礦用高壓配電裝置絕緣監(jiān)視保護試驗裝置

摘 要：在當前階段，針對礦用高壓配電裝置絕緣監(jiān)視保護功能動作時間的測試方法，行業(yè)內(nèi)尚缺乏明確和統(tǒng)一的標準。鑒于礦用高壓配電裝置在煤礦井下電力系統(tǒng)中的重要地位，以及其絕緣監(jiān)視保護功能對于保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵作用，對動作時間的準確測試顯得尤為重要。然而，現(xiàn)有的測試方法往往存在操作復(fù)雜、結(jié)果不穩(wěn)定等問題，難以滿足實際工作的需要。針對這一現(xiàn)狀，本文根據(jù)行業(yè)標準要求及絕緣監(jiān)視保護的工作原理，提出了一種新的檢驗方式，并基于這一新的檢驗方式，進一步設(shè)計了專門的試驗裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦用高壓配電裝置絕緣監(jiān)視保護功能動作時間的快速、準確測試，成功簡化了礦用高壓配電裝置絕緣監(jiān)視保護功能動作時間的檢驗流程，使得檢驗工作更加簡單可行。

關(guān)鍵詞：高壓配電裝置，絕緣監(jiān)視，煤礦井下設(shè)備

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.23.040

0 引 言

礦用高壓配電裝置，作為煤礦井下電力系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，特指那些應(yīng)用于10 kV或6 kV供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵配電設(shè)備。它們不僅是煤礦井下高壓供電系統(tǒng)終端線路的主要守護者，承擔著確保電力穩(wěn)定供應(yīng)與線路安全運行的重大責任，而且其性能的穩(wěn)定與可靠直接關(guān)系到煤礦作業(yè)的安全性與生產(chǎn)效率。依據(jù)國家機械行業(yè)標準JB/T 8739—2015《礦用隔爆型高壓配電裝置》，這些設(shè)備的制造與檢驗需嚴格遵循一系列技術(shù)規(guī)范與安全要求，以確保其在極端井下環(huán)境中仍能保持良好的隔爆性能與電氣性能。

因此，在不接地電網(wǎng)中，對電網(wǎng)絕緣狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)視顯得尤為關(guān)鍵。絕緣監(jiān)視保護如同煤礦安全生產(chǎn)的“守護神”，時刻警惕著任何可能導(dǎo)致絕緣失效的蛛絲馬跡。同時，對礦用高壓配電裝置進行定期的絕緣保護試驗也是確保設(shè)備安全可靠運行的必要手段。這些試驗不僅能夠驗證設(shè)備在極端條件下的絕緣性能，還能及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的絕緣缺陷，從而有效預(yù)防事故的發(fā)生，保障煤礦作業(yè)人員的生命安全與企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

煤礦井下高壓配電裝置的絕緣監(jiān)視保護具有至關(guān)重要的意義，其重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）保障煤礦安全生產(chǎn)；（2）確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行；（3）提高設(shè)備使用壽命；（4）預(yù)防人員觸電事故；（5）滿足煤礦井下特殊環(huán)境需求。絕緣監(jiān)視保護能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在故障，確保設(shè)備在惡劣環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定的絕緣性能。煤礦井下高壓配電裝置的絕緣監(jiān)視保護對于保障煤礦安全生產(chǎn)、確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行、提高設(shè)備使用壽命、預(yù)防人員觸電事故以及滿足煤礦井下特殊環(huán)境需求等方面都具有極其重要的意義。因此，煤礦企業(yè)應(yīng)高度重視絕緣監(jiān)視保護的作用，加強設(shè)備的維護和管理，確保絕緣監(jiān)視保護系統(tǒng)始終處于良好的工作狀態(tài)。

