矿用高压配电装置绝缘监视保护试验装置

摘 要：在当前阶段，针对矿用高压配电装置绝缘监视保护功能动作时间的测试方法，行业内尚缺乏明确和统一的标准。鉴于矿用高压配电装置在煤矿井下电力系统中的重要地位，以及其绝缘监视保护功能对于保障电力系统安全稳定运行的关键作用，对动作时间的准确测试显得尤为重要。然而，现有的测试方法往往存在操作复杂、结果不稳定等问题，难以满足实际工作的需要。针对这一现状，本文根据行业标准要求及绝缘监视保护的工作原理，提出了一种新的检验方式，并基于这一新的检验方式，进一步设计了专门的试验装置。该装置具有结构简单、操作方便等优点，能够实现对矿用高压配电装置绝缘监视保护功能动作时间的快速、准确测试，成功简化了矿用高压配电装置绝缘监视保护功能动作时间的检验流程，使得检验工作更加简单可行。

关键词：高压配电装置，绝缘监视，煤矿井下设备

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

0 引 言

矿用高压配电装置，作为煤矿井下电力系统中不可或缺的一环，特指那些应用于10 kV或6 kV供电系统中的关键配电设备。它们不仅是煤矿井下高压供电系统终端线路的主要守护者，承担着确保电力稳定供应与线路安全运行的重大责任，而且其性能的稳定与可靠直接关系到煤矿作业的安全性与生产效率。依据国家机械行业标准JB/T 8739—2015《矿用隔爆型高压配电装置》，这些设备的制造与检验需严格遵循一系列技术规范与安全要求，以确保其在极端井下环境中仍能保持良好的隔爆性能与电气性能。

因此，在不接地电网中，对电网绝缘状态的持续监视显得尤为关键。绝缘监视保护如同煤矿安全生产的“守护神”，时刻警惕着任何可能导致绝缘失效的蛛丝马迹。同时，对矿用高压配电装置进行定期的绝缘保护试验也是确保设备安全可靠运行的必要手段。这些试验不仅能够验证设备在极端条件下的绝缘性能，还能及时发现并修复潜在的绝缘缺陷，从而有效预防事故的发生，保障煤矿作业人员的生命安全与企业的稳定发展。

煤矿井下高压配电装置的绝缘监视保护具有至关重要的意义，其重要性主要体现在以下几个方面：（1）保障煤矿安全生产；（2）确保供电系统稳定运行；（3）提高设备使用寿命；（4）预防人员触电事故；（5）满足煤矿井下特殊环境需求。绝缘监视保护能够实时监测设备的绝缘状态，及时发现并处理潜在故障，确保设备在恶劣环境下仍能保持稳定的绝缘性能。煤矿井下高压配电装置的绝缘监视保护对于保障煤矿安全生产、确保供电系统稳定运行、提高设备使用寿命、预防人员触电事故以及满足煤矿井下特殊环境需求等方面都具有极其重要的意义。因此，煤矿企业应高度重视绝缘监视保护的作用，加强设备的维护和管理，确保绝缘监视保护系统始终处于良好的工作状态。

然而，令人担忧的是，当前部分矿用高压配电设备生产企业面临着电气性能综合保护特性试验台缺失的困境，特别是在进行绝缘监视保护的出厂检验时显得尤为棘手。绝缘监视保护是确保电网在发生单相接地故障时能够迅速响应并保护设备免受损害的重要机制。在IT供电系统中，即中性点不接地系统中，一旦某一相发生接地故障，其余两相的对地电压将显著升高，其值可能接近线电压，这将对设备的绝缘层构成严峻考验，极易导致绝缘损坏。更为严重的是，当接地电流较小时，尽管线路和设备在表面上似乎仍能维持运行，但实际上已处于一种非正常的、潜在危险的状态，这种状态可能长时间持续，对煤矿的安全生产构成极大威胁。

1 标准要求及保护原理

由于井下采用双屏蔽电缆，其高压防爆开关除了设有漏电保护，还须设有监视线保护，这样就可监视双屏蔽电缆的监视线和接地线之间有无短路或监视线和接地线有无断线的故障[1]。JB/T 8739—2015《矿用隔爆型高压配电装置》中要求高压配电设备绝缘监视保护动作特性应满足表1规定[2]。

回路电阻是指屏蔽芯线与屏蔽地线短接形成回路的情况下所测得的电阻值，它的大小可反映出屏蔽芯线与屏蔽地线是否存在开路现象、连接是否可靠、屏蔽质量是否良好。目前常用的监视线保护原理有两种： 一种终端加整流二极管的直流监视线保护原理，另一种是终端加电阻附加直流电源的监视线保护原理。为了提高系统的抗干扰能力，经分析决定对本系统采用终端加电阻附加交流电源的监视线保护原理[3]。此方法也是目前产品上最常见的方法，其原理如图1所示。矿用隔爆型高压配电装置的绝缘监视保护线路都是从保护器引出两个线接到外部电阻，即此图中R12，通常情况下此电阻约为1 kΩ。

