淺談煤礦井下6kV動(dòng)力電纜絕緣線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

時(shí)間：2023-12-22作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：86

摘要：針對供電系統(tǒng)絕緣問題檢測技術(shù)限制煤炭產(chǎn)量效率的問題，以某煤炭企業(yè)6kV井下供電系統(tǒng)為研究對象，開展了在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用工作。結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，滿足井下電力電纜絕緣在線監(jiān)要求，降低了井下電力電纜的人力資源消耗，減少了絕緣故障排除時(shí)間，提高了煤礦內(nèi)部電力設(shè)備利用率，為企業(yè)創(chuàng)造了多的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：煤礦；6kV動(dòng)力電纜；絕緣；監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用


0引言
隨著煤炭采掘產(chǎn)量和效率的不斷提高，對供電系統(tǒng)工作的性和性要求越來越高。目前我國煤礦綜采工作面電多為電纜供電模式，電纜絕緣性能好壞與電纜工作息息相關(guān)，現(xiàn)已引起了高度重視。煤礦井下環(huán)境較為惡劣，加之電纜長時(shí)間使用過程中的老化或者局部放電，易出現(xiàn)供電電纜的絕緣老化問題，一旦服役中的供電電纜出現(xiàn)絕緣老化，如不能及時(shí)查找故障位置并切斷絕緣老化線路，將會(huì)給煤礦井下供電系統(tǒng)造成較大的隱患。當(dāng)前供電系統(tǒng)絕緣老化在線監(jiān)測裝置較少，常用的測量監(jiān)測方法需要停止整個(gè)電網(wǎng)完成，不僅需要投入大量的人力物力，還會(huì)影響煤炭采掘工作的正常進(jìn)行，限制煤炭的產(chǎn)量和效率的進(jìn)一步提高。故此，以某煤炭企業(yè)6kV井下供電系統(tǒng)為研究對象，開展在線監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的意義。


