浅谈煤矿高压动力电缆绝缘故障系统的研究

安科瑞 彭海生
壹捌叁-贰壹玖零-零玖贰七

择要:本文先容了矿井高压动力电缆绝缘故障监测体系利用，阐发了煤矿高压供电体系作为高危行业的特殊性要求，供电体系高压电缆在线监测供电体系的绝缘状态、实现预警、故障定位、接地选线功效，是供电治理的紧张妙技，论述了体系特色及先进性，实践注解在体系利用进步了企业机电治理职员电力体系的监管程度，进步企业经济效益和社会效益。

症结词:电缆绝缘；预警；故障定位；接地选线

神东保德煤矿是国度能源团体神东煤炭团体公司一座在山西省的年夜型煤炭临盆基地，由原保德县东关镇煤矿和桥头煤矿技术改革整合而成。井田南北走向长14.0km，器械倾向宽5.7km，面积55.898km2。因为临盆体系的特色，井上、下年夜量利用高压动力电缆，电缆运行直接影响煤矿的临盆，一旦产生电缆故障，势必引起采掘临盆、矿井透风、排水、压风等临盆体系事故，造成了煤矿的重年夜临盆经济损失、职员伤亡和其他次生灾害。今朝每年做的电缆局放和耐压实验，存在以下问题:一是从基本上不克不及体现电缆绝缘程度的真实环境；二是耐压实验是一种破坏性实验，实验的同时也是对电缆绝缘的破坏；三是跟着矿井对供电靠得住性的要求越来越高，不克不及历久在线监测。

今朝煤矿井上下高压供电体系广泛利用小电流接地体系、绝缘监测装配均不克不及办理上述问题，是煤矿供电历久存在的痛点。为此，主动化改革保德煤矿供电装配，保德煤矿一直愿望在供电体系高压电缆故障产生之前可以或许给出报警信息，形成预警体系，提前采取步伐去除隐患，避免突发短路造成年夜面积停电。另外，可以或许快速精确选线和断定故障地位。以下为保德煤矿高压动力电缆绝缘故障体系的设计计划。

1 高压动力电缆绝缘故障体系设计

保德煤矿高压动力电缆故障预警监测体系主要包括:地面长途主机(云端服务)、体系采集单位及各监测装配(含高频传感器)，体系的布局如图1所示。

图1 体系布局图

1．1 地面长途主机

地面长途主机设置在矿调剂批示中心，调剂批示中心设置一台操控站，经由过程操控站对井下所有高压电缆体系相关装备进行集控和监督。操控站分为硬件和软件两部门:

①硬件装备:工业节制计算机、显示器等；

②软件:监测、节制组态软件。

地面长途主机采纳基于B/S方式的体系治理软件，采纳局域网方式与监测装配通讯，设置装备摆设装配的参数设值，经由过程上位机通讯实现长途服务。体系还附带云端拜访功效，经由过程随意率性一台联网计算机，查看电缆在线监测体系运行环境、装备运行环境以及线路告警信息等。煤矿高压动力电缆绝缘故障监测体系采纳全收集化设计，为每个装配分派分歧的IP地址，一个装配可及时在线检测16条交联聚乙烯或橡套高压动力电缆。体系可在设准时间段内，持续监测和记载被测动力电缆产生“可规复故障”的次数以及瞬时电磁暂态旌旗灯号的强度和形态，作为故障预警、选线、测距的特定判据。

1．2 体系技术指标

①电流旌旗灯号采样频率:10MHz×16路；②电压旌旗灯号采样频率:100kHz×4路；③电流单端故障测距规模:≤17km(可定制)；④体系定位精度:±4．25m；⑤同步授时精度:10ns；⑥测试盲区:≤10m；⑦电缆故障预警精确率:≥95%；⑧电缆故障选线精确率:≥99%；⑨与云端通讯方式:无线4G、5G通讯；⑩体系装配通讯方式:网口；1云端服务器:免费3a云服务；12体系上位机:品牌工控机；13体系扩容:可支撑组网253台监测单位；14体系供电方式:AC127V±10%；15体系事情情况温度:－25~+70℃；16体系在线运行:＞80000h。

1．3 体系采集单位

保德煤矿选择井下1号中间变电所、2号变电所、三(下)盘区水泵房变电所、康孙62连巷变电所、五盘区井底水泵房变电所、集中巷变电所六个变电所15段母线及其母线下三芯电缆的在线监测，体系监测方式为站内集中式监测，在变电所低压侧选择适宜地位安装矿用隔爆兼本安型高压动力电缆绝缘故障阐发主机，高压侧选择适宜地位安装矿用本安型电流采集器。

