未曉妃
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文介紹了礦井高壓動(dòng)力電纜絕緣故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用,分析了煤礦高壓供電系統(tǒng)作為高危行業(yè)的特殊性要求,供電系統(tǒng)高壓電纜在線監(jiān)測(cè)供電系統(tǒng)的絕緣狀況、實(shí)現(xiàn)預(yù)警、故障定位、接地選線功能,是供電管理的重要技術(shù)手段,闡述了系統(tǒng)特點(diǎn)及先進(jìn)性,實(shí)踐表明在系統(tǒng)應(yīng)用提高了企業(yè)機(jī)電管理人員電力系統(tǒng)的監(jiān)管水平,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞:電纜絕緣;預(yù)警;故障定位;接地選線
神東保德煤礦是能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)公司一座在山西省的大型煤炭生產(chǎn)基地,由原保德縣東關(guān)鎮(zhèn)煤礦和橋頭煤礦技術(shù)改造整合而成。井田南北走向長(zhǎng)14.0km,東西傾向?qū)?.7km,面積55.898km2。由于生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn),井上、下大量應(yīng)用高壓動(dòng)力電纜,電纜運(yùn)行直接影響煤礦的生產(chǎn),一旦發(fā)生電纜故障,勢(shì)必引起采掘生產(chǎn)、礦井通風(fēng)、排水、壓風(fēng)等生產(chǎn)系統(tǒng)事故,造成了煤礦的重大生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和其他次生災(zāi)害。目前每年做的電纜局放和耐壓試驗(yàn),存在以下問(wèn)題:一是從根本上不能體現(xiàn)電纜絕緣水平的真實(shí)情況;二是耐壓試驗(yàn)是一種破壞性試驗(yàn),試驗(yàn)的同時(shí)也是對(duì)電纜絕緣的破壞;三是隨著礦井對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高,不能長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。
目前煤礦井上下高壓供電系統(tǒng)普遍應(yīng)用小電流接地系統(tǒng)、絕緣監(jiān)測(cè)裝置均不能解決上述問(wèn)題,是煤礦供電長(zhǎng)期存在的痛點(diǎn)。為此,自動(dòng)化改造保德煤礦供電裝置,保德煤礦一直希望在供電系統(tǒng)高壓電纜故障發(fā)生之前能夠給出報(bào)警信息,形成預(yù)警系統(tǒng),提前采取措施去除隱患,避免突發(fā)短路造成大面積停電。另外,能夠快速準(zhǔn)確選線和判斷故障位置。以下為保德煤礦高壓動(dòng)力電纜絕緣故障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
1 高壓動(dòng)力電纜絕緣故障系統(tǒng)設(shè)計(jì)
保德煤礦高壓動(dòng)力電纜故障預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含:地面遠(yuǎn)程主機(jī)(云端服務(wù))、系統(tǒng)采集單元及各監(jiān)測(cè)裝置(含高頻傳感器),系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
1.1 地面遠(yuǎn)程主機(jī)
地面遠(yuǎn)程主機(jī)設(shè)置在礦調(diào)度指揮中*,調(diào)度指揮中*設(shè)置一臺(tái)操控站,通過(guò)操控站對(duì)井下所有高壓電纜系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行集控和監(jiān)視。操控站分為硬件和軟件兩部分:
①硬件設(shè)備:工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示器等;
②軟件:監(jiān)測(cè)、控制組態(tài)軟件。
地面遠(yuǎn)程主機(jī)采用基于B/S方式的系統(tǒng)管理軟件,采用局域網(wǎng)方式與監(jiān)測(cè)裝置通信,配置裝置的參數(shù)
1.2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
①電流信號(hào)采樣頻率:10MHz×16路;
②電壓信號(hào)采樣頻率:100kHz×4路;
③電流單端故障測(cè)距范圍:≤17km(可定制);
④系統(tǒng)定位精度:±4.25m;
⑤同步授時(shí)精度:10ns;
⑥測(cè)試盲區(qū):≤10m;
⑦電纜故障預(yù)警準(zhǔn)確率:≥0.95;
⑧電纜故障選線準(zhǔn)確率:≥0.99;
⑨與云端通信方式:無(wú)線4G、5G通信;
⑩系統(tǒng)裝置通信方式:網(wǎng)口;
11云端服務(wù)器:免費(fèi)3a云服務(wù);
12系統(tǒng)上位機(jī):品牌工控機(jī);
13系統(tǒng)擴(kuò)容:可支持組網(wǎng)253臺(tái)監(jiān)測(cè)單元;
14系統(tǒng)供電方式:AC127V±0.10;
