关键词：矿用高压电缆；故障定位系统；研究
引言
随着中国工业的发展以及煤矿开采产业的发展，对电力系统的安全性和稳定性要求更高。高压电缆作为电力传输和分配的介质，一旦发生故障，会给工业生产、煤矿安全带来严重损失。国内外故障数据表明，50%的事故是由电缆故障引起的，因此各国都在提升电缆故障检测与维修技术水平。鉴于此，如何快速找到电缆故障点并进行修复显得至关重要。如今，国外普遍实现了状态维护，近几年中国电力电缆的维护方式随着在线监控检测技术和故障分析技术的发展逐步转变为状态维护。XLPE（交联聚乙烯）电缆由于其优越的电、热性能，结构简单和安装方便等优点，普遍应用于电网各电压等级和输配电网络中。一旦发生故障而不能快速确定位置，会对生产、经济发展造成很大影响。目前，能用于现场运行的测试电缆的方式主要是局放检测。
1电力电缆在线监测技术
电力电缆检测技术是电力电缆状态评估的基础，国外在此方面起步较早，始于上个世纪中期，开始主要是定期试验维修，即离线检测。到七十年代，随着电子技术、传感器技术、信息处理技术和的网络通信技术发展，才使得电力电缆的在线监测技术取得较大的突破，并逐步进入实用化阶段，而随后的数字技术的出现，使电力电缆的监测上了一个新的台阶。我国的电力电缆检测技术始于上世纪八十年代，虽然起步有点晚，但在不断发展和进步的同时也取得一些研究成果，如1989年，我国自主研制出第一台电力电缆故障检测仪。为了避免事故发生，使煤矿能够安全生产，电力部门会对有关部门进行电缆预防性试验。预防性试验分为非破坏性试验和破坏性试验两种。非破坏性试验是在不会破坏电缆绝缘前提下或较低的电压下进行的相关试验，通过电缆表现出来的各种特性间接判断电缆的绝缘状况；破坏性试验也称绝缘耐压试验，绝缘耐压试验通过现场模拟各种实际电压以考验其绝缘水平，此试验对电缆本身具有不可逆转的破坏性。实践经验表明，预防性试验对电力设备的安全运行起着至关重要的作用。但传统的预防性试验有着固有的缺陷，因为预防性试验需要停电检测，而许多重要设备又不允许轻易停电，况且停电后的设备状态与运行中的状态相比具有较大的差异，这也大大影响了判断准度。除此之外，周期性的停电检查不仅需要耗费大量的人力物力，而且由于不能实时在线监测，也不能保证电缆在检修间隔期不出现故障。因此，十分有必要大力发展电缆在线监测技术。目前，国内外正在积极探索的几种在线监测方法主要有谐波分量法、直流成分法、介质损耗tgδ、交流叠加法、接地电流法、直流叠加法、局部放电法。
2矿用高压电缆绝缘故障类型及原因
2.1基于双端脉冲注入的局放定位法的原理
确定故障点位置的原理是：电磁波传播时遇到故障点会产生反射波，这样能大致确定故障点位置。在矿用高压电缆的两端安装高频传感器，当电力电缆出现绝缘损坏时，由于电缆内部的波阻抗与故障点的等效阻抗不相等，此时局部放电高频脉冲信号在电缆内部以一定的速度向两端发射，沿一个方向传播至电流传感器，沿另一个方向传输至电缆末端，再经过反射到达传感器。两个信号会产生脉冲时间差，将接收到的反射脉冲信号到达时间与初次到达时间做差记为 Δt，如果能知道此信号在该型号电缆下的传播速度 v，就能够根据速度和时间差确定故障点位置。超声波局放定位仪，如图 1。
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图 1超声波局放定位仪
2.2按照故障位置分类法及故障原因
电缆本体故障通常是在电缆制造生产、运行维护过程中发生的，包括机械损伤、绝缘老化等。电缆接头终端头故障在所有电缆故障中占据着相当大的比例。造成矿用高压电缆绝缘故障的原因是多方面的，主要包括电缆本体及附件质量因素、电缆头故障因素、运行环境因素、外力损伤因素、过量负载因素、电缆绝缘性能降低因素等。上述问题出现一个或多个都会导致高压电缆系统出现故障，影响安全生产。
3优化措施分析
3.1监测子站设计
我们采用如下方案来完成监测子站系统设计，首先选用DS18B20数字温度传感器采集温度数据，MSP430F149单片机作为微处理器；然后由处理器对采集的信号按特定的算法做深度挖掘和分析处理；最后，微处理器根据数据处理结果一方面对现场情况进行数据存储、显示或现场报警显示，另一方面将评估结论传送给无线通信网络，由监控中心接收。
3.2软件整体设计
在进行软件整体设计之前，要熟悉在线监测系统的实际情况和具体要求，将所有逻辑关系表述清楚，并进行程序流程的设计。将硬件电路和系统软件进行联调，检查数据采集是否满足需求，并在程序调试过程中对其进行修改完善。整个程序结构由系统主程序、电压、电流、温度信号采集子程序、平均值滤波子程序、通讯子程序、绝缘层温度信号计算子程序、电缆绝缘电阻最小二乘意义下模型参数识别程序组成。监控中心的作用是接收来自监测子站的所有结论性数据，使工作人员可以实时了解整个系统的运行状况。首先是由监控中心的工作人员发出启动命令，系统便开始完成初始化工作，主要包括无线通信网络的初始化，数据检测系统初始化，数据处理系统初始化等；初始化工作完成后，工作人员可发送操作指令，操作指令通过无线传感网络传送到各个监测子站；监测子站收到命令后，便开始运行监测子站控制程序，最后再由无线网络将程序运行结果返回至监控中心。监测子站控制程序主要作用是完成一个监测点的数据检测，数据处理，现场报警显示等工作。另外，监测子站作为无线传感网络的一个无线终端，还负责将程序运行结果通过无线网络传送至监控中心。监测子站作为整个系统的核心，需要完成数据采集，数据传输，数据处理，算法实现等所有工作，所以监测子站的控制程序在本系统中地位十分重要。按照模块化的设计要求，本设计将监测子站的控制程序分为五大部分，主要由数据采集模块（接收温度数据采集命令，然后检测电缆表皮的温度数据）、数据处理模块、数据存储模块、结果显示模块、数据通信模块等组成。
结语
煤矿开采行业是保障中国国计民生的重要行业，因此研发了基于现代可视化技术的煤矿采掘作业管理系统。该系统的学习成本低，界面简单易操作，可实现平面图录入、剖面图管理、数据管理、图形设计、安全控制和三维建模。期待所开发的可视化管理系统能够为提升中国煤矿采掘行业的效率贡献一份力量。
参考文献
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论文作者: 蒋正勇
论文发表刊物:《中国电业》2019年21期
论文发表时间:2020/3/10
标签：电缆论文; 故障论文; 在线论文; 高压论文; 预防性论文; 技术论文; 系统论文; 《中国电业》2019年21期论文;