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

引言

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、高压动力电缆绝缘故障系统设计

保德煤矿高压动力电缆故障预警监测系统主要包含:地面远程主机(云端服务)、系统采集单元及各监测装置(含高频传感器)，系统的结构如图1所示。

图1 系统结构图

1．1 地面远程主机

地面远程主机设置在矿调度指挥中心，调度指挥中心设置一台操控站，通过操控站对井下所有高压电缆系统相关设备进行集控和监视。操控站分为硬件和软件两部分:

①硬件设备:工业控制计算机、显示器等；

②软件:监测、控制组态软件。

地面远程主机采用基于B/S方式的系统管理软件，采用局域网方式与监测装置通信，配置装置的参数设值，通过上位机通信实现远程服务。系统还附带云端访问功能，通过任意一台 联网计算机，查看电缆在线监测系统运行情况、设备运行情况以及线路告警信息等。煤矿高压动力电缆绝缘故障监测系统采用网络化设计，为每个装置分配不同的IP地址，一个装置可实时在线检测16条交联聚乙烯或橡套高压动力电缆。系统可在设定时间段内，连续监测和记录被测动力电缆发生“可恢复故障”的次数以及瞬时电磁暂态信号的强度和形态，作为故障预警、选线、测距的特定判据。

1．2 系统技术指标

①电流信号采样频率:10MHz×16路；②电压信号采样频率:100kHz×4路；③电流单端故障测距范围:≤17km(可定制)；④系统定位精度:±4．25m；⑤同步授时精度:10ns；⑥测试盲区:≤10m；⑦电缆故障预警准确率:≥95%；⑧电缆故障选线准确率:≥99%；⑨与云端通信方式:无线4G、5G通信；⑩系统装置通信方式:网口；1云端服务器:免费3a云服务；12系统上位机:品牌工控机；13系统扩容:可支持组网253台监测单元；14系统供电方式:AC127V±10%；15系统工作环境温度:－25~ 70℃；16系统在线运行:＞80000h。

1．3 系统采集单元

保德煤矿选择井下1号变电所、2号变电所、三(下)盘区水泵房变电所、康孙62连巷变电所、五盘区井底水泵房变电所、集中巷变电所六个变电所15段母线及其母线下三芯电缆的在线监测，系统监测方式为站内集中式监测，在变电所低压侧选择合适位置安装矿用隔爆兼本安型高压动力电缆绝缘故障分析主机，高压侧选择合适位置安装矿用本安型电流采集器。

1．4 GPC电流行波探头

GPC电流行波探头安装在被监测交联聚乙烯电缆金属屏蔽层接地线上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，探头按照箭头指示方向固定在电缆屏蔽线上，注意屏蔽线处安装探头之前需要进行绝缘处理。探头与矿用本安型电流行波采集器之间通过多芯同轴电缆连接。

1．5 GPD电流行波探头

GPD电流行波探头安装在被监测橡套电缆本体上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，探头与矿用本安型电流行波采集器间通过多芯屏蔽线连接。

1．6 通信网络

系统主站内通信网络使用内部以太网通道或者光纤通道通信；系统主站与系统云端利用保德煤矿综合分站5G光纤网络通信。

1．7 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:

路过

鸡蛋

鲜花

握手

雷人