摘要：通過(guò)研究單相漏電時(shí)零序電壓的變化規(guī)律，研究了礦井電纜絕緣下降檢測(cè)方法及動(dòng)力電纜附加低頻信號(hào)取樣技術(shù)，結(jié)合常規(guī)漏電保護(hù)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了動(dòng)力電纜絕緣參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及配套軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井低壓供電系統(tǒng)每一分支電纜的絕緣在線監(jiān)測(cè)，達(dá)到選擇性漏電保護(hù)的目的。

關(guān)鍵詞：礦井電網(wǎng)；絕緣下降；電纜監(jiān)測(cè)；漏電保護(hù)；低頻信號(hào)

0引言

       漏電故障是由于帶電導(dǎo)體對(duì)地絕緣下降到一定程度，漏電流增大到一定程度的漏電現(xiàn)象。漏電故障會(huì)使電網(wǎng)三相電壓對(duì)地不對(duì)稱，且中性點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生位移，并產(chǎn)生零序電壓和零序電流。井下電網(wǎng)漏電分為分散性漏電和集中性漏電。分散性漏電是由于整條供電線路絕緣水平下降到一定程度造成的漏電；集中性漏電是由于電網(wǎng)三相電中的一相對(duì)地絕緣失效造成的漏電，這種漏電電流很大，對(duì)人危害也比較大。

       礦井供電系統(tǒng)產(chǎn)生漏電故障的原因主要有檢查不到位、操作不當(dāng)、電纜絕緣層被破壞、電纜絕緣老化、電纜受潮、電氣設(shè)備或電纜選擇不當(dāng)過(guò)載運(yùn)行、電纜或開(kāi)關(guān)設(shè)備過(guò)電壓運(yùn)行、電纜過(guò)長(zhǎng)或開(kāi)關(guān)過(guò)多造成的電網(wǎng)總絕緣水平下降、接頭不牢、喇叭口封堵不嚴(yán)等。漏電故障需要停電維護(hù)處理，對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，如果維修不及時(shí)也極易發(fā)生觸電事故。如果造成通風(fēng)機(jī)停機(jī)，將有可能造成瓦斯積聚而引起安全事故。

      目前，煤礦井下應(yīng)用的開(kāi)關(guān)漏電保護(hù)裝置應(yīng)用不是十分可靠，偶爾會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作的情況。由于電容電流補(bǔ)償裝置使電網(wǎng)保護(hù)裝置不能正確選擇出故障線路，并使非故障線路跳閘，影響煤礦供電安全，影響煤礦生產(chǎn)作業(yè)。本文設(shè)計(jì)了絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅能監(jiān)測(cè)整個(gè)電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)，而且能準(zhǔn)確判斷出故障線路，避免誤動(dòng)作的發(fā)生，可以取代預(yù)防性檢修，提高了煤礦電網(wǎng)的安全性，研究意義重大。

1.絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      自主研發(fā)信號(hào)調(diào)理模塊，將漏電流變送器的輸出信號(hào)放大、濾波，原理如圖6所示。設(shè)計(jì)采用超微晶電流互感器，電壓形成回路、帶阻濾波、放大電路、帶通濾波組成模擬量采集信號(hào)調(diào)理板。自主研發(fā)信號(hào)處理單元，外部使用16位AD進(jìn)行采樣，能夠?qū)﹄娏鞯奈⑿∽兓M(jìn)行處理。監(jiān)測(cè)設(shè)備工作電壓：AC660V(三相)；輸入視在功率：250V·A；端口數(shù)量：1路(KT83-Z信號(hào)轉(zhuǎn)換器傳輸)；傳輸方式：多主式、CAN；傳輸速率：5kb/s；傳輸距離：4km(使用MHYVR電纜或MHYVP電纜，導(dǎo)線截面不小于1.5mm2)；通信信號(hào)的電壓峰-峰值：1.5~5V。分站通過(guò)CAN總線連接至KT83-Z礦用本安型信號(hào)轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)低壓電網(wǎng)實(shí)時(shí)診斷功能，并具備本地液晶顯示功能。當(dāng)被監(jiān)測(cè)的低壓電網(wǎng)支路絕緣電阻下降時(shí)，分站顯示“絕緣下降報(bào)警"，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，并將故障支路告知監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域判斷，同時(shí)發(fā)出故障區(qū)域閉鎖信息。當(dāng)被監(jiān)測(cè)的低壓電網(wǎng)支路絕緣電阻恢復(fù)正常時(shí)，分站顯示“絕緣良好"。

      礦井電網(wǎng)線路保護(hù)監(jiān)控平臺(tái)軟件旨在為用戶提供動(dòng)力電纜絕緣參數(shù)來(lái)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，以及實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)線路保護(hù)功能的各種界面。具有基本在線監(jiān)測(cè)功能，包括多支路電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率以及功率因數(shù)等參數(shù)采集與顯示。用戶可以通過(guò)軟件提供的界面設(shè)置任意保護(hù)整定參數(shù)，系統(tǒng)按照用戶設(shè)置的整定值完成監(jiān)測(cè)過(guò)程，并可按用戶要求自動(dòng)按間隔記錄一次電網(wǎng)參數(shù)或者記錄用戶感興趣的當(dāng)前值。在發(fā)生漏電故障(采集值大于設(shè)置整定值)時(shí)，軟件具有報(bào)警及實(shí)時(shí)記錄故障數(shù)值的功能。具備手動(dòng)設(shè)置功能和絕緣在線監(jiān)測(cè)警戒閾值、選擇性漏電保護(hù)整定值、短路保護(hù)整定值的設(shè)置功能。具備漏電保護(hù)選線功能，可顯示故障支路號(hào)。具備對(duì)地絕緣電阻顯示功能，提供外配設(shè)備接入支持。此外，還具備完善的數(shù)據(jù)管理、組態(tài)顯示和打印功能。