然而，令人擔憂的是，當前部分礦用高壓配電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)面臨著電氣性能綜合保護特性試驗臺缺失的困境，特別是在進行絕緣監(jiān)視保護的出廠檢驗時顯得尤為棘手。絕緣監(jiān)視保護是確保電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障時能夠迅速響應(yīng)并保護設(shè)備免受損害的重要機制。在IT供電系統(tǒng)中，即中性點不接地系統(tǒng)中，一旦某一相發(fā)生接地故障，其余兩相的對地電壓將顯著升高，其值可能接近線電壓，這將對設(shè)備的絕緣層構(gòu)成嚴峻考驗，極易導(dǎo)致絕緣損壞。更為嚴重的是，當接地電流較小時，盡管線路和設(shè)備在表面上似乎仍能維持運行，但實際上已處于一種非正常的、潛在危險的狀態(tài)，這種狀態(tài)可能長時間持續(xù)，對煤礦的安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅。

1 標準要求及保護原理

由于井下采用雙屏蔽電纜，其高壓防爆開關(guān)除了設(shè)有漏電保護，還須設(shè)有監(jiān)視線保護，這樣就可監(jiān)視雙屏蔽電纜的監(jiān)視線和接地線之間有無短路或監(jiān)視線和接地線有無斷線的故障[1]。JB/T 8739—2015《礦用隔爆型高壓配電裝置》中要求高壓配電設(shè)備絕緣監(jiān)視保護動作特性應(yīng)滿足表1規(guī)定[2]。

回路電阻是指屏蔽芯線與屏蔽地線短接形成回路的情況下所測得的電阻值，它的大小可反映出屏蔽芯線與屏蔽地線是否存在開路現(xiàn)象、連接是否可靠、屏蔽質(zhì)量是否良好。目前常用的監(jiān)視線保護原理有兩種： 一種終端加整流二極管的直流監(jiān)視線保護原理，另一種是終端加電阻附加直流電源的監(jiān)視線保護原理。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，經(jīng)分析決定對本系統(tǒng)采用終端加電阻附加交流電源的監(jiān)視線保護原理[3]。此方法也是目前產(chǎn)品上最常見的方法，其原理如圖1所示。礦用隔爆型高壓配電裝置的絕緣監(jiān)視保護線路都是從保護器引出兩個線接到外部電阻，即此圖中R12，通常情況下此電阻約為1 kΩ。

2 試驗原理

J B/ T 8739—2 015《礦用隔爆型高壓配電裝置》這一標準詳細闡述了回路電阻及絕緣電阻的動作阻值的測量步驟與方法，為礦用隔爆型高壓配電裝置的安全運行提供了重要的技術(shù)依據(jù)。然而，盡管該標準對電阻阻值的測量給出了明確的指導(dǎo)，但在動作時間的測量方法上卻并未作出具體規(guī)定。根據(jù)標準要求，當回路電阻的阻值超過保護器的動作閾值Rk，或者絕緣電阻的阻值低于保護器的動作閾值Rd時，配電裝置應(yīng)當能夠在極短的時間內(nèi)，即不超過0.1秒，迅速斷開回路，以確保設(shè)備和人員的安全。

在實際的檢測過程中，測量Rk和Rd的阻值的方法相對較為直接，通常可以通過將可變電阻箱與配電裝置的絕緣監(jiān)視保護回路上的電阻進行串聯(lián)或并聯(lián)，然后在配電裝置處于合閘狀態(tài)下，不斷對可變電阻箱的阻值進行調(diào)整，直至觸發(fā)保護動作，從而得到保護器的動作阻值。但在測量保護動作時間時，卻面臨著一系列的挑戰(zhàn)。其中，最大的難點在于如何在配電裝置處于合閘狀態(tài)下安全、有效地投入動作電阻，并且確保在投入動作電阻的瞬間，保護回路不會因為這一操作而提前斷開。此外，還需要在投入電阻的同時精確地開始計時，并在保護動作導(dǎo)致斷路器斷開的瞬間結(jié)束計時，以確保測量結(jié)果的準確性和可靠性。由于這些難點的存在，目前在實際操作中，對于保護動作時間的測量方法還沒有形成一個統(tǒng)一、標準化的流程。因此，如何在滿足安全要求的前提下，設(shè)計出一種既簡便又準確地測量動作時間的方法成了當前亟待解決的問題。

