安科(kē)瑞 陳聰(cōng)

摘要：針對供電係(xì)統(tǒng)絕緣(yuán)問(wèn)題檢測技(jì)術(shù)限製(zhì)煤(méi)炭產量(liáng)效率(shuài)的問(wèn)題，以某(mǒu)煤炭企業(yè)6kV井(jǐng)下供電係統(tǒng)為(wéi)研(yán)究對象(xiàng)，開(kāi)展了在綫(xiàn)監(jiān)測係統設(shè)計與(yǔ)應用(yòng)工作(zuò)。結果表(biǎo)明，係統(tǒng)工作穩定，滿(mǎn)足井下(xià)電力(lì)電(diàn)纜絕(jué)緣在綫(xiàn)監要(yào)求，降低了井(jǐng)下電力電纜的人力資源消耗，減少了絕緣故障(zhàng)排(pái)除(chú)時(shí)間(jiān)，提高了(liǎo)煤礦內部(bù)電力設(shè)備利用率(shuài)，為(wéi)企業創造了(liǎo)更(gēng)多的經濟效(xiào)益。

   關鍵詞：煤礦；6kV動(dòng)力(lì)電纜；絕緣；監測(cè)係(xì)統；設計；應用(yòng)

0引言(yán)

   隨(suí)著煤炭采掘產量和效(xiào)率的(dí)不(bù)斷提(tí)高(gāo)，對供電係統(tǒng)工作的安(ān)全性(xìng)和(hé)可靠性要求(qiú)越(yuè)來(lái)越(yuè)高。目前我國煤礦綜采工作(zuò)麵內供(gōng)電(diàn)多為電纜供(gōng)電模(mó)式，電纜絕緣性能(néng)好(hǎo)壞與(yǔ)電(diàn)纜安全可靠(kào)工作息息(xī)相關(guān)，現(xiàn)已引起(qǐ)了(liǎo)高度(dù)重視。煤礦井(jǐng)下環境較(jiào)為惡(è)劣(liè)，加(jiā)之(zhī)電(diàn)纜(lǎn)長時間使用過(guò)程(chéng)中(zhōng)的老(lǎo)化或(huò)者(zhě)局部放電，極(jí)易出現供(gōng)電電纜(lǎn)的絕緣老化(huà)問題，一(yī)旦(dàn)服(fú)役中的(dí)供電電纜出(chū)現絕緣老化，如不(bù)能及時(shí)查(chá)找故障位(wèi)置並切(qiē)斷絕緣(yuán)老化(huà)綫路，將會(huì)給煤(méi)礦(kuàng)井(jǐng)下(xià)供電係(xì)統造(zào)成較(jiào)大(dà)的安全隱患(huàn)。當前供電係(xì)統(tǒng)絕(jué)緣(yuán)老化在(zài)綫(xiàn)監測裝(zhuāng)置(zhì)較(jiào)少，常用(yòng)的(dí)測(cè)量監測方(fāng)法需要停止整個電網(wǎng)完(wán)成，不僅需要投入(rù)大(dà)量(liáng)的人力(lì)物(wù)力，還(huán)會影響煤(méi)炭(tàn)采(cǎi)掘(jué)工作(zuò)的(dí)正常進行，限(xiàn)製煤炭(tàn)的(dí)產量和效率(shuài)的進(jìn)一步提高(gāo)。故此(cǐ)，以某煤(méi)炭(tàn)企業(yè)6kV井下供電係統(tǒng)為研究(jiū)對(duì)象(xiàng)，開展(zhǎn)在(zài)綫(xiàn)監(jiān)測(cè)係(xì)統(tǒng)具(jù)有重要的意義。

1煤(méi)礦高壓電纜(lǎn)絕緣檢測(cè)問(wèn)題(tí)概(gài)述(shù)

1.1監測方法落(là)後且誤差大(dà)

