2025/10/31高壓電纜故障定位及隱患識別多位一體智能換位箱背景及意義實際案例技術(shù)方案未來展望CONTENTS目錄0103020401背景及意義高壓電纜線路封鉛開裂、附件絕緣質(zhì)量問題……銅排被盜、閥片擊穿、相序錯誤……交叉互聯(lián)系統(tǒng)

電纜本體緩沖層燒蝕缺陷、絕緣雜質(zhì)、局部放電……高壓電纜線路是城市的能源保供生命線與重要基礎(chǔ)設(shè)施，常見的高壓電纜線路由電纜本體、終端及交叉互聯(lián)系統(tǒng)組成，交叉互聯(lián)系統(tǒng)平衡運行電纜線路感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓，由電纜金屬護套、換位箱、接地箱和同軸電纜組成。5000km上海公司高壓電纜線路總長90%上海市中心城區(qū)電纜化率53,200km國網(wǎng)公司高壓電纜線路總長1

背景及意義電纜終端電纜終端超過5.3萬公里

，年增長率

1

0%安裝工藝不當(dāng)本體缺陷（電樹）外力破壞緩沖層燒蝕近年來高壓電纜故障頻發(fā)面臨痛點：體量增長率老電

纜缺

陷檢

出故

障查

找

1

背景及意義紅外測溫局放檢測接地電流檢測接地電阻檢測高壓電纜缺陷的現(xiàn)有狀態(tài)檢測手段的分析1

背景及意義現(xiàn)有換位箱監(jiān)測對接地電流電壓的信息挖掘不夠，難以實現(xiàn)電纜故障和缺陷識別，同時功能上沒有兼容局放監(jiān)測和反外損功能，整體效益單一?，F(xiàn)有換位箱監(jiān)測的不足：???u實時監(jiān)測護層接地環(huán)流u實時監(jiān)測電纜局部放電狀態(tài)u360度視頻監(jiān)控u光纖振動異常監(jiān)測1

背景及意義02技術(shù)方案

信息采集模塊（環(huán)流監(jiān)測、局放監(jiān)測等）u

儲能電池+太陽能供電，供電穩(wěn)定u

報警閾值配置、短信通知配置u

設(shè)備信息配置及管理u

云/物聯(lián)網(wǎng)功能

光伏供電系統(tǒng)具備環(huán)流、故障定位和局放監(jiān)

接地箱智能處理主機一體智能換位箱

可視化系統(tǒng)

具備傳統(tǒng)接地箱各項功能，還

測、光纖振動、系統(tǒng)可視化、

安裝和運行要求的相應(yīng)設(shè)計，

高壓電纜故障定位及隱患識別多位2.1總體方案具有可靠性高、安裝方便、兼自診斷、遠程升級等滿足戶外信息采集模塊（光纖振動傳感器等）容性強等優(yōu)點。智能分析主機基于多核處理器，

內(nèi)置DSP

，GPU；集成FPGA搭載北斗，

5G

，藍牙，

BMS，以及多通道通訊網(wǎng)絡(luò)；通過多通道高頻模擬采集，實現(xiàn)環(huán)流采集分析，故障定位；通過高頻采樣進行多維度局放監(jiān)測以及分析；內(nèi)置電力通用協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持邊緣代理;對環(huán)境監(jiān)測以及防外破設(shè)備接入;具備無線接入以及維護能力;搭載BMS支持AC220以及光伏供電。采用多晶太陽能板與新型儲能電池相結(jié)合的方式，

構(gòu)建新型高效的供電系統(tǒng)

，在電池管理系統(tǒng)的加持下

，新型儲能電池極大提升使用壽命

，

與電力二次設(shè)備同壽命周期相當(dāng)

，

從而真正實現(xiàn)免維護，可以有效降低電力二次設(shè)備的運維成本，提高供電可靠性。2.1總體方案-智能主機、光伏供電系統(tǒng)光伏控制器新型儲能電池BMS電池管理系統(tǒng)光纖

TMR傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計?內(nèi)部器件與外殼之間采用整體環(huán)氧澆注以保證其抗震防水性?

外殼上設(shè)計有壓緊螺絲，安裝可靠并可調(diào)節(jié)對中角度?設(shè)計聚磁環(huán)，提高傳感器的靈敏度和測量精度，降低導(dǎo)線偏心對測量精度的影響。

TMR電流傳感器的信號處理電路設(shè)計?

