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摘要：針對供電系統絕緣問(wèn)題檢測技術(shù)限制煤炭產(chǎn)量效率的問(wèn)題，以某煤炭企業(yè)6kV井下供電系統為研究對象，開(kāi)展了在線(xiàn)監測系統設計與應用工作。結果表明，系統工作穩定，滿(mǎn)足井下電力電纜絕緣在線(xiàn)監測要求，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，提高了煤礦內部電力設備利用率，為企業(yè)創(chuàng )造了更多的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞：煤礦；6kV動(dòng)力電纜；絕緣；監測系統；安科瑞丁一+18761599093 0引言 隨著(zhù)煤炭采掘產(chǎn)量和效率的不斷提高，對供電系統工作的安全性和可靠性要求越來(lái)越高。目前我國煤礦綜采工作面內供電多為電纜供電模式，電纜絕緣性能好壞與電纜安全可靠工作息息相關(guān)，現已引起了高度重視。煤礦井下環(huán)境較為惡劣，加之電纜長(cháng)時(shí)間使用過(guò)程中的老化或者局部放電，極易出現供電電纜的絕緣老化問(wèn)題，一旦服役中的供電電纜出現絕緣老化，如不能及時(shí)查找故障位置并切斷絕緣老化線(xiàn)路，將會(huì )給煤礦井下供電系統造成較大的安全隱患。當前供電系統絕緣老化在線(xiàn)監測裝置較少，常用的測量監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井下供電系統為研究對象，開(kāi)展在線(xiàn)監測系統具有重要的意義。 1煤礦高壓電纜絕緣檢測問(wèn)題概述 1.1監測方法落后且誤差大 現場(chǎng)調研發(fā)現煤礦井下高壓電纜監測方式為定期停電離線(xiàn)檢測，采用手搖式指針兆歐表，運用直流方法對供電電纜的絕緣性進(jìn)行監測。通過(guò)在電纜芯線(xiàn)和表皮施加高壓直流電，如：2kV或者5kV，借助漏電電流計算電纜對地的絕緣性能。該監測方法存在以下問(wèn)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監測的直流阻抗通過(guò)計算得到，并不一定完全反應電纜實(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 當前存在的電纜絕緣參數在線(xiàn)檢測裝置中，需要在供電系統工作時(shí)注入檢測信號，將檢測信號的幅值和功率設置的較低，避免出現傷人事故。由于電力電纜存在高強磁場(chǎng)，會(huì )干擾檢測信號和絕緣信號，導致檢測較為困難。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備，檢測過(guò)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)，檢測結果將會(huì )存在較大的檢測誤差。 2監控系統方案設計 監控系統的功能是在停止電纜電力的情況下，實(shí)時(shí)監測井下電纜系統絕緣性能參數，及時(shí)發(fā)現絕緣問(wèn)題線(xiàn)路，能夠分析絕緣狀態(tài)數據及確定異常線(xiàn)路，以便及時(shí)確定供電系統絕緣故障。監控系統方案涉及低頻電源、監控終端、CAN總線(xiàn)模塊和監控主站等，其中信號采集模塊實(shí)時(shí)采集低頻電源電壓及電流信號，傳輸至監控系統終端，進(jìn)行數據處理和分析，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(xiàn)通信傳輸至監控主站。單個(gè)監測主站可以遠程管理和控制多個(gè)故障預警終端并顯示絕緣參數數值，一旦發(fā)現電力電纜出現故障，將會(huì )發(fā)出聲音報警及位置顯示，指導故障檢修人員及時(shí)完成故障處理。 3詳細設計 3.1硬件設計 3.1.1總體結構 井下電力電纜在線(xiàn)監測系統終端硬件架構，包括低頻信號源、電壓電流互感器、信號調理電路、數字量/模擬量采集電路、DSP中央處理器、CAN總線(xiàn)通信、鍵盤(pán)輸入、電源、時(shí)鐘、顯示等模塊。工作時(shí)，信號調理電路輸入端為電壓電流互感器，將接收得到的信號轉化成A/D模塊可以識別的信號進(jìn)行模擬量信號向數字量信號的轉化，之后傳輸至DSP中央處理器進(jìn)行數據處理和運算。 3.1.2硬件選型 電流互感器的作用是實(shí)時(shí)監測電纜低頻電流信號，選擇型號為SCB2的閉環(huán)霍爾型高精度電流互感器。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(mǎn)量程線(xiàn)性度為土0.2%，滿(mǎn)量程精度為土0.8%，響應時(shí)間小于20uS。電壓互感器的作用是實(shí)時(shí)監測低頻電壓信號，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/數字量轉換模塊作用是將采集得到的電壓電流信號實(shí)時(shí)轉換成數字量信號，選擇型號為ADS8365的A/D模塊，精度較高，具有16位并行數據傳輸功能，能夠同時(shí)進(jìn)行6路模擬量信號的同步采樣與轉換。DSP中央處理器選擇型號為T(mén)MS320F28335芯片，支持多種語(yǔ)言和代碼，具有較好的程序移植性。 