2 试验原理

J B/ T 8739—2 015《矿用隔爆型高压配电装置》这一标准详细阐述了回路电阻及绝缘电阻的动作阻值的测量步骤与方法，为矿用隔爆型高压配电装置的安全运行提供了重要的技术依据。然而，尽管该标准对电阻阻值的测量给出了明确的指导，但在动作时间的测量方法上却并未作出具体规定。根据标准要求，当回路电阻的阻值超过保护器的动作阈值Rk，或者绝缘电阻的阻值低于保护器的动作阈值Rd时，配电装置应当能够在极短的时间内，即不超过0.1秒，迅速断开回路，以确保设备和人员的安全。

在实际的检测过程中，测量Rk和Rd的阻值的方法相对较为直接，通常可以通过将可变电阻箱与配电装置的绝缘监视保护回路上的电阻进行串联或并联，然后在配电装置处于合闸状态下，不断对可变电阻箱的阻值进行调整，直至触发保护动作，从而得到保护器的动作阻值。但在测量保护动作时间时，却面临着一系列的挑战。其中，最大的难点在于如何在配电装置处于合闸状态下安全、有效地投入动作电阻，并且确保在投入动作电阻的瞬间，保护回路不会因为这一操作而提前断开。此外，还需要在投入电阻的同时精确地开始计时，并在保护动作导致断路器断开的瞬间结束计时，以确保测量结果的准确性和可靠性。由于这些难点的存在，目前在实际操作中，对于保护动作时间的测量方法还没有形成一个统一、标准化的流程。因此，如何在满足安全要求的前提下，设计出一种既简便又准确地测量动作时间的方法成了当前亟待解决的问题。

针对以上需求，结合与企业的沟通、查阅资料，并分析其可行性[4]，设计出如图2所示测试装置。

接线方式：以某厂家保护器为例。将图2中的A端子接至图1中绝缘监视端（L 42 4接线端），将图2中B端子接至图1中R12下端（N630侧），将导线N630撤去，将图2中C端子接至保护器绝缘地端口（原N630接线端）。

实现方式：如图2所示。S11、S12同步，S21、S22、S23同步，S31、S32、S33同步。其中S11、S12、S21、S22、S23利用转换开关实现，S21、S22、S23利用按钮的常开、常闭触点实现。

S11、S12闭合时，电路为在R12两端并联可调电阻箱，但此时电阻箱支路中S32开关断开，未投入。调整电阻箱电阻至动作电阻后，按下按钮，S31、S32、S33同时动作，电阻箱接入电路的同时开始计时，保护器动作主回路断开结束计时，便可得到并联时保护动作时间即监视线与地线之间的绝缘电阻Rd动作时间；

S21、S22、S23闭合时，电路为将电阻箱与R12串联，但此时电阻箱被S31短路。调整电阻箱电阻至动作电阻后，按下按钮，S31、S32、S33同时动作，电阻箱接入电路的同时开始计时，保护器动作主回路断开结束计时，便可得到串联时保护动作时间即监视线与地线之间的回路电阻Rk动作时间。

3 试验结果

根据前面所提及的创新性方法，成功地设计并制造了一款专业的测量装置。这款装置专门用于测量两家不同企业所生产的高压配电装置在绝缘监视保护动作时间方面的性能。为了确保结果的准确性和可靠性，进行了多次严格的试验，并将详细的试验数据整理在了表2中。

测量结果不仅验证了装置的有效性和准确性，同时也为高压配电装置的安全性和可靠性评估提供了有力的数据支持。通过对比两家企业的产品，可以更直观地了解到它们在绝缘监视保护动作时间方面的差异，从而为后续的改进和优化提供了明确的指导方向。

通过比对发现，此试验方法可准确测量绝缘监视保护动作时间，并且波动较小。

4 结 论

本文所提出的方法不仅具备结构简洁明了、安装流程便捷高效的特点，而且在实际应用中能够为广大生产厂家和专业的测试机构提供极具价值的参考与指导。更进一步地，可以通过软硬件设计将其模块化、轻量化，最终集成到试验台中并实现自动化。这一创新不仅为智能矿山相关领域的技术进步和产业升级注入了新的活力，也极大地利好各个高压配电装置的生产厂家和检测机构，为他们提供了更高效、更精准的测试手段，助力其在激烈的市场竞争中脱颖而出。

参考文献

[1]唐会祥.高压防爆开关微机保护装置绝缘监视保护模块的设计[J].煤矿机电，2016（4）：27-30.

[2]矿用隔爆型高压配电装置：JB/T 8739—2015[S].

[3]陈奎，唐轶.双屏蔽电缆监视线保护原理的研究[J].华北电力大学学报，2000，27（3）：50-54.

[4]张少杰.矿用高压配电装置绝缘监视保护试验方法的探讨[J].电子世界，2018（19）：66+68.

作者简介

刘韬伦，硕士研究生，研究方向为矿用电气设备检测检验。

（责任编辑：张瑞洋）