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礦山井下IT配電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)研究及應(yīng)用

更新時(shí)間: 2022-06-11   點(diǎn)擊次數(shù): 870次

    0 引言
           能源作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎,堪稱是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈。采礦業(yè)一直是能源工業(yè)的重要支柱,我國(guó)的礦業(yè)生產(chǎn)主要來(lái)自井下開采,環(huán)境惡劣,就以煤礦為例,煤礦井下存在水、火、瓦斯、煤塵、頂板五大自然災(zāi)害,加上生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜,易發(fā)生惡性事故。
           出于安全考慮,礦山井下低壓配電系統(tǒng)的接地形式按規(guī)定采用的是IT系統(tǒng)。IT系統(tǒng)就是電源中性點(diǎn)不接地、用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分直接接地(PE線)的系統(tǒng)。
           IT系統(tǒng)的特點(diǎn)是發(fā)生第一次接地故障時(shí),接地故障電流僅為非故障相對(duì)地的電容電流,其值很小,外露導(dǎo)電部分對(duì)地電壓不超過(guò)50V,不需要立即切斷故障回路,因此可以保證供電的連續(xù)性。但此時(shí)非故障相對(duì)地電壓會(huì)升高1.732倍,對(duì)線路耐壓要求提升;同時(shí)一旦發(fā)生二次接地,則構(gòu)成危險(xiǎn)的相間短路,所以須配置絕緣監(jiān)測(cè)裝置,以便在發(fā)生第一次接地時(shí)就要及時(shí)排除隱患。
           而對(duì)于以煤礦為典型代表的井下環(huán)境來(lái)說(shuō),在開采過(guò)程中,由于工作場(chǎng)所空間小、縱深長(zhǎng),加上空氣潮濕、多塵、巷道滴水和積水等諸多惡劣因素,很容易引起電纜和電氣設(shè)備老化和絕緣電阻下降,從而導(dǎo)致井下設(shè)備、電纜經(jīng)常發(fā)生絕緣強(qiáng)度降低、單相漏電或單相接地故障,不及時(shí)處理就可能進(jìn)一步發(fā)展成相間短路。因此,井下作業(yè)人員比正常環(huán)境下更容易遭受電擊的危險(xiǎn),而且還可能導(dǎo)致瓦斯、煤塵的爆炸。
           顯而易見(jiàn),對(duì)礦山井下IT系統(tǒng)的實(shí)時(shí)絕緣監(jiān)測(cè)具有更重要的意義。

    1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定
           為了保證井下生產(chǎn)的正常開展和保護(hù)井下人員的操作安全性,國(guó)家制定了不少相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,對(duì)IT系統(tǒng)安裝絕緣監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了具體規(guī)定。
           例如《GB?50070—2009 礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定如下:
           “4.1.3 井下低壓配電系統(tǒng)接地型式應(yīng)采用 IT 系統(tǒng),并應(yīng)符合下列規(guī)定:
           1 配電系統(tǒng)電源端的帶電部分應(yīng)不接地或經(jīng)高阻抗接地,且配電系統(tǒng)相導(dǎo)體和外露可導(dǎo)電部分之間第一次出現(xiàn)阻抗可忽略的故障時(shí),故障電流不應(yīng)大于5A。
           2 配電系統(tǒng)不宜引出 N 線。"

           “4.2.9 井下低壓配電 IT 系統(tǒng)應(yīng)采取自動(dòng)切斷電源的間接接觸防護(hù)措施,并應(yīng)符合下列規(guī)定:
           1 低壓配電 IT 系統(tǒng)均應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)視裝置,當(dāng)絕緣下降至整定值時(shí),應(yīng)由絕緣監(jiān)視器發(fā)出可聽(tīng)和(或)可見(jiàn)信號(hào)。
           2 有爆炸危險(xiǎn)環(huán)境礦井,當(dāng)發(fā)生對(duì)外露導(dǎo)電部分或?qū)Φ氐膯我唤拥毓收蠒r(shí),防護(hù)裝置應(yīng)迅速切斷故障線路。"

           《GB 50058-2014 爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中的5.5.1條款也規(guī)定了“爆炸性環(huán)境中的IT型電源系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置絕緣監(jiān)測(cè)裝置。"
           此外,各種不同礦類也都有自己專門的規(guī)范和工作細(xì)則,例如《煤礦井下低壓檢漏保護(hù)裝置的安裝、運(yùn)行、維護(hù)與檢修細(xì)則》就對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)的報(bào)警定值設(shè)置等做了更具體的規(guī)定。