15系統(tǒng)工作環(huán)境溫度:-25~+70℃;
16系統(tǒng)在線運(yùn)行:>80000h。
1.3 系統(tǒng)采集單元
保德煤礦選擇井下1號(hào)中*變電所、2號(hào)變電所、三(下)盤區(qū)水泵房變電所、康孫62連巷變電所、五盤區(qū)井底水泵房變電所、集中巷變電所六個(gè)變電所15段母線及其母線下三芯電纜的在線監(jiān)測(cè),系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式為站內(nèi)集中式監(jiān)測(cè),在變電所低壓側(cè)選擇合適位置安裝礦用隔爆兼本安型高壓動(dòng)力電纜絕緣故障分析主機(jī),高壓側(cè)選擇合適位置安裝礦用本安型電流采集器。
1.4 GPC電流行波探頭
GPC電流行波探頭安裝在被監(jiān)測(cè)交聯(lián)聚乙烯電纜金屬屏蔽層接地線上,負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)被測(cè)電纜的暫態(tài)電流行波信號(hào),探頭按照箭頭指示方向固定在電纜屏蔽線上,注意屏蔽線處安裝探頭之前需要進(jìn)行絕緣處理。探頭與礦用本安型電流行波采集器之間通過(guò)多芯同軸電纜連接。
1.5 GPD電流行波探頭
GPD電流行波探頭安裝在被監(jiān)測(cè)橡套電纜本體上,負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)被測(cè)電纜的暫態(tài)電流行波信號(hào),探頭與礦用本安型電流行波采集器間通過(guò)多芯屏蔽線連接。
1.6 通信網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)主站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)使用內(nèi)部以太網(wǎng)通道或者光纖通道通信;系統(tǒng)主站與系統(tǒng)云端利用保德煤礦綜合分站5G光纖網(wǎng)絡(luò)通信。
1.7 系統(tǒng)主要功能
2 高壓動(dòng)力電纜絕緣故障系統(tǒng)應(yīng)用
保德煤礦應(yīng)用的煤礦高壓動(dòng)力電纜故障預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)高壓供電故障預(yù)警、接地選線、故障測(cè)距等,避免重大供電事故,避免因高壓供電事故引
起水、火、瓦斯等重大礦井災(zāi)害事故,解決了供電系統(tǒng)維護(hù)管理多年來(lái)的難題[2]。系統(tǒng)主要有如下好處:
①提高了礦井供電系統(tǒng)自動(dòng)化水平,有計(jì)劃地提前采取措施,保證礦井設(shè)備運(yùn)行安全,保障了電網(wǎng)的可靠供電,避免了由于突發(fā)停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。
②從故障選線、故障預(yù)警方面做到自動(dòng)化,大大提高了電力運(yùn)行人員的工作效率,原來(lái)人工查找故障點(diǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力,通過(guò)安裝電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警電纜故障,節(jié)省了大量的時(shí)間和人力,提高了工作效率。
③通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn)行狀態(tài),提前預(yù)警電纜故障,電纜在故障前得到處理,及時(shí)修*或切換,增加了電纜的使用壽命,節(jié)省了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本??赡苁褂?0a的使用期限有可能增加到25a甚至更長(zhǎng),大大節(jié)省了原材料成本。
④系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊,施工安裝方便,可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)重*站、重*設(shè)備、異常設(shè)備,系統(tǒng)配置靈活。不改變電纜運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu),不占用現(xiàn)有系統(tǒng)資源,在電纜接地導(dǎo)體上安裝高頻傳感器,安全可靠。
⑤采用行波故障定位測(cè)量法,實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜本體產(chǎn)生的絕緣薄弱點(diǎn)定位,定位精度可達(dá)±4.25m??s短供電故障查找時(shí)間。采用高性能FPGA處理器,實(shí)現(xiàn)100Msps、14Bit分辨率的高速采樣、存儲(chǔ)。