   現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)煤(méi)礦井下高壓電纜(lǎn)監測(cè)方式(shì)為定期停電(diàn)離綫(xiàn)檢測，采用(yòng)手(shǒu)搖式指針(zhēn)兆歐表(biǎo)，運用(yòng)直(zhí)流(liú)方法對供(gōng)電電(diàn)纜(lǎn)的絕(jué)緣性進(jìn)行監測。通過在電(diàn)纜(lǎn)芯綫和表皮施加高(gāo)壓(yā)直流電(diàn)，如：2kV或(huò)者(zhě)5kV，借(jiè)助(zhù)漏電電流(liú)計算(suàn)電纜對(duì)地的絕(jué)緣(yuán)性能。該監(jiān)測方法(fǎ)存(cún)在(zài)以(yǐ)下(xià)問題：①停電人(rén)工檢(jiǎn)測，影(yǐng)響煤炭采掘工(gōng)作(zuò)並消(xiāo)耗大(dà)量人力資源。②監測的(dí)直流阻抗(kàng)通(tōng)過(guò)計(jì)算得到(dào)，並不(bù)一(yī)定反(fǎn)應電纜實際(jì)情(qíng)況(kuàng)。③市(shì)售手搖式指(zhǐ)針兆歐表的精(jīng)度為10%，檢(jiǎn)測誤差較大(dà)。

1.2測量精度的(dí)提升

   當(dāng)前(qián)存(cún)在的電(diàn)纜絕緣參(cān)數(shù)在(zài)綫檢(jiǎn)測(cè)裝(zhuāng)置中，需要(yào)在供(gōng)電(diàn)係(xì)統(tǒng)工(gōng)作(zuò)時注(zhù)入(rù)檢測(cè)信(xìn)號(hào)，將(jiāng)檢(jiǎn)測(cè)信號的幅值和(hé)功(gōng)率設置的較低，避免(miǎn)出(chū)現傷人(rén)事故(gù)。由於(yú)電力電(diàn)纜存(cún)在(zài)高強磁場，會幹擾檢測信號和(hé)絕緣信號，導致(zhì)檢測較(jiào)為困難(nán)。煤礦井(jǐng)下環境惡(è)劣(liè)，空(kōng)間(jiān)窄(zhǎi)小(xiǎo)，濕(shī)度(dù)較大(dà)，存在(zài)較多的大型采(cǎi)掘(jué)設(shè)備，檢測過程(chéng)中存(cún)在(zài)幹(gān)擾，尤其是(shì)檢測器件信號(hào)處理或(huò)者(zhě)算法(fǎ)不(bù)合(hé)理(lǐ)時，檢(jiǎn)測結果(guǒ)將(jiāng)會存(cún)在較大(dà)的(dí)檢(jiǎn)測誤差(chà)。

2監控(kòng)係(xì)統(tǒng)方(fāng)案設(shè)計(jì)

   監控(kòng)係(xì)統的功(gōng)能是在(zài)停(tíng)止電纜電力(lì)的(dí)情況(kuàng)下，實時監測(cè)井(jǐng)下(xià)電(diàn)纜係統絕(jué)緣(yuán)性能參(cān)數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)絕緣(yuán)問題(tí)綫路，能夠(gòu)分(fēn)析絕緣狀(zhuàng)態數據及確(què)定異常綫(xiàn)路(lù)，以(yǐ)便及時確定供電(diàn)係(xì)統絕緣故(gù)障。監(jiān)控係(xì)統(tǒng)方(fāng)案涉(shè)及低(dī)頻(pín)電(diàn)源(yuán)，監控(kòng)終端(duān)，CAN總綫模塊(kuài)和監控主站等，其(qí)中信號(hào)采集(jí)模(mó)塊實時采(cǎi)集低(dī)頻電源(yuán)電壓及電流(liú)信號(hào)，傳輸至監控係(xì)統終端，進行數(shù)據處理(lǐ)和分析(xī)，得到電(diàn)力(lì)電纜(lǎn)的實(shí)時(shí)絕緣(yuán)電(diàn)阻(zǔ)和電(diàn)容值，之(zhī)後(hòu)借助(zhù)CAN總綫通(tōng)信(xìn)傳(chuán)輸(shū)至監控主(zhǔ)站。單個監測主站(zhàn)可(kě)以遠程管理和(hé)控(kòng)製多個(gè)故(gù)障(zhàng)預警終(zhōng)端並(bìng)顯示絕(jué)緣(yuán)參數數(shù)值，一(yī)旦發(fā)現電力(lì)電纜出(chū)現故(gù)障，將會(huì)發(fā)出聲(shēng)音(yīn)報警(jǐng)及(jí)位置顯示，指導故障(zhàng)檢修人員及時(shí)完(wán)成故障處理(lǐ)。

