2025年电力电缆技术发展大会：高压电缆故障定位及隐患识别多位一体智能换位箱

2025/10/31高压电缆故障定位及隐患识别多位一体智能换位箱背景及意义实际案例技术方案未来展望CONTENTS目录0103020401背景及意义高压电缆线路封铅开裂、附件绝缘质量问题……铜排被盗、阀片击穿、相序错误……交叉互联系统

电缆本体缓冲层烧蚀缺陷、绝缘杂质、局部放电……高压电缆线路是城市的能源保供生命线与重要基础设施，常见的高压电缆线路由电缆本体、终端及交叉互联系统组成，交叉互联系统平衡运行电缆线路感应电流和感应电压，由电缆金属护套、换位箱、接地箱和同轴电缆组成。5000km上海公司高压电缆线路总长90%上海市中心城区电缆化率53,200km国网公司高压电缆线路总长1

背景及意义电缆终端电缆终端超过5.3万公里

，年增长率

1

0%安装工艺不当本体缺陷（电树）外力破坏缓冲层烧蚀近年来高压电缆故障频发面临痛点：体量增长率老电

缆缺

陷检

出故

障查

找

1

背景及意义红外测温局放检测接地电流检测接地电阻检测高压电缆缺陷的现有状态检测手段的分析1

背景及意义现有换位箱监测对接地电流电压的信息挖掘不够，难以实现电缆故障和缺陷识别，同时功能上没有兼容局放监测和反外损功能，整体效益单一。现有换位箱监测的不足：???u实时监测护层接地环流u实时监测电缆局部放电状态u360度视频监控u光纤振动异常监测1

背景及意义02技术方案

信息采集模块（环流监测、局放监测等）u

储能电池+太阳能供电，供电稳定u

报警阈值配置、短信通知配置u

设备信息配置及管理u

云/物联网功能

光伏供电系统具备环流、故障定位和局放监

接地箱智能处理主机一体智能换位箱

可视化系统

具备传统接地箱各项功能，还

测、光纤振动、系统可视化、

安装和运行要求的相应设计，

高压电缆故障定位及隐患识别多位2.1总体方案具有可靠性高、安装方便、兼自诊断、远程升级等满足户外信息采集模块（光纤振动传感器等）容性强等优点。智能分析主机基于多核处理器，

内置DSP

，GPU；集成FPGA搭载北斗，

5G

，蓝牙，

BMS，以及多通道通讯网络；通过多通道高频模拟采集，实现环流采集分析，故障定位；通过高频采样进行多维度局放监测以及分析；内置电力通用协议转换，支持边缘代理;对环境监测以及防外破设备接入;具备无线接入以及维护能力;搭载BMS支持AC220以及光伏供电。采用多晶太阳能板与新型储能电池相结合的方式，

构建新型高效的供电系统

，在电池管理系统的加持下

，新型储能电池极大提升使用寿命

，

与电力二次设备同寿命周期相当

，

从而真正实现免维护，可以有效降低电力二次设备的运维成本，提高供电可靠性。2.1总体方案-智能主机、光伏供电系统光伏控制器新型储能电池BMS电池管理系统光纤

TMR传感器的结构设计•内部器件与外壳之间采用整体环氧浇注以保证其抗震防水性•

外壳上设计有压紧螺丝，安装可靠并可调节对中角度•设计聚磁环，提高传感器的灵敏度和测量精度，降低导线偏心对测量精度的影响。

TMR电流传感器的信号处理电路设计•

前置放大、信号滤波及模数转换

确定合适的屏蔽方法•采用软磁性材料保护传感器件免受准静态磁场的影响。相对磁导率>80000，保证TMR芯片的采样精度。2.1总体方案-采集传感器选择外观结构采样电路屏蔽罩设计智能接地箱集成的AI可视化系统，具备AI智能图像识别技术，安装于换位箱附近可以识别大型塔吊、挖掘机、土方车等施

工器具，识别可疑人员偷窃电缆等异常行为，达到电缆可视

化防外破的目的。基于OTDR光时域反射技术和光纤散射特征量的捕捉、比对、去噪技术，是一种典型的全光型、多防区监控预警系统。系统利用普通光缆为传感器，探测外界施工、破坏的振动源，经过监测主机的分析、识别、定位，对可能威胁电缆

路径上的行为实现准确报警和精准定位，及时通知运维人员。2.2基于光纤震动、视频监控的电缆隐患识别光纤振动监测视

频监控2

.3基于高频电流的局部放电识别与定位对称性、相位性、成弧形局放的典型特征：相位具有180°的相位特征、有比较陡的脉冲信号、有一定的带宽、频率较高脉冲振荡、上升陡峭脉冲振荡、上升陡峭频段分布广成山峰形频段分布较广,

计算公式如下：

X=(L

-

Δt

×

V)/2。当定位装置的通信光纤长度不一样时，

计算时需将光纤传输的时间差（t4-t3）

减去，

计算公式如下：X=(L-△T

×

V)/2△T=△T0-(t4-t3)精确定位：

双端时差定位法在线路中的两个绝缘接头上安装传感器，

可构成一个可用于双端时间差定位系统。双端时差定位原理如根据安装在电缆接头A

、

B的传感器S1

、

S2检测到的故障行波到达时间差可以计算故障点位置2

.3基于高频电流的局部放电识别与定位3）设计原因设计不合理。采取单端接地方式

，未设计安装回流线；高压电缆直接采用两端直接接地方式；

一个交叉换位段的电缆距离过长；电缆距离过长时

，仍采用单端接地方式；护层保护器参数选取不合理，

以上几种情况都会导致接地电流异常。4）其他原因由于交叉互联箱所处的环境非常复杂

，在雨季交叉互联箱进水的情况时有发生。护套交叉互联箱

，通常设置在地面以上，

时常会受到一些未知外力损坏

，一旦交叉互联箱受到破坏，整个系统的交叉互联结构也会被破坏。1）施工原因交叉互联系统接线错误，

同一换位段

，相邻交叉互联箱连接方式不一样

，也叫做换位排接反

，导致换位失败产生较大的接地电流。2）运行原因电缆接头的绝缘夹板被击穿

，如图121所示；

高压电缆外护套受损

，金属护套两点或者多点接地；同轴电缆内外芯导通；护层保护器被击穿等。2

.