1．4 GPC电流行波探头

GPC电流行波探头安装在被监测交联聚乙烯电缆金属屏障层接地线上，卖力监测被测电缆的暂态电流行波旌旗灯号，探头依照箭头指导偏向固定在电缆屏障线上，注意屏障线处安装探头之前必要进行绝缘处置。探头与矿用本安型电流行波采集器之间经由过程多芯同轴电缆衔接。

1．5 GPD电流行波探头

GPD电流行波探头安装在被监测橡套电缆本体上，卖力监测被测电缆的暂态电流行波旌旗灯号，探头与矿用本安型电流行波采集器间经由过程多芯屏障线衔接。

1．6 通讯收集

体系主站内通讯收集使用内部以太网通道或者光纤通道通讯；体系主站与体系云端应用保德煤矿综合分站5G光纤收集通讯。

1．7 体系主要功效

①故障预警:实现对供电体系高压电缆、接线盒、供配电装备等绝缘故障分黄色、橙色、赤色品级预警，属于煤矿重年夜装备感知内容，是智慧矿山建设根基；②故障选线:依据行波原理，实现接地选线，靠得住实现《煤矿规程》第453条选择性单相接地掩护，是小电流接地选线装配的进级换代产物；③故障测距:应用A型测距原理，实现故障点测距，为敏捷处置故障提供根据，防止次生灾害和扩展事故；④体系云服务:提供足够的用户空间，用户在任何光阴、所在经由过程阅读器拜访现场的体系监测环境，体系汗青数据永远存储，便利汗青查看；⑤本地功效:体系后台安装于主站内，设置装备摆设一次体系图，实现故障预警、选线、测距的功效、及时显示母线电压、一次体系图故障线路闪耀、弹窗报警、声音报警；⑥电子值班:实现无人值守，报警信息及事情状况可经由过程发送短信息、APP推送至相关职员；⑦长途技术支撑:7×24h长途服务，实现故障波形辅助阐发，体系法式长途进级；⑧汗青存储:实实际时存储信息，可查询汗青数据等。

2 高压动力电缆绝缘故障体系利用

保德煤矿利用的煤矿高压动力电缆故障预警监测体系，实现高压供电故障预警、接地选线、故障测距等，避免重年夜供电事故，避免因高压供电事故引

起水、火、瓦斯等重年夜矿井灾害事故，办理了供电体系维护治理多年来的难题[2]。体系主要有如下利益:

①进步了矿井供电体系主动化程度，有方案地提前采取步伐，保证矿井装备运行平安，保障了电网的靠得住供电，避免了因为突发停电造成的经济损失。

②从故障选线、故障预警方面做到主动化，年夜年夜进步了电力运行职员的事情效力，本来人工查找故障点费时辛苦，经由过程安装电缆在线监测体系主动预警电缆故障，节俭了年夜量的光阴和人力，进步了事情效力。

③经由过程及时监测电缆的运行状况，提前预警电缆故障，电缆在故障前获得处置，实时修复或切换，增长了电缆的使用寿命，节俭了临盆运营本钱。可能使用20a的使用刻日有可能增长到25a乃至更长，年夜年夜节俭了原资料本钱。

④体系装配布局紧凑，施工安装便利，可历久监测重点站、重点装备、非常装备，体系设置装备摆设机动。不转变电缆运行方式和布局，不占用现有体系资本，在电缆接地导体上安装高频传感器，平安靠得住。

⑤采纳行波故障定位丈量法，实现对电缆本体发生的绝缘软弱点定位，定位精度可达±4．25m。缩短供电故障查找光阴。采纳高机能FPGA处置器，实现100Msps、14Bit分辩率的高速采样、存储。

体系的胜利利用实现交联聚乙烯、橡套等高压动力电缆故障预警。从故障预警、故障选线、故障测距等方面到达技术领先，进步供电靠得住性，进步了运维职员事情效力。经由过程及时监测电缆的运行状况，电缆在故障前获得的处置，增长了电缆的使用寿命，节俭了临盆运营本钱。进步了供电线路监测主动化程度，保障了电网的靠得住供电，避免了因为突发停电造成的经济损失。体系软件平台部署在云服务器端，操作职员拜访便利，不受光阴、所在限定，可及时查看线路运行环境，便利治理。体系相应光阴短，当电缆产生暂态故障发生行波旌旗灯号后，高频传感器在5s内可将采集到的故障旌旗灯号经由过程收集通讯通报给上位机软件并及时显示故障线路和故障波形，便于值班职员快速阐发处置。

