Kabelfehlerüberwachung und präzise Kabelentfernungsmessmethoden untersucht und sich mit der Kabelfehlerentfernungsmessung unter Verwendung der Wavelet-Transformationstechnologie befasst.
② Echtzeit-Expertensystem: Diese Technologie, die auf Netzwerk-Fernwartungsdiensten basiert, befasst sich mit der Kabelfehlerortung. Untersuchungen zeigen, dass Expertensysteme, die auf dem Relais-Schutz basieren, durch C-Sprache integrierte Diagnosen den Fehlertyp und den Effektivwert des Stroms von Stromkabeln identifizieren und letztendlich den Fehlerort bestimmen können.
③ Kausales Netzwerk: Ein kausales Netzwerk besteht aus Knoten: Symptomen, Ausgangsursachen, Zuständen und Hypothesen. Symptomknoten stellen die Symptome von Zustandsknoten dar, z. B. eine Schutzmaßnahme, die eine Auslösung des Leistungsschalters anzeigt; Ausgangsursachen stellen die Ausgangsursache eines Kabelfehlers dar; Zustandsknoten stellen den Zustand eines bestimmten Bereichs dar, z. B. einen Leistungsschalterfehler; und Hypothesen stellen Diagnosehypothesen für das Forschungssystem dar. Einige Forscher haben das kausale Netzwerk erweitert und das Konzept der zeitlichen Einschränkungen von Alarminformationen genutzt, um ein neues zeitliches kausales Netzwerk zu erstellen, und eine Technologie zur Diagnose von Stromkabelfehlern auf der Grundlage dieses Netzwerks entwickelt.
2.2 Offline-Detektionstechniken
① Niederspannungsimpulsmethode: Ein Niederspannungsimpulssignal wird über einen Testanschluss in das Kabel eingespeist. Ein Instrument zeichnet die Zeitdifferenz (Δt (μs)) zwischen dem gesendeten Impuls und dem am Fehlerpunkt empfangenen reflektierten Impuls auf und berechnet dann die Fehlerentfernung. Wenn die Signalausbreitungsgeschwindigkeit in einem Stromkabel v (m/μs) beträgt, dann ist die Kabelfehlerentfernung l = v × Δt/2.
② Impulsspannungsmethode: Diese Methode empfängt ein Impulssignal, das durch eine Entladung am Fehlerpunkt erzeugt wird. Hochspannungsausrüstung wird verwendet, um eine Entladung am Fehlerpunkt im Kabel zu verursachen, wodurch ein Impulssignal erzeugt wird. Das Instrument empfängt dann das Entladungssignal vom Fehlerpunkt am Testende, und die Entfernung zum Fehlerpunkt wird basierend auf der Zeit berechnet, die benötigt wird, um das Signal zu empfangen. Diese Methode kann jedoch Sicherheitsrisiken bergen, da sie die elektrische Verbindung zwischen dem Hochspannungsabschnitt und dem Tester nicht vollständig isoliert.
③ Impulsstrommethode: Diese Methode funktioniert ähnlich wie die Impulsspannungsmethode, verwendet aber einen Stromkoppler, der den Hochspannungsabschnitt vollständig isoliert und so die Sicherheit gewährleistet.
④ Sekundärimpulsmethode: Dies ist eine hochentwickelte Methode zur Messung der Fehlerentfernung. Das technische Prinzip besteht darin, Hochspannung an das fehlerhafte Kabel anzulegen und so einen Hochspannungslichtbogen zu erzeugen. Dadurch entsteht ein niederohmiger Kurzschluss, der dann mit einer Niederspannungsimpulsmethode erkannt werden kann.
2.3 Technologie zur Ortung von Stromkabelfehlern
Sobald der Pfad und die Entfernung des fehlerhaften Kabels gemessen wurden, kann die ungefähre Position des Fehlerpunkts bestimmt werden. Für eine genauere Fehlerortung ist jedoch eine Fehlerortungstechnologie erforderlich. ① Akustische Detektionstechnologie: Ein Entladungsgerät wird verwendet, um Vibrationen am Fehlerpunkt zu erzeugen. Sobald die Vibrationen den Boden erreichen, wird ein Schwingungsaufnehmer verwendet, um das akustische Signal vom Fehlerpunkt zu empfangen, wodurch die spezifische Position des Fehlers bestimmt werden kann. Die akustische Detektionstechnologie kann für jede Kabelfehlerdetektion verwendet werden, bei der ein Hochspannungsimpulssignal ein Entladungsgeräusch am Fehlerpunkt erzeugt.
② Akustisch-magnetische Synchronisationstechnologie: Die Entladung am Fehlerpunkt erzeugt gleichzeitig akustische und elektromagnetische Wellen, wodurch eine präzise Fehlerortung ermöglicht wird. Ein Hochspannungsimpulssignal wird an das fehlerhafte Kabel angelegt. Während der Entladung werden sowohl ein akustisches Signal als auch ein gepulstes Magnetfeldsignal am Fehlerpunkt erzeugt, aber diese Signale breiten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus. Die minimale Ausbreitungszeitdifferenz wird verwendet, um den Fehlerpunkt zu lokalisieren.