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淺談煤礦井下6kV動力電纜絕緣線監測係統的設計與應用

更新時間:2023-05-12      瀏覽次數:667

hth下载地址 陳聰

摘要:針對供電係統絕緣問題檢測技術限製煤炭產(chan) 量效率的問題,以某煤炭企業(ye) 6kV井下供電係統為(wei) 研究對象,開展了在線監測係統設計與(yu) 應用工作。結果表明,係統工作穩定,滿足井下電力電纜絕緣在線監要求,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間,提高了煤礦內(nei) 部電力設備利用率,為(wei) 企業(ye) 創造了更多的經濟效益。

   關(guan) 鍵詞:煤礦;6kV動力電纜;絕緣;監測係統;設計;應用

 


0引言

   隨著煤炭采掘產(chan) 量和效率的不斷提高,對供電係統工作的安全性和可靠性要求越來越高。目前我國煤礦綜采工作麵內(nei) 供電多為(wei) 電纜供電模式,電纜絕緣性能好壞與(yu) 電纜安全可靠工作息息相關(guan) ,現已引起了高度重視。煤礦井下環境較為(wei) 惡劣,加之電纜長時間使用過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題,一旦服役中的供電電纜出現絕緣老化,如不能及時查找故障位置並切斷絕緣老化線路,將會(hui) 給煤礦井下供電係統造成較大的安全隱患。當前供電係統絕緣老化在線監測裝置較少,常用的測量監測方法需要停止整個(ge) 電網完成,不僅(jin) 需要投入大量的人力物力,還會(hui) 影響煤炭采掘工作的正常進行,限製煤炭的產(chan) 量和效率的進一步提高。故此,以某煤炭企業(ye) 6kV井下供電係統為(wei) 研究對象,開展在線監測係統具有重要的意義(yi) 。


 

1煤礦高壓電纜絕緣檢測問題概述

1.1監測方法落後且誤差大

   現場調研發現煤礦井下高壓電纜監測方式為(wei) 定期停電離線檢測,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行監測。通過在電纜芯線和表皮施加高壓直流電,如:2kV或者5kV,借助漏電電流計算電纜對地的絕緣性能。該監測方法存在以下問題:①停電人工檢測,影響煤炭采掘工作並消耗大量人力資源。②監測的直流阻抗通過計算得到,並不一定反應電纜實際情況。③市售手搖式指針兆歐表的精度為(wei) 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檢測裝置中,需要在供電係統工作時注入檢測信號,將檢測信號的幅值和功率設置的較低,避免出現傷(shang) 人事故。由於(yu) 電力電纜存在高強磁場,會(hui) 幹擾檢測信號和絕緣信號,導致檢測較為(wei) 困難。煤礦井下環境惡劣、空間窄小、濕度較大、存在較多的大型采掘設備,檢測過程中存在幹擾,尤其是檢測器件信號處理或者算法不合理時,檢測結果將會(hui) 存在較大的檢測誤差。

 

2監控係統方案設計

   監控係統的功能是在停止電纜電力的情況下,實時監測井下電纜係統絕緣性能參數,及時發現絕緣問題線路,能夠分析絕緣狀態數據及確定異常線路,以便及時確定供電係統絕緣故障。監控係統方案涉及低頻電源、監控終端、CAN總線模塊和監控主站等,其中信號采集模塊實時采集低頻電源電壓及電流信號,傳(chuan) 輸至監控係統終端,進行數據處理和分析,得到電力電纜的實時絕緣電阻和電容值,之後借助CAN總線通信傳(chuan) 輸至監控主站。單個(ge) 監測主站可以遠程管理和控製多個(ge) 故障預警終端並顯示絕緣參數數值,一旦發現電力電纜出現故障,將會(hui) 發出聲音報警及位置顯示,指導故障檢修人員及時完成故障處理。

 

3詳細設計

3.1硬件設計

3.1.1總體(ti) 結構

   井下電力電纜在線監測係統終端硬件架構,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總線通信、鍵盤輸入、電源、時鍾、顯示等模塊。工作時,信號調理電路輸入端為(wei) 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行模擬量信號向數字量信號的轉化,之後傳(chuan) 輸至DSP中央處理器進行數據處理和運算。

3.1.2硬件選型

   電流互感器的作用是實時監測電纜低頻電流信號,選擇型號為(wei) SCB2的閉環霍爾型高精度電流互感器。電流互感器的量程為(wei) 0~10mA,輸入電流範圍為(wei) 0~10mA,輸出電流範圍為(wei) 0~25mA,滿量程線性度為(wei) 土0.2%,滿量程精度為(wei) 土0.8%,響應時間小於(yu) 20uS。電壓互感器的作用是實時監測低頻電壓信號,選擇型號為(wei) 霍爾電流型電壓互感器,電壓互感器輸入電流範圍為(wei) 0~14mA,輸出電流範圍為(wei) 0~25mA,測量電壓範圍為(wei) 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時轉換成數字量信號,選擇型號為(wei) ADS8365A/D模塊,精度較高,具有16位並行數據傳(chuan) 輸功能,能夠同時進行6路模擬量信號的同步采樣與(yu) 轉換。DSP中央處理器選擇型號為(wei) TMS320F28335芯片,支持多種語言和代碼,具有較好的程序移植性。