2.試驗(yàn)測(cè)試

      用MATLAB/Simulink的電力系統(tǒng)模塊庫(kù)(PowerSystemBlockset)中的模塊，進(jìn)行RLC電路、電力電子電路、電機(jī)控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)仿真模型搭建。搭建的仿真模型主要包括電源模塊(Three-Phase Source)、變壓器模塊(Three-PhaseTransformer)、負(fù)載模塊(Three-PhaseSeriesRLCLoad)、電流表模塊 (CurrentMeasurement)、濾波器(ButterworthFilter)和示波器模塊(Scope)等。在動(dòng)力電纜上模擬套接的高靈敏度電流互感器檢測(cè)電源信號(hào)的波形，區(qū)分故障支路與非故障支路，從而達(dá)到有選擇性地切斷故障支路的目的。更換所選模塊的參數(shù)，模擬零序電流互感器檢測(cè)的工頻電流與非故障支路檢測(cè)到的電流。設(shè)置不同煤礦動(dòng)力電纜仿真參數(shù)，模擬仿真動(dòng)力

電纜絕緣參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。建立煤礦井下低壓電網(wǎng)仿真模型，如圖7所示。

       采用高精度動(dòng)力電纜故障測(cè)試系統(tǒng)、大電流發(fā)生器、動(dòng)力電纜絕緣漏電檢測(cè)裝置、礦用屏蔽通信電纜等組建礦井電纜對(duì)地絕緣值測(cè)試系統(tǒng)?？傪侂娐╇姳Ｗo(hù)通過(guò)直流電源對(duì)地檢測(cè)來(lái)完成，當(dāng)對(duì)地絕緣電阻小到一定值時(shí)開(kāi)關(guān)漏電閉鎖，開(kāi)關(guān)正常工作后，負(fù)載側(cè)線路當(dāng)對(duì)地漏電電阻小到一定值時(shí)，開(kāi)關(guān)將快速動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間在200ms范圍內(nèi)，此動(dòng)作時(shí)間會(huì)大于分饋電工作狀態(tài)時(shí)的50ms，使得總、分饋電縱向漏電保護(hù)的時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，在分開(kāi)關(guān)負(fù)載側(cè)漏電時(shí)，總饋電不至于誤動(dòng)作。

      總饋電的負(fù)載側(cè)1K漏電試驗(yàn)時(shí)，首先按下總饋電試驗(yàn)柜表盤上的按鈕選擇0.22μF或者0.47μF或者1.0μF對(duì)地電容，選擇對(duì)地電容大說(shuō)明線路長(zhǎng)，當(dāng)按下1K漏電試驗(yàn)按鈕后，可以觀測(cè)到對(duì)地漏電電流和開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間，電流和時(shí)間的乘積由于被試開(kāi)關(guān)的三相電抗器具有對(duì)電容電流的補(bǔ)償功能而不應(yīng)大于30mA·s，從試驗(yàn)當(dāng)中可以看出開(kāi)關(guān)的負(fù)載線路不宜過(guò)長(zhǎng)，線路過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起漏電流增大，增大人身觸電的危險(xiǎn)性?？傪侂姷呢?fù)載側(cè)漏電不能引起其負(fù)載側(cè)的任何一路分饋電的動(dòng)作。

       試驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論對(duì)于單條支路絕緣下降、漏電故障，還是分散性絕緣下降、漏電故障，如果單純地采用傳統(tǒng)的、利用母線電流故障特征量作判據(jù)的選擇性漏電保護(hù)都有一些局限性。采用基于低頻疊加法的零序功率方向型的差動(dòng)選擇性漏電保護(hù)技術(shù)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別故障特征，正確反映故障類型，達(dá)到在線獲取電纜絕緣參數(shù)并將漏電故障及時(shí)排除于萌芽階段的目的。

2絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

2.1絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)儀

AIM-T系列絕緣監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統(tǒng)中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

2.2絕緣故障定位產(chǎn)品

工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測(cè)儀使用，主要包括ASG200測(cè)試信號(hào)發(fā)生器，AIL200-12絕緣故障定位儀，AKH-0.66L系列電流互感器，適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

2.3絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀

絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測(cè)儀使用，主要包括ACPD100，ACPD200，適用于交流電壓高于690V，直流電壓高于800V的IT配電系統(tǒng)。

3結(jié)語(yǔ)

      通過(guò)分析供電系統(tǒng)發(fā)生接地故障后的各種故障信息及其特征規(guī)律，對(duì)常用的各種算法進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上研究動(dòng)力電纜絕緣參數(shù)在線監(jiān)測(cè)的方法，提出用附加低頻信號(hào)電源的方法進(jìn)行動(dòng)力電纜絕緣參數(shù)在線監(jiān)測(cè)的方案，建立動(dòng)力電纜分布參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用零序功率方向原理實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)接地保護(hù)。絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能在電網(wǎng)處于工作狀態(tài)下對(duì)電纜絕緣狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，不僅能夠監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的絕緣水平，而且可以監(jiān)測(cè)每一分支電纜的絕緣狀況，大大提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，取代預(yù)防性檢修，將由絕緣薄弱引發(fā)的故障現(xiàn)象消滅在萌芽狀態(tài)，具有重大意義。