摘要：本文在前人的基础上对于低频电流法在线监测电缆绝缘情况的方法进行了一些理论上的研究分析和硬件上的器件选择的改进，设计出一种基于TMS320C6203B的新的井下动力电缆在线监测方法。
　　关键字：介质损耗 电缆绝缘 低频电流法 接地故障
　　中图分类号：V351.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-421-01
　　1.前言
　　众所周知，煤矿供电的安全可靠性对煤矿的生产具有重要的作用，一旦煤矿供电系统出现故障就会使供电中断，这不仅影响煤矿的正常生产，而且还会发生人身伤害事故或设备的重大损害，严重时可造成矿井的破坏和人的生命危险。开展对煤矿井下电缆线路绝缘监测方法研究，找出一种行之有效的方法实现电缆故障的实时监测。这对提高煤矿供电的安全可靠性、预防供电故障的发生、提高煤矿的生产效率、保护工人的生命安全具有重要意义。
　　2.低频电流法原理
　　低频电流法的原理图如图1所示，低频电流法就是在三相的交流电网中叠加一个频率比较低的电压源信号。电源U通过隔离变压器和三相电抗器进入电网中。电流流经电网每一条支路对地的分布总电容C和对地绝缘总电阻R，然后通过大地形成闭合回路。利用高灵敏度霍尔传感器Hn感应出相应支路电流信号，通过对低频电压、低频电流信号进行处理与计算，即可求得电缆对地的分布电容和绝缘电阻等绝缘参数，从而实现线路绝缘参数的在线监测。
　　图1 附加低频电源法检测原理图
　　其中第一条支路绝缘参数检测等效电路图如图2所示：
　　图2 H1支路附加低频电源法等效电路图
　　图3 H1支路接地故障等效电路图
　　其中X1是隔离变压器阻抗、SK是三相电抗器阻抗、X2是线路阻抗、C1，R1为单支路三相线路对地的总电容和总电阻。
　　其中U为低频电压有效值；I为低频电流有效值； 为低频电压与低频电流的夹角； 为角频率。
　　同理可求出另外支路对地的总电容和总电阻 、 。其中n为1、2、3、……。
　　当发生支路接地故障时，等效电路如图3所示。隔离变压器阻抗 、三相电抗器阻抗 、线路阻抗 等其阻性部分的阻值不能再被忽略，一般它们的值是不变的，可等效为 ，设发生故障时支路对地绝缘电阻为Rg，对于660V低压井下电缆来说Rg不得低于 。
　　以上的分析可以看出求出电缆对地分布电阻分布电容的关键所在是求出流经电缆电流和电压之间的夹角 。试验证明这种方法对未贯穿的水树枝造成的绝缘性能下降有着很好的监测效果。该方法之所以要采用低频交流电压，是因为高压的情况由于电缆的分布电容的存在，流经电缆绝缘层的容性电流会增大。容性电流过大会淹没电缆因为绝缘电阻的减小而产生的电流。而单纯的直流电源又无法监测电缆的介质损耗角无法评估电缆的整体绝缘情况。采用20V到30V之间的电压幅值是为了保证电缆绝缘性能降低时有着足够的响应电流，同时也避免过大的电压会对电网和负载产生影响。
　　3硬件设计
　　选用TMS320C6203B这款DSP芯片设计硬件系统，硬件电路部分主要包括：信号源、电流传感器、信号调理电路、信号处理部分和显示报警部分。整体的硬件电路框图如图4所示。
　　图4 整体硬件框圖
　　其中，图7中的信号调理电路包括信号的前置放大电路和滤波电路。在本设计中DSP芯片是主要的信号处理单元。
　　4.结论
　　本文通过分析XLPE电缆绝缘老化的机理确认水树枝是造成井下电缆绝缘老化的主要原因，在前人的基础上对于低频电流法在线监测电缆绝缘情况的方法进行了一些理论上的研究分析和硬件上的器件选择的改进，使这种方法更具可行性、使得监测效果更好、准确度更高。
　　参考文献
　　[1] 豆朋，文习山.交联聚乙烯电缆中水树研究的现状[J].绝缘材料，2005，38（2）：61—64；
　　[2] 张 红，李树军.交联聚乙烯电缆在线监测的研究[J].机电设备，2010：34-37；