針對以上需求，結(jié)合與企業(yè)的溝通、查閱資料，并分析其可行性[4]，設(shè)計出如圖2所示測試裝置。

接線方式：以某廠家保護器為例。將圖2中的A端子接至圖1中絕緣監(jiān)視端（L 42 4接線端），將圖2中B端子接至圖1中R12下端（N630側(cè)），將導(dǎo)線N630撤去，將圖2中C端子接至保護器絕緣地端口（原N630接線端）。

實現(xiàn)方式：如圖2所示。S11、S12同步，S21、S22、S23同步，S31、S32、S33同步。其中S11、S12、S21、S22、S23利用轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)，S21、S22、S23利用按鈕的常開、常閉觸點實現(xiàn)。

S11、S12閉合時，電路為在R12兩端并聯(lián)可調(diào)電阻箱，但此時電阻箱支路中S32開關(guān)斷開，未投入。調(diào)整電阻箱電阻至動作電阻后，按下按鈕，S31、S32、S33同時動作，電阻箱接入電路的同時開始計時，保護器動作主回路斷開結(jié)束計時，便可得到并聯(lián)時保護動作時間即監(jiān)視線與地線之間的絕緣電阻Rd動作時間；

S21、S22、S23閉合時，電路為將電阻箱與R12串聯(lián)，但此時電阻箱被S31短路。調(diào)整電阻箱電阻至動作電阻后，按下按鈕，S31、S32、S33同時動作，電阻箱接入電路的同時開始計時，保護器動作主回路斷開結(jié)束計時，便可得到串聯(lián)時保護動作時間即監(jiān)視線與地線之間的回路電阻Rk動作時間。

3 試驗結(jié)果

根據(jù)前面所提及的創(chuàng)新性方法，成功地設(shè)計并制造了一款專業(yè)的測量裝置。這款裝置專門用于測量兩家不同企業(yè)所生產(chǎn)的高壓配電裝置在絕緣監(jiān)視保護動作時間方面的性能。為了確保結(jié)果的準確性和可靠性，進行了多次嚴格的試驗，并將詳細的試驗數(shù)據(jù)整理在了表2中。

測量結(jié)果不僅驗證了裝置的有效性和準確性，同時也為高壓配電裝置的安全性和可靠性評估提供了有力的數(shù)據(jù)支持。通過對比兩家企業(yè)的產(chǎn)品，可以更直觀地了解到它們在絕緣監(jiān)視保護動作時間方面的差異，從而為后續(xù)的改進和優(yōu)化提供了明確的指導(dǎo)方向。

通過比對發(fā)現(xiàn)，此試驗方法可準確測量絕緣監(jiān)視保護動作時間，并且波動較小。

4 結(jié) 論

本文所提出的方法不僅具備結(jié)構(gòu)簡潔明了、安裝流程便捷高效的特點，而且在實際應(yīng)用中能夠為廣大生產(chǎn)廠家和專業(yè)的測試機構(gòu)提供極具價值的參考與指導(dǎo)。更進一步地，可以通過軟硬件設(shè)計將其模塊化、輕量化，最終集成到試驗臺中并實現(xiàn)自動化。這一創(chuàng)新不僅為智能礦山相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級注入了新的活力，也極大地利好各個高壓配電裝置的生產(chǎn)廠家和檢測機構(gòu)，為他們提供了更高效、更精準的測試手段，助力其在激烈的市場競爭中脫穎而出。

參考文獻

[1]唐會祥.高壓防爆開關(guān)微機保護裝置絕緣監(jiān)視保護模塊的設(shè)計[J].煤礦機電，2016（4）：27-30.

[2]礦用隔爆型高壓配電裝置：JB/T 8739—2015[S].

[3]陳奎，唐軼.雙屏蔽電纜監(jiān)視線保護原理的研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2000，27（3）：50-54.

[4]張少杰.礦用高壓配電裝置絕緣監(jiān)視保護試驗方法的探討[J].電子世界，2018（19）：66+68.

作者簡介

劉韜倫，碩士研究生，研究方向為礦用電氣設(shè)備檢測檢驗。

（責任編輯：張瑞洋）