前置放大、信號濾波及模數(shù)轉(zhuǎn)換

確定合適的屏蔽方法?采用軟磁性材料保護傳感器件免受準(zhǔn)靜態(tài)磁場的影響。相對磁導(dǎo)率>80000，保證TMR芯片的采樣精度。2.1總體方案-采集傳感器選擇外觀結(jié)構(gòu)采樣電路屏蔽罩設(shè)計智能接地箱集成的AI可視化系統(tǒng)，具備AI智能圖像識別技術(shù)，安裝于換位箱附近可以識別大型塔吊、挖掘機、土方車等施

工器具，識別可疑人員偷竊電纜等異常行為，達到電纜可視

化防外破的目的?；贠TDR光時域反射技術(shù)和光纖散射特征量的捕捉、比對、去噪技術(shù)，是一種典型的全光型、多防區(qū)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)利用普通光纜為傳感器，探測外界施工、破壞的振動源，經(jīng)過監(jiān)測主機的分析、識別、定位，對可能威脅電纜

路徑上的行為實現(xiàn)準(zhǔn)確報警和精準(zhǔn)定位，及時通知運維人員。2.2基于光纖震動、視頻監(jiān)控的電纜隱患識別光纖振動監(jiān)測視

頻監(jiān)控2

.3基于高頻電流的局部放電識別與定位對稱性、相位性、成弧形局放的典型特征：相位具有180°的相位特征、有比較陡的脈沖信號、有一定的帶寬、頻率較高脈沖振蕩、上升陡峭脈沖振蕩、上升陡峭頻段分布廣成山峰形頻段分布較廣,

計算公式如下：

X=(L

-

Δt

×

V)/2。當(dāng)定位裝置的通信光纖長度不一樣時，

計算時需將光纖傳輸?shù)臅r間差（t4-t3）

減去，

計算公式如下：X=(L-△T

×

V)/2△T=△T0-(t4-t3)精確定位：

雙端時差定位法在線路中的兩個絕緣接頭上安裝傳感器，

可構(gòu)成一個可用于雙端時間差定位系統(tǒng)。雙端時差定位原理如根據(jù)安裝在電纜接頭A

、

B的傳感器S1

、

S2檢測到的故障行波到達時間差可以計算故障點位置2

.3基于高頻電流的局部放電識別與定位3）設(shè)計原因設(shè)計不合理。采取單端接地方式

，未設(shè)計安裝回流線；高壓電纜直接采用兩端直接接地方式；

一個交叉換位段的電纜距離過長；電纜距離過長時

，仍采用單端接地方式；護層保護器參數(shù)選取不合理，

以上幾種情況都會導(dǎo)致接地電流異常。4）其他原因由于交叉互聯(lián)箱所處的環(huán)境非常復(fù)雜

，在雨季交叉互聯(lián)箱進水的情況時有發(fā)生。護套交叉互聯(lián)箱

，通常設(shè)置在地面以上，

時常會受到一些未知外力損壞

，一旦交叉互聯(lián)箱受到破壞，整個系統(tǒng)的交叉互聯(lián)結(jié)構(gòu)也會被破壞。1）施工原因交叉互聯(lián)系統(tǒng)接線錯誤，

同一換位段

，相鄰交叉互聯(lián)箱連接方式不一樣

，也叫做換位排接反

，導(dǎo)致?lián)Q位失敗產(chǎn)生較大的接地電流。2）運行原因電纜接頭的絕緣夾板被擊穿

，如圖121所示；

高壓電纜外護套受損

，金屬護套兩點或者多點接地；同軸電纜內(nèi)外芯導(dǎo)通；護層保護器被擊穿等。2

.

4智能換位箱-

接地缺陷識別TMR復(fù)合傳感器基于TMR信號同步2

.

4智能換位箱-

電纜缺陷識別采用積分變換識別缺陷（集中性絕緣缺陷）TDR缺陷精確定位絕緣破損、劣化缺陷識別監(jiān)測點波形采集諧波矢量特征提取缺陷區(qū)間定位在電纜線路上安裝多個智能換位箱

，

通常設(shè)置在每個交叉互聯(lián)箱和終端接地箱處。

技術(shù)關(guān)鍵點在于這些監(jiān)測點需要較高的同步性測量并記錄每相護層的環(huán)流信息

（多點時間同步的幅值、

相位、

諧波含量等矢量信息以及實時高頻采集復(fù)合行波信號）

。

*終端頭

1#接頭

2#接頭

3#接頭

4#接頭

5#接頭

s終端頭

2

.5智能換位箱-

電纜故障定位L_MF

=

(L_MN

+v

*

Δt)

/2

基于TMR信號同步

監(jiān)測點波形采集TMR復(fù)合傳感器故障區(qū)間定位矢量特征提取基于雙重注意力機制與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電纜環(huán)流行波首半波智能識別2