系統(tǒng)的成功應(yīng)用實(shí)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯、橡套等高壓動(dòng)力電纜故障預(yù)警。從故障預(yù)警、故障選線、故障測(cè)距等方面達(dá)到技術(shù),提高供電可靠性,提高了運(yùn)維人員工作效率。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn)行狀態(tài),電纜在故障前得到的處理,增加了電纜的使用壽命,節(jié)省了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。提高了供電線路監(jiān)測(cè)自動(dòng)化水平,保障了電網(wǎng)的可靠供電,避免了由于突發(fā)停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。系統(tǒng)軟件平臺(tái)部署在云服務(wù)器端,操作人員訪問(wèn)方便,不受時(shí)間、地點(diǎn)限制,可實(shí)時(shí)查看線路運(yùn)行情況,方便管理。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短,當(dāng)電纜發(fā)生暫態(tài)故障產(chǎn)生行波信號(hào)后,高頻傳感器在5s內(nèi)可將采集到的故障信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信傳遞給上位機(jī)軟件并實(shí)時(shí)顯示故障線路和故障波形,便于值班人員快速分析處理。
3 利用故障系統(tǒng)分析解決高壓動(dòng)力電纜絕緣故障
3.1 高壓電纜的檢查
煤礦高壓動(dòng)力系統(tǒng)中,會(huì)有開(kāi)關(guān)、保護(hù)電器等這類關(guān)鍵部件。開(kāi)關(guān)柜的作用是保證煤礦高壓動(dòng)力系統(tǒng)的整個(gè)電路工作正常,在煤礦高壓動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)明顯異常時(shí)通過(guò)拉合開(kāi)關(guān)柜來(lái)保護(hù)煤礦高壓動(dòng)力系統(tǒng)。
3.2 檢查煤礦高壓動(dòng)力系統(tǒng)的變壓器
電力變壓器是一種利用電磁感應(yīng)原理改變交流電壓的設(shè)備,它主要由主線圈、次線圈、鐵芯組成。目前變壓器應(yīng)用非常廣泛,煤礦高壓動(dòng)力系統(tǒng)中,變壓器很多。其中,變壓器的運(yùn)行及事故處理是十分重要的課題。
3.3 檢查高壓動(dòng)力電纜絕緣故障系統(tǒng)的工作狀態(tài)
4 絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品
4.1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。
4.2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)。
4.3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)。
5 技術(shù)參數(shù)
5.1絕緣監(jiān)測(cè)儀技術(shù)參數(shù)
5.2測(cè)試信號(hào)發(fā)生器技術(shù)參數(shù)
5.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)
5.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)
5.5絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀技術(shù)參數(shù)
6 結(jié)論
保德煤礦高壓動(dòng)力電纜絕緣故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成功應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的手段之一,系統(tǒng)對(duì)在運(yùn)行電壓下對(duì)電纜的絕緣狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),真實(shí)反映電纜的絕緣水平。自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)狀態(tài)下,依據(jù)大量的數(shù)據(jù)以及判據(jù)的數(shù)模分析,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用云服務(wù)功能將電纜故障預(yù)警信息上傳至多用戶云空間,設(shè)備管理人員可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,使礦井機(jī)電負(fù)責(zé)人實(shí)時(shí)了解變電站內(nèi)電纜運(yùn)行狀況信息,確定電纜運(yùn)行狀態(tài),做到故障前的實(shí)時(shí)預(yù)警、選線和測(cè)距,實(shí)現(xiàn)電纜的狀態(tài)檢修,大大減少人工巡查。提高礦井機(jī)電管理人員電力系統(tǒng)的監(jiān)管水平,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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作者介紹
未曉妃,安科瑞電氣股份有限公司,178 2117 0311,主要研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。
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