3詳細(xì)設計(jì)

3.1硬件(jiàn)設(shè)計

3.1.1總(zǒng)體結(jié)構

   井下(xià)電(diàn)力(lì)電纜在(zài)綫(xiàn)監測係(xì)統(tǒng)終(zhōng)端(duān)硬件(jiàn)架(jià)構(gòu)，包(bāo)括低頻(pín)信(xìn)號源，電壓電流(liú)互(hù)感(gǎn)器(qì)，信(xìn)號調(tiáo)理電路，數(shù)字量(liáng)/模擬量采(cǎi)集電路，DSP中(zhōng)央(yāng)處理(lǐ)器，CAN總綫(xiàn)通信，鍵盤輸(shū)入(rù)，電源(yuán)，時鐘(zhōng)，顯(xiǎn)示等(děng)模塊(kuài)。工作(zuò)時，信(xìn)號調(tiáo)理(lǐ)電(diàn)路(lù)輸入端為(wéi)電(diàn)壓電流互感器(qì)，將接(jiē)收(shōu)得(dé)到的(dí)信(xìn)號(hào)轉(zhuǎn)化(huà)成A/D模塊(kuài)可(kě)以(yǐ)識(shí)別(bié)的信(xìn)號進(jìn)行模(mó)擬(nǐ)量信號向數(shù)字量(liáng)信號的(dí)轉化(huà)，之(zhī)後(hòu)傳輸(shū)至DSP中(zhōng)央處理(lǐ)器進行數(shù)據(jù)處理和運算。

3.1.2硬件選型

   電流(liú)互感器的作用(yòng)是實(shí)時監測(cè)電纜(lǎn)低頻(pín)電流(liú)信號，選(xuǎn)擇(zé)型號為SCB2的閉環霍(huò)爾型高精度電流互感器。電流互感器(qì)的量(liáng)程為(wéi)0~10mA，輸入(rù)電(diàn)流(liú)範圍為0~10mA，輸出電(diàn)流範圍為0~25mA，滿量程綫性度為土0.2%，滿量程(chéng)精(jīng)度為土0.8%，響應(yīng)時間(jiān)小於(yú)20uS。電壓(yā)互感(gǎn)器的作(zuò)用(yòng)是(shì)實(shí)時監測低頻(pín)電(diàn)壓信號，選擇型號為(wéi)霍爾電(diàn)流型(xíng)電(diàn)壓互感器，電(diàn)壓互感(gǎn)器輸(shū)入(rù)電流範圍(wéi)為0~14mA，輸(shū)出電(diàn)流範圍為(wéi)0~25mA，測量電壓範圍(wéi)為(wéi)10~500V。模(mó)擬(nǐ)量/數字量(liáng)轉(zhuǎn)換(huàn)模塊作用是(shì)將采集得到的(dí)電壓電(diàn)流信號(hào)實時轉(zhuǎn)換(huàn)成(chéng)數(shù)字量信(xìn)號，選擇(zé)型號(hào)為ADS8365的(dí)A/D模塊(kuài)，精(jīng)度較高，具有(yǒu)16位並(bìng)行(háng)數(shù)據傳(chuán)輸(shū)功(gōng)能(néng)，能夠同時(shí)進行(háng)6路(lù)模擬(nǐ)量(liáng)信(xìn)號的同步(bù)采樣與(yǔ)轉(zhuǎn)換。DSP中(zhōng)央處(chǔ)理器選(xuǎn)擇型(xíng)號為(wéi)TMS320F28335芯片，支(zhī)持多(duō)種語言(yán)和代碼，具(jù)有較好(hǎo)的程(chéng)序移植性(xìng)。

