摘 要：在當(dāng)前階段，針對(duì)礦用高壓配電裝置絕緣監(jiān)視保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)間的測(cè)試方法，行業(yè)內(nèi)尚缺乏明確和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。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(hù)功能對(duì)于保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵作用，對(duì)動(dòng)作時(shí)間的準(zhǔn)確測(cè)試顯得尤為重要。然而，現(xiàn)有的測(cè)試方法往往存在操作復(fù)雜、結(jié)果不穩(wěn)定等問(wèn)題，難以滿足實(shí)際工作的需要。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求及絕緣監(jiān)視保護(hù)的工作原理，提出了一種新的檢驗(yàn)方式，并基于這一新的檢驗(yàn)方式，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了專門的試驗(yàn)裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦用高壓配電裝置絕緣監(jiān)視保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)間的快速、準(zhǔn)確測(cè)試，成功簡(jiǎn)化了礦用高壓配電裝置絕緣監(jiān)視保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)間的檢驗(yàn)流程，使得檢驗(yàn)工作更加簡(jiǎn)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(hù)者，承擔(dān)著確保電力穩(wěn)定供應(yīng)與線路安全運(yùn)行的重大責(zé)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(guó)家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)需嚴(yán)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(duì)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(hù)如同煤礦安全生產(chǎn)的“守護(hù)神”，時(shí)刻警惕著任何可能導(dǎo)致絕緣失效的蛛絲馬跡。同時(shí)，對(duì)礦用高壓配電裝置進(jìn)行定期的絕緣保護(hù)試驗(yàn)也是確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行的必要手段。這些試驗(yàn)不僅能夠驗(yàn)證設(shè)備在極端條件下的絕緣性能，還能及時(shí)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(hù)具有至關(guān)重要的意義，其重要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）保障煤礦安全生產(chǎn)；（2）確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(hù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的絕緣狀態(tài)，及時(shí)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(hù)對(duì)于保障煤礦安全生產(chǎn)、確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(hù)的作用，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和管理，確保絕緣監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)始終處于良好的工作狀態(tài)。

然而，令人擔(dān)憂的是，當(dāng)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(hù)特性試驗(yàn)臺(tái)缺失的困境，特別是在進(jìn)行絕緣監(jiān)視保護(hù)的出廠檢驗(yàn)時(shí)顯得尤為棘手。絕緣監(jiān)視保護(hù)是確保電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)能夠迅速響應(yīng)并保護(hù)設(shè)備免受損害的重要機(jī)制。在IT供電系統(tǒng)中，即中性點(diǎn)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(duì)地電壓將顯著升高，其值可能接近線電壓，這將對(duì)設(shè)備的絕緣層構(gòu)成嚴(yán)峻考驗(yàn)，極易導(dǎo)致絕緣損壞。更為嚴(yán)重的是，當(dāng)接地電流較小時(shí)，盡管線路和設(shè)備在表面上似乎仍能維持運(yùn)行，但實(shí)際上已處于一種非正常的、潛在危險(xiǎn)的狀態(tài)，這種狀態(tài)可能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅。

1 標(biāo)準(zhǔn)要求及保護(hù)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(hù)，還須設(shè)有監(jiān)視線保護(hù)，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(wú)短路或監(jiān)視線和接地線有無(wú)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(hù)動(dòng)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(cè)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(hù)原理有兩種： 一種終端加整流二極管的直流監(jiān)視線保護(hù)原理，另一種是終端加電阻附加直流電源的監(jiān)視線保護(hù)原理。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，經(jīng)分析決定對(duì)本系統(tǒng)采用終端加電阻附加交流電源的監(jiān)視線保護(hù)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(hù)線路都是從保護(hù)器引出兩個(gè)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(yàn)原理

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

在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，測(cè)量Rk和Rd的阻值的方法相對(duì)較為直接，通?？梢酝ㄟ^(guò)將可變電阻箱與配電裝置的絕緣監(jiān)視保護(hù)回路上的電阻進(jìn)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(duì)可變電阻箱的阻值進(jìn)行調(diào)整，直至觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，從而得到保護(hù)器的動(dòng)作阻值。但在測(cè)量保護(hù)動(dòng)作時(shí)間時(shí)，卻面臨著一系列的挑戰(zhàn)。其中，最大的難點(diǎn)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(dòng)作電阻，并且確保在投入動(dòng)作電阻的瞬間，保護(hù)回路不會(huì)因?yàn)檫@一操作而提前斷開。此外，還需要在投入電阻的同時(shí)精確地開始計(jì)時(shí)，并在保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致斷路器斷開的瞬間結(jié)束計(jì)時(shí)，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。由于這些難點(diǎn)的存在，目前在實(shí)際操作中，對(duì)于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的測(cè)量方法還沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的流程。因此，如何在滿足安全要求的前提下，設(shè)計(jì)出一種既簡(jiǎn)便又準(zhǔn)確地測(cè)量動(dòng)作時(shí)間的方法成了當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

針對(duì)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(jì)出如圖2所示測(cè)試裝置。

接線方式：以某廠家保護(hù)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(hù)器絕緣地端口（原N630接線端）。

實(shí)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(shí)現(xiàn)，S21、S22、S23利用按鈕的常開、常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。

S11、S12閉合時(shí)，電路為在R12兩端并聯(lián)可調(diào)電阻箱，但此時(shí)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(dòng)作電阻后，按下按鈕，S31、S32、S33同時(shí)動(dòng)作，電阻箱接入電路的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，保護(hù)器動(dòng)作主回路斷開結(jié)束計(jì)時(shí)，便可得到并聯(lián)時(shí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間即監(jiān)視線與地線之間的絕緣電阻Rd動(dòng)作時(shí)間；

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

3 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)前面所提及的創(chuàng)新性方法，成功地設(shè)計(jì)并制造了一款專業(yè)的測(cè)量裝置。這款裝置專門用于測(cè)量?jī)杉也煌髽I(yè)所生產(chǎn)的高壓配電裝置在絕緣監(jiān)視保護(hù)動(dòng)作時(shí)間方面的性能。為了確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)行了多次嚴(yán)格的試驗(yàn)，并將詳細(xì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理在了表2中。

測(cè)量結(jié)果不僅驗(yàn)證了裝置的有效性和準(zhǔn)確性，同時(shí)也為高壓配電裝置的安全性和可靠性評(píng)估提供了有力的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)對(duì)比兩家企業(yè)的產(chǎn)品，可以更直觀地了解到它們?cè)诮^緣監(jiān)視保護(hù)動(dòng)作時(shí)間方面的差異，從而為后續(xù)的改進(jìn)和優(yōu)化提供了明確的指導(dǎo)方向。

通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，此試驗(yàn)方法可準(zhǔn)確測(cè)量絕緣監(jiān)視保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，并且波動(dòng)較小。

4 結(jié) 論

本文所提出的方法不僅具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了、安裝流程便捷高效的特點(diǎn)，而且在實(shí)際應(yīng)用中能夠?yàn)閺V大生產(chǎn)廠家和專業(yè)的測(cè)試機(jī)構(gòu)提供極具價(jià)值的參考與指導(dǎo)。更進(jìn)一步地，可以通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)將其模塊化、輕量化，最終集成到試驗(yàn)臺(tái)中并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這一創(chuàng)新不僅為智能礦山相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)注入了新的活力，也極大地利好各個(gè)高壓配電裝置的生產(chǎn)廠家和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，為他們提供了更高效、更精準(zhǔn)的測(cè)試手段，助力其在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

劉韜倫，碩士研究生，研究方向?yàn)榈V用電氣設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）