3 应用故障体系阐发办理高压动力电缆绝缘故障

3．1 高压电缆的反省

煤矿高压动力体系中，会有开关、掩护电器等这类症结部件。开关柜的作用是保证煤矿高压动力体系的整个电路事情正常，在煤矿高压动力体系呈现显著非常时经由过程拉合开关柜来掩护煤矿高压动力体系。

3．2 反省煤矿高压动力体系的变压器

电力变压器是一种应用电磁感应原理转变交流电压的装备，它主要由主线圈、次线圈、铁芯构成。今朝变压器利用异常普遍，煤矿高压动力体系中，变压器许多。此中，变压器的运行及事故处置是十分紧张的课题。

煤矿高压动力体系在使用进程中，有时会突然停机。这种环境年夜部门都是因为变压器问题发生。变压器可用于转变煤矿高压电力体系的电压，削减电力运输进程中的损耗。然则，对变压器改革欠妥，会使变压器的散热功效受到影响。一些事情职员为了使煤矿高压动力体系永劫间运转，会不科学地改革变压器。如许的转变彷佛并不完全相符要求。电压增年夜时，固然损耗有所低落，但发生热量也较快，电缆也会变得温度较高。排查故障时，要查看是否因变压器事情状态欠妥而造成电缆过热，进一步反省故障。另外，要办理煤矿高压动力体系的故障问题，还必要增强对煤矿高压动力体系维修常识的鼓吹，匆匆使宽大煤矿高压动力体系用户对煤矿高压动力体系常见故障进行更深刻的相识和反省。煤矿高压动力体系的内部元器件比拟懦弱，一旦产生故障必要实时维修。一样平常而言，只要煤矿高压动力体系的焦点部件没有呈现问题，其他问题就能很好地办理。装备焦点一旦出了问题，我们就必要消费年夜量的光阴去找出问题在于哪个部件，装备的调换和维修也每每加倍繁杂，在维修煤矿高压动力体系的同时，严重影响用户的使用体验。为此，我们广泛使用煤矿高压动力体系的常识和故障诊断技能，做好煤矿高压动力体系变压器的反省，实时发现可能产生的故障。

3．3 反省高压动力电缆绝缘故障体系的事情状况

高压动力电缆绝缘故障体系及故障处置也是现阶段煤矿高压动力体系检修急需办理的问题。年夜数据期间的到来，险些所有行业都在尽力将智能技术植入此中，我国的煤矿高压动力体系也不破例。在这方面智能节制技术有很年夜的施展空间。一是经由过程智能节制，主动节制开关电机，削减工资操作，不需体系执行义务就能结束事情，到达节俭电力的目标。二是应用智能节制体系调节电念头功率，避免了年夜功率运行时发生的各类噪声和有害物资，削减了平安隐患和负面影响。当然，智能体系在处置故障时，也异常有益。在煤矿高压动力体系中，故障体系是此中的症结一环。一是要加年夜资金投入，确保故障体系正常运行；对付故障体系今朝已经进行了资本设置装备摆设。然则，今朝，我国对煤矿高压动力体系对故障体系仍旧看重不够，在故障体系的安装、使用、维护和治理方面还存在很多问题。很多体系和装配在安装前未进行实验，也未用于日常维修，另外，为了更好地做好煤矿高压动力体系事故处置事情，国度在这方面也应该加年夜投入和政策支撑力度。在充分的资金和强有力的政策支撑下，接下来各相关部分要年夜力推广高压动力电缆绝缘故障体系，加年夜对高压动力电缆绝缘故障体系的搀扶力度，做好相关煤矿高压动力体系的建设。做好煤矿高压动力体系互感器装备的故障排查，处置某些故障征象，进步煤矿高压动力体系的靠得住性，保证电力的供给，为煤矿高压动力体系发明更年夜的效益。

4 绝缘监测及绝缘故障定位产物

4.1绝缘监测及绝缘故障定位产物

AIM-T系列工业用绝缘监测仪

AIM-T系列绝缘监测仪主要利用在工业场合IT配电体系中，主要包含AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款产物，均实用于纯交流、纯直流以及交直流混合的体系。

此中AIM-T300实用于450V以下的交流、直流以及交直流混合体系，AIM-T500实用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增长了绝缘故障定位功效。