3.2軟(ruǎn)件設(shè)計

3.2.1主(zhǔ)程序

   井下電(diàn)力(lì)電(diàn)纜絕緣在綫監控係(xì)統(tǒng)主程序流(liú)程：進行係統初始化，完(wán)成(chéng)資源分(fēn)配之(zhī)後(hòu)進(jìn)入(rù)測(cè)頻程序(xù)，緊隨(suí)其後的(dí)是A/D采(cǎi)樣程(chéng)序(xù)，完成電力電纜低頻(pín)電壓(yā)電(diàn)流(liú)信號的(dí)采集；經過(guò)數(shù)據處理(lǐ)模量的運算(suàn)即可(kě)得到電纜對(duì)地的(dí)絕緣(yuán)電(diàn)阻，對比(bǐ)標準電阻值(zhí)，如(rú)果出(chū)現(xiàn)電纜絕(jué)緣(yuán)電(diàn)阻(zǔ)實測值小(xiǎo)於標準值，係(xì)統進(jìn)入報(bào)警程序發(fā)出預(yù)警(jǐng)，並且將絕緣電阻故障的(dí)電(diàn)纜編(biān)號和實測絕緣阻(zǔ)值顯(xiǎn)示(shì)在操作麵板(bǎn)中；與(yǔ)此同時(shí)，啟(qǐ)動CAN總綫(xiàn)通訊程(chéng)序將(jiāng)電纜編(biān)號和(hé)實測(cè)阻(zǔ)值傳輸(shū)至人機交互界麵。

3.2.2數(shù)據(jù)采集(jí)程序

   數據采集程序實現低頻電(diàn)壓(yā)電(diàn)流信(xìn)號的采(cǎi)集並(bìng)且實(shí)時存(cún)儲至DSP的存(cún)儲器(qì)，其中的(dí)電壓(yā)電(diàn)流向量數據以(yǐ)向(xiàng)量組(zǔ)的(dí)形式存(cún)放。數(shù)據(jù)采(cǎi)集采用24個(gè)點(diǎn)的傅(fù)裏葉(yè)算法(fǎ)，一個采樣(yàng)周期(qī)需要(yào)采(cǎi)集24個(gè)數據(jù)，采樣過程(chéng)如下(xià)：從(cóng)監測終端(duān)監測(cè)得(dé)到(dào)第(dì)一(yī)輪(lún)采(cǎi)樣信(xìn)號(hào)開始進(jìn)行(háng)電壓和(hé)電(diàn)流(liú)的(dí)同(tóng)步(bù)采樣(yàng)，累(léi)計(jì)完成24個采樣數據即(jí)結束一(yī)個(gè)采樣(yàng)周(zhōu)期，以此循(xún)環(huán)完成電力(lì)電纜係(xì)統(tǒng)絕(jué)緣(yuán)性能數(shù)據的采(cǎi)集(jí)。

3.2.3數據處(chǔ)理程序

   數據(jù)處理程序(xù)負(fù)責(zé)運(yùn)算(suàn)處(chǔ)理數字(zì)量/模(mó)擬量采集模塊傳輸進(jìn)來(lái)的數(shù)據，涉及傅裏葉分解運算(suàn)和(hé)絕(jué)緣(yuán)電(diàn)阻計(jì)算(suàn)。傅裏葉分解(jiě)運(yùn)算直(zhí)接通過C語言調(tiáo)用自(zì)帶(dài)函數(shù)庫(kù)中的公式，以(yǐ)便(biàn)提(tí)高運算(suàn)的速(sù)率。通(tōng)過(guò)直(zhí)接調用函數的(dí)形(xíng)式(shì)能夠實(shí)現大(dà)計(jì)算量(liáng)，高速(sù)度運算(suàn)，而且(qiě)調(tiáo)用時采(cǎi)用簡(jiǎn)單(dān)的(dí)C語言，保(bǎo)證了(liǎo)代(dài)碼(mǎ)編(biān)寫的(dí)速(sù)度和(hé)模(mó)塊編寫的(dí)效率，能(néng)夠降(jiàng)低(dī)代碼(mǎ)的(dí)錯碼(mǎ)率(shuài)，保(bǎo)證(zhèng)程序的運(yùn)行(háng)速(sù)度和(hé)準確(què)性。