.5智能換位箱-

電纜故障定位故障識別故障精確定位2.6智能換位箱實現(xiàn)功能電纜接地系統(tǒng)缺陷識別電纜本體緩沖層缺陷識別電纜故障精準(zhǔn)定位電纜通道施工隱患識別電纜本體及附件局部放電捕捉電纜偷盜及換位箱破損識別3425614.研制了多通道分布式監(jiān)測系統(tǒng)

，

實現(xiàn)了電纜局放、

感應(yīng)電流、

感應(yīng)電壓、

故障區(qū)間判斷、視頻監(jiān)控的多維數(shù)據(jù)融合

，

通過全線分布式監(jiān)測方式

，

搭建了高壓電纜精益化管理平臺，實現(xiàn)了電纜狀態(tài)多通道監(jiān)測。1.建立了以智能換位箱為載

體的電纜排管通道物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了智能感知終端的集中

通訊及供電

。

提出了通過MQTT協(xié)議就近集中接入智

能感知終端監(jiān)測數(shù)據(jù)的方法

，實現(xiàn)了全方位多維度的一體

化監(jiān)測。3.研制了接地電流監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了電纜護層接地電流的全線分布式實時監(jiān)測

，

基于矢量分析法搭建接地電流分析模型，通過突變電流的對比分析和矢量換算

，

實現(xiàn)了電纜接地系統(tǒng)故障的快速預(yù)警和精準(zhǔn)定位。2.研發(fā)了新型儲能單元

，

針對具備改造條件的傳統(tǒng)全功率超過5W的監(jiān)測設(shè)備進行低功耗改造

，

達到了毫瓦級別的功耗控制。2.7創(chuàng)新點總結(jié)03實際案例上海市浦東某220kV電纜接地電流監(jiān)測位多次越線報警，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電纜14#和17#交叉換位箱換位排接錯。上海普陀區(qū)某小區(qū)附近視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)一起小臨散搶施工，當(dāng)天運維人員2次巡視均未發(fā)現(xiàn)，成功避免一起反外損事故。應(yīng)用案例一上海市普陀區(qū)某商業(yè)中心附近開展樓宇爆破，電纜公司附近排管安裝的電纜光纖振動傳感器檢測到明顯的振動信號，持續(xù)時間和爆破時間完全吻合，對振動的幅值檢測有效性和時效性均很高。應(yīng)用案例二藍京1A0225號絕緣接頭接地箱監(jiān)測到間歇性放電信號，具有工頻相關(guān)性，幅值12dB，具有絕緣氣隙放電特征。24藍京1A0227號絕緣接頭接地箱監(jiān)測到間歇性放電信號，具有工頻相關(guān)性，幅值14dB，具有絕緣氣隙放電特征。應(yīng)用案例三-局部放電藍京1A02210號絕緣接頭接地箱監(jiān)測到間歇性放電信號，

具有工頻相關(guān)性，幅值14dB，具有絕緣氣隙放電特征。藍京1A0229號絕緣接頭接地箱監(jiān)測到間歇性異常信號，幅值14dB。應(yīng)用案例三-局部放電25基波高次諧波及其貢獻率（%）有效值（A）峰峰值（A）相位第一主成分

（3\5\7\9次諧波）其他主成分（2/4/6/8次諧波）9號A1相18-4280-98530-40209號B1相9-2640-708719-31149號C1相25-5361-11013532-45259號N1相000009號A2相5-1023-44807-1469號B2相5-915-2513211-1369號C2相2-814-2098-1588號A1相25-4578-1122830-45228號B1相22-3447-8811518-35158號C1相30-4870-1-516522-3030高壓電纜110kV某線路在安裝智能換位箱之后，于精細化管控平臺上出現(xiàn)頻繁環(huán)流越限、三相不平衡告警。8號、9號接地箱監(jiān)測數(shù)據(jù)見下表，分析該線路于8號和9號接地箱區(qū)間存在護層多點接地故障。應(yīng)用案例四-缺陷識別橡膠件裂化6#接頭，最大1500A18#接頭，最大1400A2025年6月1日，發(fā)

現(xiàn)上海市某500kV電纜出現(xiàn)很大的接地電流信號如左圖所示。該信號為故障時刻信號，呈現(xiàn)三林站到靜安站信號強度逐步降低的特征，判斷為三林站或相近接頭故障。實際故障為1號接

頭處，數(shù)據(jù)完全契合。應(yīng)用案例五-電纜故障識別三林站接頭，最大6700A12#接頭，最大1400A04未來展望“1+N”：1：

一個智能換位箱N：多重感知功能功能一：故障電流采集；功能二：工頻和諧波電流采集；功能三：高頻局部