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基于低频信号注入法的煤矿高压电网绝缘监测装置设计

王建军;朱卫东

【摘要】从煤矿电网运行特性入手,采用TMS320LF2407A芯片,设计了低频信号

注入的煤矿高压电网绝缘在线监测装置.通过检测各支路低频电压、低频电流及两

者的相位差,实现了对煤矿高压电网绝缘在线监测.按PSCAD对理论的分析结果进

行了仿真验证,该监测方法取得了较满意的效果.

【期刊名称】《煤矿机电》

【年(卷),期】2013(000)001

【总页数】5页(P48-51,57)

【关键词】煤矿电网;低频信号注入;绝缘参数;在线监测

【作者】王建军;朱卫东

【作者单位】中煤大屯煤电公司,江苏沛县221600;中煤大屯煤电公司,江苏沛县

221600

【正文语种】中文

【中图分类】TM732

0引言

煤矿高压电网供电的可靠性直接决定了煤矿的生产安全以及人身财产安全,随着煤

矿容量的增大,电缆依靠其供电可靠、安全的特性,且有利于煤矿电网布局的特点,

获得了越来越广泛的应用。电缆自身具有良好的电性能和热性能,供电时对人身也

是比较安全的,受周围环境和自然因素的影响较小,能适应各种不同的敷设环境。

据有关部门统计,高压电力系统中80%以上的事故属于绝缘事故,其配电网绝缘

的好坏直接影响着电网的安全运行,但对于煤矿电网的绝缘监视问题,特别是线缆

混合的高压电网,至今没有有效可行的监视方法。特别是近年来电缆在煤矿供电中

的使用量日益增加,在煤矿恶劣的生产条件和工作环境中,电缆会在电、热、机械、

化学等因素的作用下发生老化,进而引起一系列故障。现传统的预防性试验是一种

离线检测方法,主要是定期对某线路的绝缘状况进行试验、检修和维护,但该方法

的弊端较多,其一,离线检测破坏了供电的连续性;其二,对没有绝缘问题的线路

采用预防性实验可能会加速绝缘老化;再者,预防性试验的试验电压低,与实际运

行时的检测参数有较大差别。有关文献中提出许多绝缘状况发映出的一些物理化学

信息预示着绝缘劣化的程度趋势,即有一定的发展期。

近年来,随着传感技术、计算机技术等的发展,通过对上述信息的收集、分析,能

够有效地获得电缆的绝缘状况并及早发出报警。因此,原有的停电试验判断线路绝

缘状况的方法已越来越不能适应煤矿电力供应的实际需求,而对煤矿高压电网绝缘

在线监测技术进行研究,实时监控煤矿供电线路绝缘状况,是保证煤矿电网安全可

靠运行的发展趋势,对确保煤矿的安全生产及矿工的人身安全都具有重要意义。

1低频信号注入法原理分析

低频信号注入的电网绝缘在线监测法的基本原理如图1所示,主要在电网中注入

一个低频交流信号。图中假设电网共带L1,…Li…,Ln条出线,附加的低频电源

Ef经隔离变压器输出,经过限流电阻R0通过三相电抗器SK进入电网,再由电网

的对地电容、绝缘电阻入地后与接地电阻RJ构成低频电流流通回路。通过对每条

线路低频电压、电流信号进行处理与计算,即可求得各支路对地的绝缘参数,从而

实现线路绝缘参数的在线监测。

图1低频信号注入原理图

当电网各出线绝缘良好时,对地绝缘电阻值很大,其附加的接地电阻、限流电阻、

三相电抗器SK以及线路阻抗相对于路的绝缘电阻可以忽略不计,因此对线路某相

来说,其绝缘在线监测等效电路便简化为如图2所示的形式。

图2A相多回路低频信号注入等效电路图

从图2可以得到:

将式(1)整理并求解可得:

式中,为注入低频信号的电压幅值;为第i支路流过A相的低频电流;rAi为第i支

路A相的对地绝缘电阻;CAi为第i支路A相对地电容;ω为角频率;θ为低频电压、

低频电流的相位差。

同理可得B相、C相对地绝缘参数计算公式:

由上可知,通过监测各支路低频电压、电流值,根据式(2)~(4)便可求得各线路对

地绝缘参数,从而实现对配电网绝缘在线监测。

2仿真分析

利用PSCAD/EMTDC软件,以10kV电网搭建仿真模型,仿真模型如图3所示。

其中,三条出线长度分别为10km,15km,5km。线路的模型采用贝杰龙模型,

变压器的变比为110kV/10kV,电源侧电压等级为110kV,经110kV/10kV,

Y/d连接的变压器对各支路供电。注入的低频信号,通过隔离变压器输出,经限流

电阻以及三相电抗器SK进入电网。

通过仿真可知,当线路的单相绝缘电阻下降,两相绝缘电阻下降以及三

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