3.2軟件設計 3.2.1主程序 井下電力電纜絕緣在線(xiàn)監控系統主程序流程：進(jìn)行系統初始化，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(guò)數據處理模量的運算即可得到電纜對地的絕緣電阻，對比標準電阻值，如果出現電纜絕緣電阻實(shí)測值小于標準值，系統進(jìn)入報警程序發(fā)出預警，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(xiàn)通訊程序將電纜編號和實(shí)測阻值傳輸至人機交互界面。 3.2.2數據采集程序 數據采集程序實(shí)現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據以向量組的形式存放。數據采集采用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)數據，采樣過(guò)程如下：從監測終端監測得到第一輪采樣信號開(kāi)始進(jìn)行電壓和電流的同步采樣，累計完成24個(gè)采樣數據即結束一個(gè)采樣周期，以此循環(huán)完成電力電纜系統絕緣性能數據的采集。 3.2.3數據處理程序 數據處理程序負責運算處理數字量/模擬量采集模塊傳輸進(jìn)來(lái)的數據，涉及傅里葉分解運算和絕緣電阻計算。傅里葉分解運算直接通過(guò)C語(yǔ)言調用自帶函數庫中的公式，以便提高運算的速率。通過(guò)直接調用函數的形式能夠實(shí)現大計算量、高速度運算，而且調用時(shí)采用簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言，保證了代碼編寫(xiě)的速度和模塊編寫(xiě)的效率，能夠降低代碼的錯碼率，保證程序的運行速度和準確性。 3.2.4CAN總線(xiàn)通信程序 監測終端檢測得到的實(shí)測電力電纜絕緣電阻數值經(jīng)CAN總線(xiàn)傳輸至地面變電所，通過(guò)人機交互界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。與此同時(shí)，監控人員根據電力電纜絕緣電阻的實(shí)測值及其變化趨勢，通過(guò)人機交互界面可以發(fā)出相應的控制指令，完成電力電纜工作狀態(tài)的遠程控制。 3.3人機交互界面 人機交互界面作為井下電力電纜在線(xiàn)監控系統數據顯示與遠程控制的樞紐，需要進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)，常用的編程語(yǔ)言包括VB、C語(yǔ)言、C++、組態(tài)軟件等，其中組態(tài)軟件在人機界面設計方面具有明顯的靈活性和適應性的優(yōu)勢，故而選擇組態(tài)軟件進(jìn)行人機交互界面的開(kāi)發(fā)。監控系統主界面涉及井下電纜絕緣電阻實(shí)時(shí)數據、歷史數據、變化趨勢顯示、報警等。監控人員可以通過(guò)觀(guān)察對應編號電纜的絕緣電阻值，當某條電纜出現絕緣故障時(shí)，報警系統啟動(dòng)，發(fā)出故障報警信號，同時(shí)界面顯示故障電纜編號，可以調取該電纜的絕緣電阻變化曲線(xiàn)，便于故障排查。 4應用效果評價(jià) 為了驗證井下電力電纜絕緣在線(xiàn)監控系統設計的適用性，將其應用于某煤礦井下6kV動(dòng)力電纜絕緣監測工作，進(jìn)行應用效果跟蹤記錄。結果表明，系統工作穩定，能夠很好的滿(mǎn)足井下電力電纜絕緣在線(xiàn)監測功能。統計結果顯示，在線(xiàn)監控系統的應用，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%的煤礦內部電力設備利用率，預計為企業(yè)新增經(jīng)濟效益約150萬(wàn)/年，取得了很好的應用效果。 5絕緣監測及絕緣故障定位產(chǎn)品 5.1絕緣監測及絕緣故障定位產(chǎn)品 AIM-T系列工業(yè)用絕緣監測儀 
AIM-T系列絕緣監測儀主要應用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統中，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。 其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統，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
工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監測儀使用，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(xiàn)回路較多的IT配電系統。 5.3絕緣監測耦合儀
絕緣監測耦合儀配合AIM-T500絕緣監測儀使用，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。 6結語(yǔ) 井下電力電纜作為煤礦電力設備工作的前提條件，其工作的可靠性和穩定性極為重要。針對供電系統絕緣問(wèn)題檢測技術(shù)限制煤炭產(chǎn)量效率的問(wèn)題，以某煤炭企業(yè)6kV井下供電系統為研究對象，開(kāi)展了在線(xiàn)監測系統設計與應用工作。取得了較好的應用效果，可以為同類(lèi)工程提供一定參考。 |
