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力電纜絕緣故障監測系統應用,分析了煤礦高壓供電系統作為高危行業的特殊性要求,供電系統高壓電纜在線監測供電系統的絕緣狀況、實現預警、故障定位、接地選線功能,是供電管理的重要技術手段,闡述了系統特點及先進性,實踐表明在系統應用提高了企業機電管理人員電力系統的監管水平,提高企業經濟效益和社會效益。
關鍵詞:電纜絕緣;預警;故障定位;接地選線
神東保德煤礦是能源集團神東煤炭集團公司一座在山西省的大型煤炭生產基地,由原保德縣東關鎮煤礦和橋頭煤礦技術改造整合而成。井田南北走向長14.0km,東西傾向寬5.7km,面積55.898km2。由于生產系統的特點,井上、下大量應用高壓動力電纜,電纜運行直接影響煤礦的生產,一旦發生電纜故障,勢必引起采掘生產、礦井通風、排水、壓風等生產系統事故,造成了煤礦的重大生產經濟損失、人員傷亡和其他次生災害。目前每年做的電纜局放和耐壓試驗,存在以下問題:一是從根本上不能體現電纜絕緣水平的真實情況;二是耐壓試驗是一種破壞性試驗,試驗的同時也是對電纜絕緣的破壞;三是隨著礦井對供電可靠性的要求越來越高,不能長期在線監測。
目前煤礦井上下高壓供電系統普遍應用小電流接地系統、絕緣監測裝置均不能解決上述問題,是煤礦供電長期存在的痛點。為此,自動化改造保德煤礦供電裝置,保德煤礦一直希望在供電系統高壓電纜故障發生之前能夠給出報警信息,形成預警系統,提前采取措施去除隱患,避免突發短路造成大面積停電。另外,能夠快速準確選線和判斷故障位置。以下為保德煤礦高壓動力電纜絕緣故障系統的設計方案。
1 高壓動力電纜絕緣故障系統設計
保德煤礦高壓動力電纜故障預警監測系統主要包含:地面遠程主機(云端服務)、系統采集單元及各監測裝置(含高頻傳感器),系統的結構如圖1所示。
圖1 系統結構圖
1.1 地面遠程主機
地面遠程主機設置在礦調度指揮中*,調度指揮中*設置一臺操控站,通過操控站對井下所有高壓電纜系統相關設備進行集控和監視。操控站分為硬件和軟件兩部分:
①硬件設備:工業控制計算機、顯示器等;
②軟件:監測、控制組態軟件。
地面遠程主機采用基于B/S方式的系統管理軟件,采用局域網方式與監測裝置通信,配置裝置的參數
1.2 系統技術指標
①電流信號采樣頻率:10MHz×16路;
②電壓信號采樣頻率:100kHz×4路;
③電流單端故障測距范圍:≤17km(可定制);
④系統定位精度:±4.25m;
⑤同步授時精度:10ns;
⑥測試盲區:≤10m;
⑦電纜故障預警準確率:≥0.95;
⑧電纜故障選線準確率:≥0.99;
⑨與云端通信方式:無線4G、5G通信;
⑩系統裝置通信方式:網口;
11云端服務器:免費3a云服務;
12系統上位機:品牌工控機;
13系統擴容:可支持組網253臺監測單元;
14系統供電方式:AC127V±0.10;
15系統工作環境溫度:-25~+70℃;
16系統在線運行:>80000h。
1.3 系統采集單元
保德煤礦選擇井下1號中*變電所、2號變電所、三(下)盤區水泵房變電所、康孫62連巷變電所、五盤區井底水泵房變電所、集中巷變電所六個變電所15段母線及其母線下三芯電纜的在線監測,系統監測方式為站內集中式監測,在變電所低壓側選擇合適位置安裝礦用隔爆兼本安型高壓動力電纜絕緣故障分析主機,高壓側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測交聯聚乙烯電纜金屬屏蔽層接地線上,負責監測被測電纜的暫態電流行波信號,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行絕緣處理。探頭與礦用本安型電流行波采集器之間通過多芯同軸電纜連接。
1.5 GPD電流行波探頭
GPD電流行波探頭安裝在被監測橡套電纜本體上,負責監測被測電纜的暫態電流行波信號,探頭與礦用本安型電流行波采集器間通過多芯屏蔽線連接。
1.6 通信網絡
系統主站內通信網絡使用內部以太網通道或者光纖通道通信;系統主站與系統云端利用保德煤礦綜合分站5G光纖網絡通信。
1.7 系統主要功能
2 高壓動力電纜絕緣故障系統應用
保德煤礦應用的煤礦高壓動力電纜故障預警監測系統,實現高壓供電故障預警、接地選線、故障測距等,避免重大供電事故,避免因高壓供電事故引
起水、火、瓦斯等重大礦井災害事故,解決了供電系統維護管理多年來的難題[2]。系統主要有如下好處:
①提高了礦井供電系統自動化水平,有計劃地提前采取措施,保證礦井設備運行安全,保障了電網的可靠供電,避免了由于突發停電造成的經濟損失。