4智能换位箱-

接地缺陷识别TMR复合传感器基于TMR信号同步2

.

4智能换位箱-

电缆缺陷识别采用积分变换识别缺陷（集中性绝缘缺陷）TDR缺陷精确定位绝缘破损、劣化缺陷识别监测点波形采集谐波矢量特征提取缺陷区间定位在电缆线路上安装多个智能换位箱

，

通常设置在每个交叉互联箱和终端接地箱处。

技术关键点在于这些监测点需要较高的同步性测量并记录每相护层的环流信息

（多点时间同步的幅值、

相位、

谐波含量等矢量信息以及实时高频采集复合行波信号）

。

*终端头

1#接头

2#接头

3#接头

4#接头

5#接头

s终端头

2

.5智能换位箱-

电缆故障定位L_MF

=

(L_MN

+v

*

Δt)

/2

基于TMR信号同步

监测点波形采集TMR复合传感器故障区间定位矢量特征提取基于双重注意力机制与深度神经网络的电缆环流行波首半波智能识别2

.5智能换位箱-

电缆故障定位故障识别故障精确定位2.6智能换位箱实现功能电缆接地系统缺陷识别电缆本体缓冲层缺陷识别电缆故障精准定位电缆通道施工隐患识别电缆本体及附件局部放电捕捉电缆偷盗及换位箱破损识别3425614.研制了多通道分布式监测系统

，

实现了电缆局放、

感应电流、

感应电压、

故障区间判断、视频监控的多维数据融合

，

通过全线分布式监测方式

，

搭建了高压电缆精益化管理平台，实现了电缆状态多通道监测。1.建立了以智能换位箱为载

体的电缆排管通道物联网，实现了智能感知终端的集中

通讯及供电

。

提出了通过MQTT协议就近集中接入智

能感知终端监测数据的方法

，实现了全方位多维度的一体

化监测。3.研制了接地电流监测系统，实现了电缆护层接地电流的全线分布式实时监测

，

基于矢量分析法搭建接地电流分析模型，通过突变电流的对比分析和矢量换算

，

实现了电缆接地系统故障的快速预警和精准定位。2.研发了新型储能单元

，

针对具备改造条件的传统全功率超过5W的监测设备进行低功耗改造

，

达到了毫瓦级别的功耗控制。2.7创新点总结03实际案例上海市浦东某220kV电缆接地电流监测位多次越线报警，经检查发现电缆14#和17#交叉换位箱换位排接错。上海普陀区某小区附近视频监控发现一起小临散抢施工，当天运维人员2次巡视均未发现，成功避免一起反外损事故。应用案例一上海市普陀区某商业中心附近开展楼宇爆破，电缆公司附近排管安装的电缆光纤振动传感器检测到明显的振动信号，持续时间和爆破时间完全吻合，对振动的幅值检测有效性和时效性均很高。应用案例二蓝京1A0225号绝缘接头接地箱监测到间歇性放电信号，具有工频相关性，幅值12dB，具有绝缘气隙放电特征。24蓝京1A0227号绝缘接头接地箱监测到间歇性放电信号，具有工频相关性，幅值14dB，具有绝缘气隙放电特征。应用案例三-局部放电蓝京1A02210号绝缘接头接地箱监测到间歇性放电信号，

具有工频相关性，幅值14dB，具有绝缘气隙放电特征。蓝京1A0229号绝缘接头接地箱监测到间歇性异常信号，幅值14dB。应用案例三-局部放电25基波高次谐波及其贡献率（%）有效值（A）峰峰值（A）相位第一主成分

（3\5\7\9次谐波）其他主成分（2/4/6/8次谐波）9号A1相18-4280-98530-40209号B1相9-2640-708719-31149号C1相25-5361-11013532-45259号N1相000009号A2相5-1023-44807-1469号B2相5-915-2513211-1369号C2相2-814-2098-1588号A1相25-4578-1122830-45228号B1相22-3447-8811518-35158号C1相30-4870-1-516522-3030高压电缆110kV某线路在安装智能换位箱之后，于精细化管控平台上出现频繁环流越限、三相不平衡告警。8号、9号接地箱监测数据见下表，分析该线路于8号和9号接地箱区间存在护层多点接地故障。应用案例四-缺陷识别橡胶件裂化6#接头，最大1500A18#接头，最大1400A2025年6月1日，发

现上海市某500kV电缆出现很大的接地电流信号如左图所示。该信号为故障时刻信号，呈现三林站到静安站信号强度逐步降低的特征，判断为三林站或相近接头故障。实际故障为1号接

头处，数据完全契合。应用案例五-电缆故障识别三林站接头，最大6700A12#接头，最大1400A04未来展望“1+N”：1：

一个智能换位箱N：多重感知功能功能一：故障电流采集；功能二：工频和谐波电流采集；功能三：高频局部