3.2.4CAN總(zǒng)綫通信(xìn)程序

   監測終(zhōng)端(duān)檢測(cè)得(dé)到的實測電力電(diàn)纜絕緣電阻數值(zhí)經(jīng)CAN總綫(xiàn)傳輸(shū)至地(dì)麵變電所，通過(guò)人機交互界麵進(jìn)行實(shí)時(shí)顯(xiǎn)示。與此同時(shí)，監控人(rén)員根據電(diàn)力電纜(lǎn)絕(jué)緣電(diàn)阻(zǔ)的(dí)實(shí)測值及(jí)其變(biàn)化趨(qū)勢(shì)，通(tōng)過人(rén)機交互界麵(miàn)可以發出相應的控(kòng)製指令，完成電力電(diàn)纜(lǎn)工(gōng)作狀(zhuàng)態(tài)的遠程(chéng)控製(zhì)。

3.3人機交互界麵

   人(rén)機交互界(jiè)麵作為井下(xià)電力電纜在綫(xiàn)監控係統(tǒng)數據(jù)顯(xiǎn)示(shì)與遠(yuǎn)程控(kòng)製的樞(shū)紐，需要(yào)進行(háng)設計開發，常用(yòng)的編(biān)程語言(yán)包括VB，C語(yǔ)言，C++，組(zǔ)態軟(ruǎn)件等(děng)，其中組態軟件在(zài)人(rén)機(jī)界麵(miàn)設計(jì)方(fāng)麵具(jù)有明顯的靈活性和適(shì)應性(xìng)的(dí)優勢，故而選擇(zé)組(zǔ)態軟件進(jìn)行(háng)人機(jī)交互界麵(miàn)的(dí)開(kāi)發。監(jiān)控(kòng)係統(tǒng)主(zhǔ)界(jiè)麵涉(shè)及井下電纜(lǎn)絕緣電阻實時數(shù)據，歷史數據(jù)，變(biàn)化趨勢顯(xiǎn)示(shì)，報警等(děng)。監(jiān)控人(rén)員可以(yǐ)通過觀(guān)察對應(yīng)編(biān)號(hào)電纜的(dí)絕緣電阻值(zhí)，當某條電纜(lǎn)出現(xiàn)絕緣(yuán)故障時，報警(jǐng)係統(tǒng)啟(qǐ)動(dòng)，發(fā)出故障(zhàng)報(bào)警信號，同時界(jiè)麵顯(xiǎn)示故障電纜(lǎn)編號(hào)，可(kě)以調取(qǔ)該(gāi)電纜的(dí)絕緣(yuán)電(diàn)阻變(biàn)化(huà)曲綫，便於故(gù)障(zhàng)排查。

4應用(yòng)效果(guǒ)評(píng)價(jià)

   為(wéi)了(liǎo)驗(yàn)證(zhèng)井(jǐng)下(xià)電(diàn)力(lì)電(diàn)纜(lǎn)絕緣(yuán)在綫(xiàn)監(jiān)控係統設計(jì)的(dí)適用(yòng)性，將其應(yīng)用於某(mǒu)煤礦(kuàng)井下(xià)6kV動力電纜絕緣監測工(gōng)作，進(jìn)行(háng)應用效果跟(gēn)蹤記錄(lù)。結(jié)果表(biǎo)明，係統工作(zuò)穩定(dìng)，能夠很(hěn)好的滿(mǎn)足井下電力(lì)電(diàn)纜(lǎn)絕(jué)緣在(zài)綫監(jiān)測功能(néng)。統(tǒng)計結果(guǒ)顯示，在(zài)綫監(jiān)控係(xì)統(tǒng)的應用(yòng)，降低了井(jǐng)下(xià)電力電纜的人力(lì)資(zī)源(yuán)消(xiāo)耗，減少(shǎo)了近(jìn)30%的絕緣(yuán)故(gù)障排除時間，提(tí)高(gāo)了(liǎo)近15%的(dí)煤礦內部(bù)電力設(shè)備利用(yòng)率(shuài)，預計(jì)為企業新增經濟效益約150萬(wàn)/年，取得了(liǎo)很好的應用(yòng)效果(guǒ)。