3.2軟件設計

3.2.1主程序

   井下電力電纜絕緣在線監控係統主程序流程:進行係統初始化,完成資源分配之後進入測頻程序,緊隨其後的是A/D采樣程序,完成電力電纜低頻電壓電流信號的采集;經過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測值小於(yu) 標準值,係統進入報警程序發出預警,並且將絕緣電阻故障的電纜編號和實測絕緣阻值顯示在操作麵板中;與(yu) 此同時,啟動CAN總線通訊程序將電纜編號和實測阻值傳(chuan) 輸至人機交互界麵。

3.2.2數據采集程序

   數據采集程序實現低頻電壓電流信號的采集並且實時存儲(chu) 至DSP的存儲(chu) 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(ge) 點的傅裏葉算法,一個(ge) 采樣周期需要采集24個(ge) 數據,采樣過程如下:從(cong) 監測終端監測得到第一輪采樣信號開始進行電壓和電流的同步采樣,累計完成24個(ge) 采樣數據即結束一個(ge) 采樣周期,以此循環完成電力電纜係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(chuan) 輸進來的數據,涉及傅裏葉分解運算和絕緣電阻計算。傅裏葉分解運算直接通過C語言調用自帶函數庫中的公式,以便提高運算的速率。通過直接調用函數的形式能夠實現大計算量、高速度運算,而且調用時采用簡單的C語言,保證了代碼編寫(xie) 的速度和模塊編寫(xie) 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總線通信程序

   監測終端檢測得到的實測電力電纜絕緣電阻數值經CAN總線傳(chuan) 輸至地麵變電所,通過人機交互界麵進行實時顯示。與(yu) 此同時,監控人員根據電力電纜絕緣電阻的實測值及其變化趨勢,通過人機交互界麵可以發出相應的控製指令,完成電力電纜工作狀態的遠程控製。

3.3人機交互界麵

   人機交互界麵作為(wei) 井下電力電纜在線監控係統數據顯示與(yu) 遠程控製的樞紐,需要進行設計開發,常用的編程語言包括VBC語言、C++、組態軟件等,其中組態軟件在人機界麵設計方麵具有明顯的靈活性和適應性的優(you) 勢,故而選擇組態軟件進行人機交互界麵的開發。監控係統主界麵涉及井下電纜絕緣電阻實時數據、曆史數據、變化趨勢顯示、報警等。監控人員可以通過觀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,報警係統啟動,發出故障報警信號,同時界麵顯示故障電纜編號,可以調取該電纜的絕緣電阻變化曲線,便於(yu) 故障排查。

 

4應用效果評價(jia)

   為(wei) 了驗證井下電力電纜絕緣在線監控係統設計的適用性,將其應用於(yu) 某煤礦井下6kV動力電纜絕緣監測工作,進行應用效果跟蹤記錄。結果表明,係統工作穩定,能夠很好的滿足井下電力電纜絕緣在線監測功能。統計結果顯示,在線監控係統的應用,降低了井下電力電纜的人力資源消耗,減少了近30%的絕緣故障排除時間,提高了近15%的煤礦內(nei) 部電力設備利用率,預計為(wei) 企業(ye) 新增經濟效益約150萬(wan) /年,取得了很好的應用效果。

 

5絕緣監測及絕緣故障定位產(chan) 品

5.1絕緣監測及絕緣故障定位產(chan) 品

         AIM-T係列工業(ye) 用絕緣監測儀(yi)

 

           AIM-T係列絕緣監測儀(yi) 主要應用在工業(ye) 場所IT配電係統中,主要包括AIM-T300AIM-T500AIMT500L三款產(chan) 品,均適用於(yu) 純交流、純直流以及交直流混合的係統。

   其中AIM-T300適用於(yu) 450V以下的交流、直流以及交直流混合係統,AIM-T500適用於(yu) 800V以下的交流、直流以及交直流混合係。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(chan) 品

 

   工業(ye) 用絕緣故障定位產(chan) 品配合AIM-T500L絕緣監測儀(yi) 使用,主要包括ASG200測試信號發生器,AIL200-12絕緣故障定位儀(yi) ,AKH-0.66L係列電流互感器,適用於(yu) 出線回路較多的IT配電係統。

5.3絕緣監測耦合儀(yi)

 

   絕緣監測耦合儀(yi) 配合AIM-T500絕緣監測儀(yi) 使用,主要包括ACPD100ACPD200,適用於(yu) 交流電壓高於(yu) 690V,直流電壓高於(yu) 800VIT配電係統。

 


6技術參數

6.1絕緣監測儀(yi) 技術參數

 

6.2測試信號發生器技術參數

 

6.3絕緣故障定位儀(yi) 技術參數

 

6.4 AKH-0.66L係列電流互感器技術參數

 

6.5絕緣監測耦合儀(yi) 技術參數

 

 

7結語

   井下電力電纜作為(wei) 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(wei) 重要。針對供電係統絕緣問題檢測技術限製煤炭產(chan) 量效率的問題,以某煤炭企業(ye) 6kV井下供電係統為(wei) 研究對象,開展了在線監測係統設計與(yu) 應用工作。取得了較好的應用效果,可以為(wei) 同類工程提供一定參考。

 

參考文獻

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[3]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.08

[4]hth下载地址 IT 係統絕緣監測故障定位裝置及監控係統(中英文)2021.01