1煤礦高壓電纜絕緣檢測問題概述
1.1監(jiān)測方法落后且誤差大
現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)煤礦井下高壓電纜監(jiān)測方式為定期停電離線檢測，采用手搖式指針兆歐表，運(yùn)用直流方法對供電電纜的絕緣性進(jìn)行監(jiān)測。通過在電纜芯線和表皮施加高壓直流電，如：2kV或者5kV，借助漏電電流計(jì)算電纜對地的絕緣性能。該監(jiān)測方法存在以下問題：①停電人工檢測，影響煤炭采掘工作并消耗大量人力資源。②監(jiān)測的直流阻抗通過計(jì)算得到，并不一定反應(yīng)電纜實(shí)際情況。③市售手搖式指針兆歐表的精度為10%，檢測誤差較大。
1.2測量精度的提升
當(dāng)前存在的電纜絕緣參數(shù)在線檢測裝置中，需要在供電系統(tǒng)工作時(shí)注入檢測信號，將檢測信號的幅值和功率設(shè)置的較低，避免出現(xiàn)傷人事故。由于電力電纜存在高強(qiáng)磁場，會(huì)干擾檢測信號和絕緣信號，導(dǎo)致檢測較為困難。煤礦井下環(huán)境惡劣、空間窄小、濕度較大、存在較多的大型采掘設(shè)備，檢測過程中存在干擾，尤其是檢測器件信號處理或者算法不合理時(shí)，檢測結(jié)果將會(huì)存在較大的檢測誤差。
2監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
監(jiān)控系統(tǒng)的功能是在停止電纜電力的情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測井下電纜系統(tǒng)絕緣性能參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣問題線路，能夠分析絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)及確定異常線路，以便及時(shí)確定供電系統(tǒng)絕緣故障。監(jiān)控系統(tǒng)方案涉及低頻電源、監(jiān)控終端、CAN總線模塊和監(jiān)控主站等，其中信號模塊實(shí)時(shí)采集低頻電源電壓及電流信號，傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)終端，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，得到電力電纜的實(shí)時(shí)絕緣電阻和電容值，之后借助CAN總線通信傳輸至監(jiān)控主站。單個(gè)監(jiān)測主站可以遠(yuǎn)程管理和控制多個(gè)故障預(yù)警終端并顯示絕緣參數(shù)數(shù)值，一旦發(fā)現(xiàn)電力電纜出現(xiàn)故障，將會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警及位置顯示，指導(dǎo)故障檢修人員及時(shí)完成故障處理。
3詳細(xì)設(shè)計(jì)
3.1硬件設(shè)計(jì)
3.1.1總體結(jié)構(gòu)
井下電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)終端硬件架構(gòu)，包括低頻信號源、電壓電流互感器、信號調(diào)理電路、數(shù)字量/模擬量采集電路、DSP處理器、CAN總線通信、鍵盤輸入、電源、時(shí)鐘、顯示等模塊。工作時(shí)，信號調(diào)理電路輸入端為電壓電流互感器，將接收得到的信號轉(zhuǎn)化成A/D模塊可以識別的信號進(jìn)行模擬量信號向數(shù)字量信號的轉(zhuǎn)化，之后傳輸至DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算。
3.1.2硬件選型
電流互感器的作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測電纜低頻電流信號，選擇型號為SCB2的閉環(huán)霍爾型電流互感器。電流互感器的量程為0~10mA，輸入電流范圍為0~10mA，輸出電流范圍為0~25mA，滿量程線性度為土0.2%，滿量程精度為土0.8%，響應(yīng)時(shí)間小于20uS。電壓互感器的作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測低頻電壓信號，選擇型號為霍爾電流型電壓互感器，電壓互感器輸入電流范圍為0~14mA，輸出電流范圍為0~25mA，測量電壓范圍為10~500V。模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊作用是將采集得到的電壓電流信號實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，選擇型號為ADS8365的A/D模塊，精度較高，具有16位并行功能，能夠同時(shí)進(jìn)行6路模擬量信號的同步采樣與轉(zhuǎn)換。DSP處理器選擇型號為TMS320F28335芯片，支持多種語言和代碼，具有較好的程序移植性。
3.2軟件設(shè)計(jì)
3.2.1主程序
井下電力電纜絕緣在線監(jiān)控系統(tǒng)主程序流程：進(jìn)行系統(tǒng)初始化，完成資源分配之后進(jìn)入測頻程序，緊隨其后的是A/D采樣程序，完成電力電纜低頻電壓電流信號的采集；經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模量的運(yùn)算即可得到電纜對地的絕緣電阻，對比標(biāo)準(zhǔn)電阻值，如果出現(xiàn)電纜絕緣電阻實(shí)測值小于標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警程序發(fā)出預(yù)警，并且將絕緣電阻故障的電纜編號和實(shí)測絕緣阻值顯示在操作面板中；與此同時(shí)，啟動(dòng)CAN總線通訊程序?qū)㈦娎|編號和實(shí)測阻值傳輸至人機(jī)交互界面。
3.2.2數(shù)據(jù)采集程序
數(shù)據(jù)采集程序?qū)崿F(xiàn)低頻電壓電流信號的采集并且實(shí)時(shí)存儲至DSP的存儲器，其中的電壓電流向量數(shù)據(jù)以向量組的形式存放。數(shù)據(jù)采集采用24個(gè)點(diǎn)的傅里葉算法，一個(gè)采樣周期需要采集24個(gè)數(shù)據(jù)，采樣過程如下：從監(jiān)測終端監(jiān)測得到輪采樣信號開始進(jìn)行電壓和電流的同步采樣，累計(jì)完成24個(gè)采樣數(shù)據(jù)即結(jié)束一個(gè)采樣周期，以此循環(huán)完成電力電纜系統(tǒng)絕緣性能數(shù)據(jù)的采集。
3.2.3數(shù)據(jù)處理程序
數(shù)據(jù)處理程序負(fù)責(zé)運(yùn)算處理數(shù)字量/模擬量采集模塊傳輸進(jìn)來的數(shù)據(jù)，涉及傅里葉分解運(yùn)算和絕緣電阻計(jì)算。傅里葉分解運(yùn)算直接通過C語言調(diào)用自帶函數(shù)庫中的公式，以便提高運(yùn)算的速率。通過直接調(diào)用函數(shù)的形式能夠?qū)崿F(xiàn)大計(jì)算量、高速度運(yùn)算，而且調(diào)用時(shí)采用簡單的C語言，保了代碼編寫的速度和模塊編寫的效率，能夠降低代碼的錯(cuò)碼率，保程序的運(yùn)行速度和準(zhǔn)確性。
3.2.4CAN總線通信程序
監(jiān)測終端檢測得到的實(shí)測電力電纜絕緣電阻數(shù)值經(jīng)CAN總線傳輸至地面變電所，通過人機(jī)交互界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。與此同時(shí)，監(jiān)控人員根據(jù)電力電纜絕緣電阻的實(shí)測值及其變化趨勢，通過人機(jī)交互界面可以發(fā)出相應(yīng)的控制指令，完成電力電纜工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制。
3.3人機(jī)交互界面
人機(jī)交互界面作為井下電力電纜在線監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示與遠(yuǎn)程控制的樞紐，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，常用的編程語言包括VB、C語言、C++、組態(tài)軟件等，其中組態(tài)軟件在人機(jī)界面設(shè)計(jì)方面具有明顯的靈活性和適應(yīng)性的優(yōu)勢，故而選擇組態(tài)軟件進(jìn)行人機(jī)交互界面的開發(fā)。監(jiān)控系統(tǒng)主界面涉及井下電纜絕緣電阻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、變化趨勢顯示、報(bào)警等。監(jiān)控人員可以通過觀察對應(yīng)編號電纜的絕緣電阻值，當(dāng)某條電纜出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，發(fā)出故障報(bào)警信號，同時(shí)界面顯示故障電纜編號，可以調(diào)取該電纜的絕緣電阻變化曲線，便于故障排查。
4應(yīng)用效果評價(jià)
為了驗(yàn)證井下電力電纜絕緣在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的適用性，將其應(yīng)用于某煤礦井下6kV動(dòng)力電纜絕緣監(jiān)測工作，進(jìn)行應(yīng)用效果跟蹤記錄。結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠很好的滿足井下電力電纜絕緣在線監(jiān)測功能。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，降低了井下電力電纜的人力資源消耗，減少了近30%的絕緣故障排除時(shí)間，提高了近15%的煤礦內(nèi)部電力設(shè)備利用率，預(yù)計(jì)為企業(yè)新增經(jīng)濟(jì)效益約150萬/年，了很好的應(yīng)用效果。
5絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品
5.1絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品
AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀


添加圖片注釋，不過 140 字（可選）
AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應(yīng)用在工業(yè)場所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。
5.2絕緣故障定位產(chǎn)品
添加圖片注釋，不過 140 字（可選）


工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測儀使用，主要包括ASG200測試信號發(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)。
5.3絕緣監(jiān)測耦合儀
添加圖片注釋，不過 140 字（可選）


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


6技術(shù)參數(shù)
6.1絕緣監(jiān)測儀技術(shù)參數(shù)
添加圖片注釋，不過 140 字（可選）




添加圖片注釋，不過 140 字（可選）


6.2測試信號發(fā)生器技術(shù)參數(shù)


添加圖片注釋，不過 140 字（可選）
6.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)
添加圖片注釋，不過 140 字（可選）


6.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)
添加圖片注釋，不過 140 字（可選）


6.5絕緣監(jiān)測耦合儀技術(shù)參數(shù)
添加圖片注釋，不過 140 字（可選）


7結(jié)語
井下電力電纜作為煤礦電力設(shè)備工作的前提條件，其工作的性和穩(wěn)定性為重要。針對供電系統(tǒng)絕緣問題檢測技術(shù)限制煤炭產(chǎn)量效率的問題，以某煤炭企業(yè)6kV井下供電系統(tǒng)為研究對象，開展了在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用工作。了較好的應(yīng)用效果，可以為同類工程提供一定參考。
參考文獻(xiàn)
[1]丁百東,孫秘,田錦釗.基于絕緣狀態(tài)趨勢分析的煤礦電纜絕緣可視化在線檢測系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].中國機(jī)械
[2]李忠奎,葉錦嬌.煤礦井下動(dòng)力電纜絕緣在線監(jiān)測技術(shù)研究[J].煤械
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.08版
[4]安科瑞 IT 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)（中英文）2021.01版

