CN105527548B - 一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法，所述方法包括井下低压电网三相电缆分布参数建模，列出三相电缆分布模型的微分方程，根据模型建立电流及电压联立方程，并分别带入各相始端电流及电压求出各相电缆的电流分布表达式，用各相电缆的始端电流值减去其各相电流分布表达式，即为各相泄漏电流，将各相泄漏电流相加，即为煤矿井下交流杂散电流分布的表达式，通过井下杂散电流检测仪测量线路各位置处的杂散电流，与杂散电流分布的理论值进行对比分析，判断井下电缆的绝缘是否受损。本方法为诊断、评估煤矿井下电缆的绝缘状况提供了有效依据。

Description

一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下电缆绝缘的诊断方法，特别是一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法。
技术背景
近年来，随着矿井综合机械化采煤工艺的发展，矿井电网电压等级在不断攀升，杂散电流所引发的瓦斯爆燃、瓦斯爆炸等安全事故占矿井事故的比重也在不断提高。据统计，在我国煤矿机电事故中，杂散电流引发的火灾和瓦斯爆炸事故约占总数的25％～35％，因此由杂散电流引起的各类安全事故已成为影响井下安全生产的重要隐患。井下杂散电流不仅能导致电雷管发生早爆现象，还能引起瓦斯爆燃和爆炸事故。除此之外，它还腐蚀电缆外皮及风、水、瓦斯管路，甚至导致井下检漏装置发生误动作，影响井下供电系统和通讯系统的正常工作。而引起交流杂散电流的主要原因是由于井下三相电缆的绝缘受损及不平衡引起的，因此，研究一种基于杂散电流分布的电缆绝缘的诊断方法，对消除杂散电流，预防井下事故发生具有重要的现实意义。
目前，关于井下交流杂散电流并没有系统的研究，零序电流作为井下交流杂散电流的主要来源，它的研究主要以集中参数模型为基础，其目的是要计算出零序电流的大小。考虑到杂散电流的大小在沿线各个点都不相同，而采用集中参数模型的计算方法并不能得出杂散电流沿线的分布规律，所以有必要研究一种能够分析井下交流杂散电流分布的计算方法，并以此为基础来进行绝缘健康状况的诊断。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法。
具体技术方案如下。
一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法，所述诊断方法是按下列步骤进行的：
(1)采用分布参数等值电路对三相电缆的单相线路进行建模；
(2)对三相电缆各相列出其描述分布模型的微分方程，得到各相电缆的电流分布的表达式；设相电压为相电流为电缆单位长度阻抗为Z0＝R0+jωL0，电缆单位长度对地导纳为Y0＝G0+jωC0，则基于分布模型的微分方程组为：
(3)同时采集三相电缆始端电压信号及电流信号分别带入上述微分方程组，求出三相电缆沿电缆延伸方向的电流分布 其中A，B，C代表电缆的三相；
(4)分别用各相的始端电流减去电流分布表达式，即为各相泄漏电流的表达式；假设交流杂散电流为将各相的泄漏电流表达式相加，即为杂散电流的表达式，表示为
(5)将由向量形式化为时域形式，取时间t为0，将杂散电流变化为随距离x变化的形式iS(x)；
(6)通过检测井下沿线各位置处的杂散电流值并对比理论计算值，可确定井下电缆绝缘的健康状况。
上述技术方案中，所述分布模型是电缆单位长度电阻R0，电缆单位长度电感L0，电缆单位长度对地电容C0和电缆单位长度对地电导G0；其模型假设电缆是由许多无穷小微元dx组成，电缆参数及电缆对地导纳是均匀分布的，每一个微元具有电阻R0dx和电感L0dx，对地间拥有电容C0dx和电导G0dx。
本发明所提供的一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法，是基于分布参数模型计算井下交流杂散电流的分布，并以此作为依据来判定井下电缆的绝缘状况。本发明中的关于交流杂散电流的分布计算方法与现有的杂散电流计算方法相比具有如下优点。
一是采用的分布模型结构简单，所需的变量较少，便于计算。
二是采用分布参数模型，能够计算出电缆沿线各位置处的杂散电流，能够更好的分析杂散电流。
三是直接采用变压器二次侧始端电流进行计算，有利于确保精度，无需经过其他的中间处理环节。
附图说明
图1是本方法所采用的单相电缆等效模型。
图2是本方法矿井下供电线路接线图。
图3是本方法矿井下采区变压器二次侧三相电缆线路示意图。
图4是本方法计算得到的A相电缆某一时刻沿电缆方向的电流分布图。
图5是本方法计算得到的交流杂散电流沿电缆方向的分布图。
具体实施方案
下面结合附图及实施案例对本发明所涉及的基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法进行详细说明。
