矿山井下IT配电系统绝缘监测研究及应用

0 引言
       众所周知，能源作为经济发展的重要引擎，堪称是国民经济的命脉。采矿业一直是能源工业的重要支柱，我国的矿业生产主要来自井下开采，环境恶劣，就以煤矿为例，煤矿井下存在水、火、瓦斯、煤尘、**板五大自然灾害，加上生产环境复杂，易发生恶性事故。
       出于安全考虑，矿山井下低压配电系统的接地形式按规定采用的是IT系统。IT系统就是电源中性点不接地、用电设备外露可导电部分直接接地（PE线）的系统。
       IT系统的特点是发生**次接地故障时，接地故障电流仅为非故障相对地的电容电流，其值很小，外露导电部分对地电压不**过50V，不需要立即切断故障回路，因此可以保证供电的连续性。但此时非故障相对地电压会升高1.732倍，对线路耐压要求提升；同时一旦发生二次接地，则构成危险的相间短路，所以须配置绝缘监测装置，以便在发生**次接地时就要及时排除隐患。
       而对于以煤矿为典型代表的井下环境来说，在开采过程中，由于工作场所空间小、纵深长，加上空气潮湿、多尘、巷道滴水和积水等诸多恶劣因素，很容易引起电缆和电气设备老化和绝缘电阻下降，从而导致井下设备、电缆经常发生绝缘强度降低、单相漏电或单相接地故障，不及时处理就可能进一步发展成相间短路。因此，井下作业人员比正常环境下更容易遭受电击的危险，而且还可能导致瓦斯、煤尘的爆炸。
       显而易见，对矿山井下IT系统的实时绝缘监测具有更重要的意义。

1 标准规范中的相关规定
       为了保证井下生产的正常开展和保护井下人员的操作安全性，国家制定了不少相关标准和规范，对IT系统安装绝缘监测装置进行了具体规定。
       例如《GB 50070—2009 矿山电力设计规范》规定如下：
       “4.1.3 井下低压配电系统接地型式应采用 IT 系统，并应符合下列规定：
       1 配电系统电源端的带电部分应不接地或经高阻抗接地，且配电系统相导体和外露可导电部分之间**次出现阻抗可忽略的故障时，故障电流不应大于5A。
       2 配电系统不宜引出 N 线。”

       “4.2.9 井下低压配电 IT 系统应采取自动切断电源的间接接触防护措施，并应符合下列规定：
       1 低压配电 IT 系统均应装设绝缘监视装置，当绝缘下降至整定值时，应由绝缘监视器发出可听和（或）可见信号。
       2 有爆炸危险环境矿井，当发生对外露导电部分或对地的单一接地故障时，防护装置应迅速切断故障线路。”

       《GB 50058-2014 爆炸危险环境电力装置设计规范》中的5.5.1条款也规定了“爆炸性环境中的IT型电源系统应设置绝缘监测装置。”
       此外，各种不同矿类也都有自己专门的规范和工作细则，例如《煤矿井下低压检漏保护装置的安装、运行、维护与检修细则》就对绝缘监测的报警定值设置等做了更具体的规定。

2 国内外绝缘监测仪在线监测现状
       我国的电气设计在*之初师从前苏联电气规范，主要是广泛的采用TN—C系统，它可以节省一根PE线，比较经济，但存在很多缺点，如中性线断裂后设备外壳对地将带220V危险接触电压，不能装用RCD防电击等等。**之后我国引进了国际电工学会标准，也随着我国电气技术的不断提高，在应用中TN-S、TT、IT系统得到了一定程度的推广和应用，以IT系统为例，在医疗IT方面目前应用比较成熟，但在很多工业场合，由于对接地系统的理解和应用尚不尽深入和全面，比如煤矿井下场合比较缺乏国产绝缘监测装置就是一个证明。
       目前矿用井下IT系统的绝缘监测装置以进口品牌为主，欧美等发达国家已经较广泛地在IT配电网络中应用绝缘检测技术，而且经过长期的在线运行使发达国家积累了大量监测数据和经验，这是目前国内生产厂家需要学习和追赶的。
       但采用进口品牌绝缘监测装置造价昂贵，而且人机界面往往是英文，不利于现场人员的使用，在这种背景下，也不断有国内企业逐步推出了自己的工业用绝缘监测装置，其中就包括了安科瑞电气有限公司的AIM-T系列绝缘监测仪。

3 安科瑞工业绝缘监测仪
 
AIM-T300                       AIM-T500                     



AIM-T500L

       AIM-T系列绝缘监测仪主要应用在工业场所IT配电系统中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款产品，均适用于纯交流、纯直流以及交直流混合的系统。
       其中AIM-T300适用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系统，AIM-T500适用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L则是相比AIM-T500增加了绝缘故障定位功能。
1）AIM –T系列产品的技术参数如下表所示：

型号

AIM-T300

AIM-T500

AIM-T500L

辅助电源

电压

AC85…265V

AC85…265V

功耗

＜8W

＜8W

被监测IT系统

电压

0…480V AC/DC

0…690V AC

0…800V DC

频率

40…60Hz

40…60Hz

绝缘监测

测量范围

1kΩ…5MΩ

1kΩ…10MΩ

报警值范围

10kΩ…5MΩ

10kΩ…10MΩ

相对误差

1…10k：10k；

10k…5M: ±10%

1…10k：10k；

10k…10M: ±10%

允许系统泄露电容

<150uF

<500uF

响应时间

<6s

<5s

内部参数

测量电流

<170uA

<270uA

绝缘故障定位

——

——

有

电磁兼容/电磁辐射

IEC61326-2-4

IEC61326-2-4

额定冲击电压/污染等级

8kV/Ⅲ

8kV/Ⅲ

内部直流电阻

≥120kΩ

≥180kΩ

输出

继电器输出

预警、报警

出错、预警、报警

环境

工作温度

-15…+55℃

-15…+55℃

存储温度

-20…+70℃

-20…+70℃

相对湿度

5%…95%，不结露

5%…90%，不结露

海拔高度

≤2500m

≤2500m

通讯

 

RS485，Modbus-RTU

RS485，Modbus-RTU


4 小结
       安科瑞AIM-T系列工业用绝缘监测仪目前已经在矿井、纸业、船舶、冶金厂等的诸多工业场合的IT系统中得到了应用，能够实时监测系统对地的绝缘状况，在系统出现绝缘下降或接地故障时，及时报警提醒相关人员排查故障，在应用中起到了很好的监控和预防效果。