安科瑞電氣股份有限公司專注于智能電表,電流互感器,三相電能表,安科瑞,無源無線測溫裝置,斷路器觸頭測溫,母排測溫裝置等, 歡迎致電 18281590800

• 詞條

  詞條說明

• 無線測溫系統(tǒng)在電纜接頭的應(yīng)用

  0摘要采用無線射頻技術(shù)來測量電纜接頭溫度，設(shè)計(jì)的無線測溫系統(tǒng)硬件由溫度采集器系統(tǒng)和無線匯集終端系統(tǒng)兩部分組成。將溫度采集器安裝在高壓帶電體被測接點(diǎn)上，溫度采集器的射頻芯片在接受到無線匯集終端發(fā)來的溫度讀取指令時(shí)會(huì)將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送出去，然后由無線匯集終端接收處理數(shù)據(jù)。該裝置可準(zhǔn)確地提供被測設(shè)備溫度變化，為設(shè)備安全運(yùn)行提供實(shí)時(shí)的可靠數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：電纜接頭溫度；無線測溫；射頻技術(shù)；通信方式&nbs

• 無源無線式在線測溫技術(shù)的應(yīng)用與選型

  引言:對于配電站10 kV開關(guān)柜隔離開關(guān)、高壓隔離開關(guān)斷路器觸碰部位以及他導(dǎo)電性排聯(lián)接部位在長時(shí)間運(yùn)作流程因其表層空氣氧化浸蝕、擰緊地腳螺栓松脫造成回路電阻增大而導(dǎo)致發(fā)燙常見故障的問題，明確提出并產(chǎn)品研發(fā)了根據(jù)聲表面波技術(shù)性的適用配電站10kV開關(guān)柜關(guān)鍵環(huán)節(jié)溫度測量的無源無線式線上測溫系統(tǒng)。該體系根據(jù)目前配電站綜合性數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)完成溫度測量信息內(nèi)容的統(tǒng)一收集與傳送，具備遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和確診、即時(shí)

• 無源無線測溫裝置在環(huán)網(wǎng)柜中的應(yīng)用（安科瑞 吳雅芳）

  引言：經(jīng)濟(jì)**化經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展至今，大家更加注重對新工藝的運(yùn)用。無源無線測溫裝置的發(fā)生，為環(huán)網(wǎng)柜維護(hù)帶來了新的構(gòu)思。無源無線測溫裝置優(yōu)點(diǎn)顯著，是技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，對自然環(huán)境適應(yīng)力很強(qiáng)。除此之外，裝置的續(xù)航能力很強(qiáng)，可以適用于多種多樣規(guī)格的環(huán)網(wǎng)柜，應(yīng)用銷售市場寬闊。根據(jù)此，討論了無源無線測溫裝置的合理操作方法與在環(huán)網(wǎng)柜中的運(yùn)用。關(guān)鍵字：無線測溫裝置；環(huán)網(wǎng)柜；傳感器系統(tǒng)軟件 1.前言 伴隨著**化的開展

• 變電站**運(yùn)維云平臺的分析及應(yīng)用

  摘要：隨著智能變電站的推廣，電力系統(tǒng)采用可靠、集成、環(huán)保的智能設(shè)備，依托全站信息數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，自動(dòng)完成變電站設(shè)備信息的采集、測量、保護(hù)、控制等基本功能，傳統(tǒng)的“看得見”、“摸得著”的二次回路變成了“看不見”、“摸不著”的“黑匣子”，增加了變電站運(yùn)維、檢修的不可控性，本文提出變電站智能運(yùn)維管理平臺的研究方案。可對變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程*管控。使運(yùn)維站、檢修工區(qū)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程