实施本发明提供的一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法，该方法包括初始阶段及计算仿真阶段，在以下步骤中，第一步和第二步为初始算法推导阶段；第三步和第四步为计算阶段；第五步和第六步为转化仿真阶段；其包括按顺序进行的下列步骤。
第一步；采用分布参数等值电路对三相电缆的单相线路进行建模。
第二步；对三相电缆各相列出其描述分布模型的微分方程，得到各相电缆的电流分布的表达式；设相电压为相电流为电缆单位长度阻抗为Z0＝R0+jωL0，电缆单位长度对地导纳为Y0＝G0+jωC0，则基于分布模型的微分方程组为：
第三步：同时采集三相电缆在变压器1140V侧的始端电压信号及电流信号分别带入上述微分组，求出三相电缆中随电缆延伸电流的分布其中A，B，C代表电缆的三相。
第四步；分别用各相的始端电流减去电流分布表达式即为各相泄漏电流的表达式；假设交流杂散电流为把各相的泄漏电流表达式相加即为交流杂散电流表达式，表示为
第五步：将由向量形式化为时域形式，取时间t为0，将杂散电流变化为随距离x变化的形式iS(x)。
第六步：通过检测井下沿线各位置处的杂散电流值并对比理论计算值，可确定井下电缆绝缘的健康状况，达到电缆绝缘状态的诊断效果。
其中第一步等值电路模型如图1所示，其模型电路包括：电缆单位长度电阻R0，电缆单位长度电感L0，电缆单位长度对地电容C0，电缆单位长度对地电导G0；其模型假设电缆是均匀传输线且由许多无穷小长度微元dx组成，电缆参数及电缆对地导纳是均匀分布的，每一个长度微元具有电阻R0dx和电感L0dx，对地间拥有电容C0dx和电导G0dx。
其中第二步中三相电缆单位长度阻抗相同，为Z0＝R0+jωL0；三相电缆单位长度对地导纳不相等，分别为Y0A＝G0A+jωC0A，Y0B＝G0B+jωC0B，Y0C＝G0C+jωC0C。
其中第三步中描述电流、电压的微分方程分别为：
如图2所示，所分析的交流杂散电流主要是变压器1140(660)V侧的电缆线路。
其中第四步中的交流杂散电流是基于对称分量法得到的零序电流，三相对地电流中正序分量及负序分量大小相等，相位互差120°，从而相互抵消。
设矿井下采区变压器二次侧即1140V侧三相电缆线路结构如图3所示。设线路都为均匀传输线，三相对地导纳不同。线路参数的设定值为：Z0＝1.6∠38.3，Y0A＝23.07×10-6∠85.6，Y0B＝25.01×10-6∠89.69，Y0C＝18.5×10-6∠89.4；线路长度取30km。
在计算交流杂散电流时，基于分布参数等值电路，将各条线路的每一相单位长度阻抗、对地导纳和来自变压器二次侧的三相电压、电流值带入与即可求的每相电缆的电流分布，用二次侧各相初始电流值减去各相电流的分布表达式再求和得即为井下交流杂散电流。图4为计算得到的A相电缆某一时刻沿电缆方向的电流分布图；图5为计算得到的交流杂散电流沿电缆方向的分布图。
最后应该说明的是：以上所述的仅为本发明的一个实施案例而已，并不限与本发明，其本领域的技术人员可以对前述各步骤的参数进行修改和替换。凡在本发明的技术及原则之内，所进行的任何修改、替换及改进都应该视为在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于煤矿井下交流杂散电流分布的电缆绝缘诊断方法，所述诊断方法是按下列步骤进行的：
(1)采用分布参数等值电路对三相电缆的单相线路进行建模；
(2)对三相电缆各相列出其描述分布模型的微分方程，得到各相电缆电流分布的表达式；设相电压为相电流为电缆单位长度阻抗为Z0＝R0+jωL0，电缆单位长度对地导纳为Y0＝G0+jωC0，则基于分布模型的微分方程组为：
(3)同时采集三相电缆始端电压信号及电流信号 分别带入上述微分方程组，求出三相电缆沿电缆延伸方向的电流分布其中A，B，C代表电缆的三相；
(4)分别用各相的始端电流减去电流分布表达式，即为各相泄漏电流的表达式；假设交流杂散电流为将各相的泄漏电流表达式相加，即为杂散电流的表达式，表示为
(5)将由向量形式化为时域形式，取时间t为0，将杂散电流变化为随距离x变化的形式iS(x)；
(6)通过检测井下沿线各位置处的杂散电流值并对比理论计算值，可确定井下电缆绝缘的健康状况。
2.根据权利要求1中所述的诊断方法，所述分布模型是由电缆单位长度电阻R0，电缆单位长度电感L0，电缆单位长度对地电容C0和电缆单位长度对地电导G0组成；其模型假设电缆是由许多无穷小微元dx组成，电缆参数及电缆对地导纳是均匀分布的，每一个微元具有电阻R0dx、电感L0dx、对地电容C0dx和对地电导G0dx。
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