浅谈煤矿高压动力电缆绝缘故障系统的研究

摘要:本文介绍了矿井高压动力电缆绝缘故障监测系统应用，分析了煤矿高压供电系统作为高危行业的特殊性要求，供电系统高压电缆在线监测供电系统的绝缘状况、实现预警、故障定位、接地选线功能，是供电管理的重要技术手段，阐述了系统特点及先进性，实践表明在系统应用提高了企业机电管理人员电力系统的监管水平，提高企业经济效益和社会效益。

关键词:电缆绝缘；预警；故障定位；接地选线

神东保德煤矿是国家能源集团神东煤炭集团公司一座在山西省的大型煤炭生产基地，由原保德县东关镇煤矿和桥头煤矿技术改造整合而成。井田南北走向长14.0km，东西倾向宽5.7km，面积55.898km2。

由于生产系统的特点，井上、下大量应用高压动力电缆，电缆运行直接影响煤矿的生产，一旦发生电缆故障，势必引起采掘生产、矿井通风、排水、压风等生产系统事故，造成了煤矿的重大生产经济损失、人员伤亡和其他次生灾害。目前每年做的电缆局放和耐压试验，存在以下问题:

一是从根本上不能体现电缆绝缘水平的真实情况；

二是耐压试验是一种破坏性试验，试验的同时也是对电缆绝缘的破坏；三是随着矿井对供电可靠性的要求越来越高，不能长期在线监测。

目前煤矿井上下高压供电系统普遍应用小电流接地系统、绝缘监测装置均不能解决上述问题，是煤矿供电长期存在的痛点。为此，自动化改造保德煤矿供电装置，保德煤矿一直希望在供电系统高压电缆故障发生之前能够给出报警信息，形成预警系统，提前采取措施去除隐患，避免突发短路造成大面积停电。另外，能够快速准确选线和判断故障位置。以下为保德煤矿高压动力电缆绝缘故障系统的设计方案。

1． 系统主要功能

①故障预警:实现对供电系统高压电缆、接线盒、供配电设备等绝缘故障分黄色、橙色、红色等级预警，属于煤矿重大设备感知内容，是智慧矿山建设基础；②故障选线:根据行波原理，实现接地选线，可靠实现《煤矿规程》第453条选择性单相接地保护，是小电流接地选线装置的升级换代产品；

③故障测距:利用A型测距原理，实现故障点测距，为迅速处理故障提供依据，防止次生灾害和扩大事故；

④系统云服务:提供足够的用户空间，用户在任何时间、地点通过浏览器访问现场的系统监测情况，系统历史数据存储，方便历史查看；

⑤当地功能:系统后台安装于主站内，配置一次系统图，实现故障预警、选线、测距的功能、实时显示母线电压、一次系统图故障线路闪烁、弹窗报警、声音报警；

⑥电子值班:实现无人值守，报警信息及工作状态可通过发送短信息、APP推送至相关人员；

⑦远程技术支持:7×24h远程服务，实现故障波形辅助分析，系统程序远程升级；

⑧历史存储:实现实时存储信息，可查询历史数据等。

2 高压动力电缆绝缘故障系统应用

保德煤矿应用的煤矿高压动力电缆故障预警监测系统，实现高压供电故障预警、接地选线、故障测距等，避免重大供电事故，避免因高压供电事故引

起水、火、瓦斯等重大矿井灾害事故，解决了供电系统维护管理多年来的难题[2]。系统主要有如下好处:

①提高了矿井供电系统自动化水平，有计划地提前采取措施，保证矿井设备运行安全，保障了电网的可靠供电，避免了由于突发停电造成的经济损失。

②从故障选线、故障预警方面做到自动化，大大提高了电力运行人员的工作效率，原来人工查找故障点费时费力，通过安装电缆在线监测系统自动预警电缆故障，节省了大量的时间和人力，提高了工作效率。

③通过实时监测电缆的运行状态，提前预警电缆故障，电缆在故障前得到处理，及时修复或切换，增加了电缆的使用寿命，节省了生产运营成本。可能使用20a的使用期限有可能增加到25a甚至更长，大大节省了原材料成本。

④系统装置结构紧凑，施工安装方便，可长期监测重点站、重点设备、异常设备，系统配置灵活。不改变电缆运行方式和结构，不占用现有系统资源，在电缆接地导体上安装高频传感器，安全可靠。

⑤采用行波故障定位测量法，实现对电缆本体产生的绝缘薄弱点定位，定位精度可达±4．25m。缩短供电故障查找时间。采用高性能FPGA处理器，实现100Msps、14Bit分辨率的高速采样、存储。

3 绝缘监测及绝缘故障定位产品

3.1绝缘监测及绝缘故障定位产品

AIM-T系列工业用绝缘监测仪

AIM-T系列绝缘监测仪主要应用在工业场所IT配电系统中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款产品，均适用于纯交流、纯直流以及交直流混合的系统。

其中AIM-T300适用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系统，AIM-T500适用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了绝缘故障定位功能。

3.2绝缘故障定位产品

工业用绝缘故障定位产品配合AIM-T500L绝缘监测仪使用，主要包括ASG200测试信号发生器，AIL200-12绝缘故障定位仪，AKH-0.66L系列电流互感器，适用于出线回路较多的IT配电系统。

3.3绝缘监测耦合仪

绝缘监测耦合仪配合AIM-T500绝缘监测仪使用，主要包括ACPD100，ACPD200，适用于交流电压高于690V，直流电压高于800V的IT配电系统。

4 技术参数

4.1绝缘监测仪技术参数

5  结论

保德煤矿高压动力电缆绝缘故障监测系统的成功应用是实现状态检修的手段之一，系统对在运行电压下对电缆的绝缘状态进行检测，真实反映电缆的绝缘水平。自动连续监测状态下，依据大量的数据以及判据的数模分析，监测系统利用云服务功能将电缆故障预警信息上传至多用户云空间，设备管理人员可以实现远程监控，使矿井机电负责人实时了解变电站内电缆运行状况信息，确定电缆运行状态，做到故障前的实时预警、选线和测距，实现电缆的状态检修，大大减少人工巡查。提高矿井机电管理人员电力系统的监管水平，提高企业经济效益和社会效益。