Entwicklung und Untersuchung von Verfahren zur Fehlerortung an langen HGÜ-Kabelstrecken

Autor: Younes Norouzi

ISBN: 978-3-95900-638-5

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2021

Herausgeber der Reihe: Lutz Hofmann, Peter Werle, Richard Hanke-Rauschenbach

Band-Nr.: IfES 04/2021

Umfang: 250 Seiten, 183 Abbildungen

Schlagworte: Hochspannungskabel, Extrudiertes Kabel, Fehlerortung, Frequency Domain Analysis (FDA), TDR, Monitoring, Schirmströme, HGÜ, Erdungskonzept

Kurzfassung: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-(HGÜ)-Kabel erlangen eine zunehmende Bedeutung in der Energieübertragung über lange Strecken. Solche Kabelstrecken mit Längen von ca. 750 km werden u. a. im Projekt „SuedLink“ zum Einsatz kommen. Aufgrund der großen Längen dieser HGÜ-Kabelstrecken stoßen die klassischen Kabelfehlerortungsverfahren jedoch an die technischen Grenzen. Um die Ausfallzeit der Energieversorgung zu verkürzen und somit die Verfügbarkeit von HGÜ-Kabelsystemen zu erhöhen, beinhaltet die vorliegende Arbeit Untersuchungen zur Entwicklung neuer Verfahren zur Fehlererkennung, Fehlerklassifizierung und Fehlerlokalisierung für lange Kabelstrecken.
Zum einen wurde ein offline Fehlerortungsverfahren entwickelt, das mittels eines neuartigen Ansatzes zur Analyse der Messergebnisse im Frequenzbereich eine Aussage über die Art und den Ort von Kabelfehlern, insbesondere auch für lange Kabelstrecken, ermöglicht. Es wurden an Kabelstrecken unterschiedliche Fehlerszenarien simuliert und gezeigt, wie sich die Veränderung bestimmter Parameter für gewisse Fehlerfälle auf die Messergebnisse auswirkt. Das Simulationsmodell wurde mit Hilfe verschiedener realer Kabel mit Längen von 75 m bis 51 km validiert und verifiziert. Außerdem wurden die Genauigkeit und die Anwendbarkeit dieses Verfahrens mit einer State-of-the-Art Technik - der so genannten Time Domain Reflectometry (TDR)-Methode - für verschiedene Fehlerszenarien bei unterschiedlichen Kabellängen verglichen.
Ferner wurde basierend auf der Analyse und Simulation von Erdungskonzepten und deren Einfluss auf die Fehlerortung ein zweites Verfahren zur Fehlerlokalisierung an langen HGÜ-Kabelstrecken durch die online Messung der Schirmströme entwickelt. Das Verfahren wurde für ein 34 kV-Kabel mit einer Gesamtlänge von 225 m verifiziert. Für das Simulationsmodell wurden verschiedene Erdungsvarianten und das Verhalten der Schirmströme bei Kabelfehlern mit unterschiedlichen Fehlerwiderständen untersucht. Insgesamt zeigten die Untersuchungen, dass die entwickelten offline und online Fehlerortungsverfahren deutlich über den Stand der Technik hinausgehen, so dass eine präzise Lokalisierung unterschiedlicher Fehler mit den neu entworfenen Verfahren möglich ist.