4.2绝缘故障定位产物

工业用绝缘故障定位产物共同AIM-T500L绝缘监测仪使用，主要包含ASG200测试旌旗灯号产生器，AIL200-12绝缘故障定位仪，AKH-0.66L系列电流互感器，实用于出线回路较多的IT配电体系。

4.3绝缘监测耦合仪

绝缘监测耦合仪共同AIM-T500绝缘监测仪使用，主要包含ACPD100，ACPD200，实用于交流电压高于690V，直流电压高于800V的IT配电体系。

5 技术参数

5.1绝缘监测仪技术参数

型号

技术指标

AIM-T300

AIM-T500

AIM-T500L

辅助电源

电压

AC 85~265V；DC100~300

AC 85~265V；DC100~300

功耗

＜8W

＜8W

被监测IT体系

电压

480V以下的交流、直流以及交直流混合体系

690V以下的交流及交直流混合体系、800V以下直流体系

频率

40~60Hz

40~60Hz

绝缘监测

丈量规模

1kΩ~5MΩ

1kΩ~10MΩ

报警值规模

10kΩ~5MΩ

10kΩ~10MΩ

相对偏差

1~10k: 10k；10k~5M: ±10%

1~10k: 10k；10k~10M: ±10%

容许体系泄露电容

<150μF

<500μF

相应光阴

<6s

<5s

通信

RS485，Modbus-RTU

RS485，Modbus-RTU

RS485，Modbus-RTU；

内部参数

丈量电流

<170μA

<270μA

绝缘故障定位

电磁兼容/电磁辐射

IEC61326-2-4

IEC61326-2-4

额定冲击电压/污染品级

8kV/Ⅲ

8kV/Ⅲ

内部直流电阻

≥120kΩ

≥180kΩ

输出

继电器输出

预警、报警

失足、预警、报警

情况

事情温度

-20~+60℃

-15~+55℃

存储温度

-20~+70℃

-20~+70℃

相对湿度

5%~95%，不结露

5%~90%，不结露

海拔高度

≤2500m

≤2500m

5.2测试旌旗灯号产生器技术参数

辅助电源

电压

AC 85~265V DC100~300V

功耗

<7W

IT体系

额定电压

单订交流AC 220V

三订交流 AC 0~690V

直流DC 0~800V

绝缘故障定位

相应光阴

<5s

定位电压

20V/5Hz

定位电流

0~10mA

情况

电磁兼容/电磁辐射

IEC61326-2-4

事情温度

-15-+55℃

5.3绝缘故障定位仪技术参数

辅助电源

电压

AC 85-265V DC100~300V

功耗

<5W

绝缘故障定位

相应光阴

<12s

定位电压

定位电流

相应敏锐度

>0.5mA

输出

继电器输出

报警Alarm

情况

电磁兼容/电磁辐射

IEC61326-2-4

事情温度

-15-+55℃

5.4 AKH-0.66L系列电流互感器技术参数

型号

额定电流

变比

品级

过载倍数

L-45

16-100A

5A：5mA

1

10

L-80

100-250A

L-100

250-400A

L-150

400-800A

L-200

800-1500A

5.5绝缘监测耦合仪技术参数

产物型号

ACPD100

ACPD200

实用体系

单订交、直流不接地体系

三订交流、直流不接地体系

电压品级

交流0~1150V，直流0~1760V

交流0~1650V，带直流元件0~1300V

直流阻抗

≥160kΩ

AK1≥225kΩ

事情温度

-10~+55℃

存储温度

-20~+70℃

防护品级

IP30

6 结论

保德煤矿高压动力电缆绝缘故障监测体系的胜利利用是实近况态检修的手腕之一，体系对在运行电压下对电缆的绝缘状况进行检测，真实反映电缆的绝缘程度。主动持续监测状况下，根据年夜量的数据以及判据的数模阐发，监测体系应用云服务功效将电缆故障预警信息上传至多用户云空间，装备治理职员可以实现长途监控，使矿井机电卖力人及时相识变电站内电缆运行状态信息，肯定电缆运行状况，做到故障前的及时预警、选线和测距，实现电缆的状况检修，年夜年夜削减人工巡视。进步矿井机电治理职员电力体系的监管程度，进步企业经济效益和社会效益。

参考文献:

[1]王晓彪．电力电缆故障诊断与检测技术阐发[J].电子制造，2016(18)．

[2]于洋，杨伊璇．电力电缆的故障诊断与检测技术[J]．黑龙江科技信息，2015(36)．

[3］安科瑞企业微电网设计与利用手册.2020.6版；

[4］安科瑞IT体系绝缘监测故障定位装配及监控体系（中英文）2020.01版