②從故障選線、故障預警方面做到自動化,大大提高了電力運行人員的工作效率,原來人工查找故障點費時費力,通過安裝電纜在線監測系統自動預警電纜故障,節省了大量的時間和人力,提高了工作效率。
③通過實時監測電纜的運行狀態,提前預警電纜故障,電纜在故障前得到處理,及時修*或切換,增加了電纜的使用壽命,節省了生產運營成本??赡苁褂?0a的使用期限有可能增加到25a甚至更長,大大節省了原材料成本。
④系統裝置結構緊湊,施工安裝方便,可長期監測重*站、重*設備、異常設備,系統配置靈活。不改變電纜運行方式和結構,不占用現有系統資源,在電纜接地導體上安裝高頻傳感器,安全可靠。
⑤采用行波故障定位測量法,實現對電纜本體產生的絕緣薄弱點定位,定位精度可達±4.25m。縮短供電故障查找時間。采用高性能FPGA處理器,實現100Msps、14Bit分辨率的高速采樣、存儲。
系統的成功應用實現交聯聚乙烯、橡套等高壓動力電纜故障預警。從故障預警、故障選線、故障測距等方面達到技術,提高供電可靠性,提高了運維人員工作效率。通過實時監測電纜的運行狀態,電纜在故障前得到的處理,增加了電纜的使用壽命,節省了生產運營成本。提高了供電線路監測自動化水平,保障了電網的可靠供電,避免了由于突發停電造成的經濟損失。系統軟件平臺部署在云服務器端,操作人員訪問方便,不受時間、地點限制,可實時查看線路運行情況,方便管理。系統響應時間短,當電纜發生暫態故障產生行波信號后,高頻傳感器在5s內可將采集到的故障信號通過網絡通信傳遞給上位機軟件并實時顯示故障線路和故障波形,便于值班人員快速分析處理。
3 利用故障系統分析解決高壓動力電纜絕緣故障
3.1 高壓電纜的檢查
煤礦高壓動力系統中,會有開關、保護電器等這類關鍵部件。開關柜的作用是保證煤礦高壓動力系統的整個電路工作正常,在煤礦高壓動力系統出現明顯異常時通過拉合開關柜來保護煤礦高壓動力系統。
3.2 檢查煤礦高壓動力系統的變壓器
電力變壓器是一種利用電磁感應原理改變交流電壓的設備,它主要由主線圈、次線圈、鐵芯組成。目前變壓器應用非常廣泛,煤礦高壓動力系統中,變壓器很多。其中,變壓器的運行及事故處理是十分重要的課題。
3.3 檢查高壓動力電纜絕緣故障系統的工作狀態
4 絕緣監測及絕緣故障定位產品
4.1絕緣監測及絕緣故障定位產品
AIM-T系列工業用絕緣監測儀
AIM-T系列絕緣監測儀主要應用在工業場所IT配電系統中,主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產品,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。
4.2絕緣故障定位產品
工業用絕緣故障定位產品配合AIM-T500L絕緣監測儀使用,主要包括ASG200測試信號發生器,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。
4.3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。
5 技術參數
5.1絕緣監測儀技術參數
5.2測試信號發生器技術參數
5.3絕緣故障定位儀技術參數
5.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術參數
5.5絕緣監測耦合儀技術參數
6 結論
保德煤礦高壓動力電纜絕緣故障監測系統的成功應用是實現狀態檢修的手段之一,系統對在運行電壓下對電纜的絕緣狀態進行檢測,真實反映電纜的絕緣水平。自動連續監測狀態下,依據大量的數據以及判據的數模分析,監測系統利用云服務功能將電纜故障預警信息上傳至多用戶云空間,設備管理人員可以實現遠程監控,使礦井機電負責人實時了解變電站內電纜運行狀況信息,確定電纜運行狀態,做到故障前的實時預警、選線和測距,實現電纜的狀態檢修,大大減少人工巡查。提高礦井機電管理人員電力系統的監管水平,提高企業經濟效益和社會效益。
參考文獻:
[1] 王曉彪.電力電纜故障診斷與檢測技術分析[J].電子制作,2016(18).
[2] 于洋,楊伊璇.電力電纜的故障診斷與檢測技術[J].黑龍江科技信息,2015(36).
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.6版;
[4]安科瑞IT系統絕緣監測故障定位裝置及監控系統(中英文)2020.01版
作者介紹
未曉妃,安科瑞電氣股份有限公司,178 2117 0311,主要研究方向為微電網能效管理和環保安全用電。
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