    2 國(guó)內(nèi)外絕緣監(jiān)測(cè)儀在線監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀
           我國(guó)的電氣設(shè)計(jì)在建國(guó)之初師從前蘇聯(lián)電氣規(guī)范,主要是廣泛的采用TN—C系統(tǒng),它可以節(jié)省一根PE線,比較經(jīng)濟(jì),但存在很多缺點(diǎn),如中性線斷裂后設(shè)備外殼對(duì)地將帶220V危險(xiǎn)接觸電壓,不能裝用RCD防電擊等等。改革開放之后我國(guó)引進(jìn)了國(guó)際電工學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn),也隨著我國(guó)電氣技術(shù)的不斷提高,在應(yīng)用中TN-S、TT、IT系統(tǒng)得到了一定程度的推廣和應(yīng)用,以IT系統(tǒng)為例,在醫(yī)療IT方面目前應(yīng)用比較成熟,但在很多工業(yè)場(chǎng)合,由于對(duì)接地系統(tǒng)的理解和應(yīng)用尚不盡深入和全面,比如煤礦井下場(chǎng)合比較缺乏國(guó)產(chǎn)絕緣監(jiān)測(cè)裝置就是一個(gè)證明。
           目前礦用井下IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置以進(jìn)口品牌為主,歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)較廣泛地在IT配電網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用絕緣檢測(cè)技術(shù),而且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的在線運(yùn)行使發(fā)達(dá)國(guó)家積累了大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn),這是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家需要學(xué)習(xí)和追趕的。
           但采用進(jìn)口品牌絕緣監(jiān)測(cè)裝置造價(jià)昂貴,而且人機(jī)界面往往是英文,不利于現(xiàn)場(chǎng)人員的使用,在這種背景下,也不斷有國(guó)內(nèi)企業(yè)逐步推出了自己的工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)裝置,其中就包括了安科瑞電氣有限公司的AIM-T系列絕緣監(jiān)測(cè)儀。

    3 安科瑞工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)儀
     
    AIM-T300                       AIM-T500                     

    AIM-T500L

           AIM-T系列絕緣監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統(tǒng)中,主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品,均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。
           其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng),AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L則是相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。
    1)AIM –T系列產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)如下表所示:

    型號(hào)

    AIM-T300

    AIM-T500

    AIM-T500L

    輔助電源

    電壓

    AC85…265V

    AC85…265V

    功耗

    <8W

    <8W

    被監(jiān)測(cè)IT系統(tǒng)

    電壓

    0…480V AC/DC

    0…690V AC

    0…800V DC

    頻率

    40…60Hz

    40…60Hz

    絕緣監(jiān)測(cè)

    測(cè)量范圍

    1kΩ…5MΩ

    1kΩ…10MΩ

    報(bào)警值范圍

    10kΩ…5MΩ

    10kΩ…10MΩ

    相對(duì)誤差

    1…10k:10k;

    10k…5M: ±10%

    1…10k:10k;

    10k…10M: ±10%

    允許系統(tǒng)泄露電容

    <150uF

    <500uF

    響應(yīng)時(shí)間

    <6s

    <5s

    內(nèi)部參數(shù)

    測(cè)量電流

    <170uA

    <270uA

    絕緣故障定位

    ——

    ——

    電磁兼容/電磁輻射

    IEC61326-2-4

    IEC61326-2-4

    額定沖擊電壓/污染等級(jí)

    8kV/Ⅲ

    8kV/Ⅲ

    內(nèi)部直流電阻

    ≥120kΩ

    ≥180kΩ

    輸出

    繼電器輸出

    預(yù)警、報(bào)警

    出錯(cuò)、預(yù)警、報(bào)警

    環(huán)境

    工作溫度

    -15…+55℃

    -15…+55℃

    存儲(chǔ)溫度

    -20…+70℃

    -20…+70℃

    相對(duì)濕度

    5%…95%,不結(jié)露

    5%…90%,不結(jié)露

    海拔高度

    ≤2500m

    ≤2500m

    通訊


    RS485,Modbus-RTU

    RS485,Modbus-RTU

    2)AIM –T系列產(chǎn)品的外觀尺寸如下圖所示:
       

    AIM-T300正視圖              

    AIM-T300俯視圖             

    AIM-T300面板開孔尺寸圖

      
    AIM-T500/L正視圖             

    AIM-T500/L俯視圖         

    AIM-T500/L面板開孔尺寸圖

    3)AIM –T系列產(chǎn)品的典型應(yīng)用如下圖所示:


    4 小結(jié)
           安科瑞AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)儀目前已經(jīng)在礦井、紙業(yè)、船舶、冶金廠等的諸多工業(yè)場(chǎng)合的IT系統(tǒng)中得到了應(yīng)用,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)地的絕緣狀況,在系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣下降或接地故障時(shí),及時(shí)報(bào)警提醒相關(guān)人員排查故障,在應(yīng)用中起到了很好的監(jiān)控和預(yù)防效果。


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