5絕(jué)緣監(jiān)測及絕(jué)緣故障(zhàng)定(dìng)位產品

5.1絕(jué)緣(yuán)監(jiān)測及絕緣(yuán)故(gù)障(zhàng)定(dìng)位產品

         AIM-T係列工(gōng)業用絕緣監測儀

           AIM-T係列絕(jué)緣監測(cè)儀(yí)主(zhǔ)要應用(yòng)在(zài)工業場所IT配電係(xì)統(tǒng)中(zhōng)，主(zhǔ)要(yào)包(bāo)括AIM-T300，AIM-T500和(hé)AIMT500L三款(kuǎn)產品(pǐn)，均適用於純(chún)交流，純(chún)直流以(yǐ)及(jí)交直(zhí)流混合的(dí)係統(tǒng)。

   其(qí)中AIM-T300適用於450V以下(xià)的(dí)交流，直(zhí)流以及交(jiāo)直(zhí)流混合係統，AIM-T500適用於800V以下的交(jiāo)流(liú)，直(zhí)流以(yǐ)及(jí)交直(zhí)流(liú)混合(hé)係(xì)。AIM-T500L相比(bǐ)AIM-T500增(zēng)加了絕緣故(gù)障定位(wèi)功能。

5.2絕(jué)緣故障(zhàng)定(dìng)位(wèi)產品

   工業用絕(jué)緣故(gù)障定(dìng)位(wèi)產品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測(cè)儀使用(yòng)，主(zhǔ)要(yào)包(bāo)括(kuò)ASG200測(cè)試信(xìn)號發生器(qì)，AIL200-12絕緣(yuán)故(gù)障(zhàng)定位儀，AKH-0.66L係列電流互(hù)感(gǎn)器(qì)，適用(yòng)於出綫(xiàn)回路(lù)較多(duō)的(dí)IT配(pèi)電係統。

5.3絕(jué)緣(yuán)監(jiān)測(cè)耦(ǒu)合(hé)儀

   絕(jué)緣(yuán)監(jiān)測耦合儀(yí)配合AIM-T500絕緣監(jiān)測儀使用(yòng)，主(zhǔ)要包(bāo)括ACPD100，ACPD200，適(shì)用(yòng)於交(jiāo)流(liú)電(diàn)壓(yā)高於690V，直(zhí)流電壓高於(yú)800V的IT配(pèi)電(diàn)係統(tǒng)。

6技(jì)術(shù)參(cān)數

6.1絕(jué)緣(yuán)監測(cè)儀技術參數(shù)

6.2測試(shì)信號(hào)發生器(qì)技術參(cān)數(shù)

6.3絕緣故障定(dìng)位(wèi)儀技術(shù)參數(shù)

6.4 AKH-0.66L係(xì)列(liè)電(diàn)流(liú)互(hù)感(gǎn)器(qì)技(jì)術參數

6.5絕緣監測耦合儀(yí)技術(shù)參數

7結語

   井下電力(lì)電(diàn)纜作(zuò)為煤礦電力設備工作的前提條(tiáo)件(jiàn)，其工作(zuò)的(dí)可(kě)靠(kào)性和(hé)穩定性極(jí)為重要(yào)。針(zhēn)對(duì)供(gōng)電係統絕(jué)緣(yuán)問題檢(jiǎn)測技(jì)術(shù)限製煤炭產(chǎn)量效率(shuài)的(dí)問題(tí)，以(yǐ)某煤炭企業6kV井(jǐng)下供電係(xì)統為(wéi)研(yán)究對象，開展了在綫監(jiān)測係統(tǒng)設計(jì)與(yǔ)應用(yòng)工作。取(qǔ)得(dé)了(liǎo)較(jiào)好(hǎo)的應用效(xiào)果(guǒ)，可以為(wéi)同類工程(chéng)提(tí)供(gōng)一定(dìng)參考(kǎo)。

參考(kǎo)文獻(xiàn)

[1]丁百東(dōng),孫秘,田錦釗.基(jī)於絕(jué)緣(yuán)狀態趨勢分(fēn)析的煤(méi)礦電(diàn)纜(lǎn)絕緣(yuán)可(kě)視(shì)化在(zài)綫(xiàn)檢(jiǎn)測係統的研(yán)製與應(yīng)用(yòng)[J].中國(guó)機械(xiè)

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