礦山井下IT配電系統絕緣監測研究及應用

更新時間：2021-12-04瀏覽：1950次

0 引言
  *，能源作為經濟發展的重要引擎，堪稱是國民經濟的命脈。采礦業一直是能源工業的重要支柱，我國的礦業生產主要來自井下開采，環境惡劣，就以煤礦為例，煤礦井下存在水、火、瓦斯、煤塵、頂板五大自然災害，加上生產環境復雜，易發生惡性事故。
  出于安全考慮，礦山井下低壓配電系統的接地形式按規定采用的是IT系統。IT系統就是電源中性點不接地、用電設備外露可導電部分直接接地（PE線）的系統。
  IT系統的特點是發生第一次接地故障時，接地故障電流僅為非故障相對地的電容電流，其值很小，外露導電部分對地電壓不超過50V，不需要立即切斷故障回路，因此可以保證供電的連續性。但此時非故障相對地電壓會升高1.732倍，對線路耐壓要求提升；同時一旦發生二次接地，則構成危險的相間短路，所以須配置絕緣監測裝置，以便在發生第一次接地時就要及時排除隱患。
  而對于以煤礦為典型代表的井下環境來說，在開采過程中，由于工作場所空間小、縱深長，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備老化和絕緣電阻下降，從而導致井下設備、電纜經常發生絕緣強度降低、單相漏電或單相接地故障，不及時處理就可能進一步發展成相間短路。因此，井下作業人員比正常環境下更容易遭受電擊的危險，而且還可能導致瓦斯、煤塵的爆炸。
  顯而易見，對礦山井下IT系統的實時絕緣監測具有更重要的意義。

1 標準規范中的相關規定
  為了保證井下生產的正常開展和保護井下人員的操作安全性，國家制定了不少相關標準和規范，對IT系統安裝絕緣監測裝置進行了具體規定。
  例如《GB 50070—2009 礦山電力設計規范》規定如下：
  “4.1.3 井下低壓配電系統接地型式應采用 IT 系統，并應符合下列規定：
  1 配電系統電源端的帶電部分應不接地或經高阻抗接地，且配電系統相導體和外露可導電部分之間第一次出現阻抗可忽略的故障時，故障電流不應大于5A。
  2 配電系統不宜引出 N 線。”

  “4.2.9 井下低壓配電 IT 系統應采取自動切斷電源的間接接觸防護措施，并應符合下列規定：
  1 低壓配電 IT 系統均應裝設絕緣監視裝置，當絕緣下降至整定值時，應由絕緣監視器發出可聽和（或）可見信號。
  2 有爆炸危險環境礦井，當發生對外露導電部分或對地的單一接地故障時，防護裝置應迅速切斷故障線路。”

《GB 50058-2014 爆炸危險環境電力裝置設計規范》中的5.5.1條款也規定了“爆炸性環境中的IT型電源系統應設置絕緣監測裝置。”
此外，各種不同礦類也都有自己專門的規范和工作細則，例如《煤礦井下低壓檢漏保護裝置的安裝、運行、維護與檢修細則》就對絕緣監測的報警定值設置等做了更具體的規定。

2 國內外絕緣監測儀在線監測現狀
  我國的電氣設計在師從前蘇聯電氣規范，主要是廣泛的采用TN—C系統，它可以節省一根PE線，比較經濟，但存在很多缺點，如中性線斷裂后設備外殼對地將帶220V危險接觸電壓，不能裝用RCD防電擊等等。改革開放之后我國引進了電工學會標準，也隨著我國電氣技術的不斷提高，在應用中TN-S、TT、IT系統得到了一定程度的推廣和應用，以IT系統為例，在醫療IT方面目前應用比較成熟，但在很多工業場合，由于對接地系統的理解和應用尚不盡深入和全面，比如煤礦井下場合比較缺乏國產絕緣監測裝置就是一個證明。
  目前礦用井下IT系統的絕緣監測裝置以進口品牌為主，歐美等發達國家已經較廣泛地在IT配電網絡中應用絕緣檢測技術，而且經過長期的在線運行使發達國家積累了大量監測數據和經驗，這是目前國內生產廠家需要學習和追趕的。
  但采用進口品牌絕緣監測裝置造價昂貴，而且人機界面往往是英文，不利于現場人員的使用，在這種背景下，也不斷有國內企業逐步推出了自己的工業用絕緣監測裝置，其中就包括了安科瑞電氣有限公司的AIM-T系列絕緣監測儀。

3 安科瑞工業絕緣監測儀

AIM-T300 AIM-T500

AIM-T500L

AIM-T系列絕緣監測儀主要應用在工業場所IT配電系統中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統。
其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統，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系列產品的技術參數如下表所示：

型號		AIM-T300	AIM-T500	AIM-T500L
輔助電源	電壓	AC85…265V	AC85…265V
	功耗	＜8W	＜8W
被監測IT系統	電壓	0…480V AC/DC	0…690V AC 0…800V DC
	頻率	40…60Hz	40…60Hz
絕緣監測	測量范圍	1kΩ…5MΩ	1kΩ…10MΩ
	報警值范圍	10kΩ…5MΩ	10kΩ…10MΩ
	相對誤差	1…10k：10k； 10k…5M: ±10%	1…10k：10k； 10k…10M: ±10%
	允許系統泄露電容	<150uF	<500uF
	響應時間	<6s	<5s
內部參數	測量電流	<170uA	<270uA
	絕緣故障定位	——	——		有
	電磁兼容/電磁輻射	IEC61326-2-4	IEC61326-2-4
	額定沖擊電壓/污染等級	8kV/Ⅲ	8kV/Ⅲ
	內部直流電阻	≥120kΩ	≥180kΩ
輸出	繼電器輸出	預警、報警	出錯、預警、報警
環境	工作溫度	-15…+55℃	-15…+55℃
	存儲溫度	-20…+70℃	-20…+70℃
	相對濕度	5%…95%，不結露	5%…90%，不結露
	海拔高度	≤2500m	≤2500m
通訊		RS485，Modbus-RTU	RS485，Modbus-RTU