煤矿井下故障定位系统设计与应用
摘要：对于高压开关柜闪弧故障的监测保护，已得到业内的重视，但对于煤矿井下低压开关的故障监测定位，目前仍是空白点。由于特殊的运行环境和隔爆外壳，井下低压开关闪弧故障概率更高，文章提出了适用于煤矿井下低压开关闪弧故障的监测定位系统，实现了故障后的定位告警和环境监测，方便故障检修和快速复电。
关键词：弧光监测；防爆开关；故障定位；LoRa通信
煤炭在我国的能源结构中占比60%以上，这一现状短期内不容易改变，随着国家《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的推出，更加凸显煤矿供电及通信系统在煤矿井下生产过程中的重要性。防爆开关是井下供电的关键设备之一，最为重要的供电节点开关柜一旦发生故障，轻则停电影响生产，重则停止通风、抽排，导致瓦斯浓度升高影响安全。目前井下防爆开关众多，一般分为10kV的高压开关和127/660/1140V的低压开关，相对来说高压防爆开关影响范围更大，受到的关注更多，智能化水平也相对高，对其故障监测手段较为完善，但井下数量更多的是低压防爆开关，而低压开关种类多、厂家杂、体积小，内部接线多不规
整，自动化水平较低，一旦发生故障，不易查找，虽停电范围不大，但关键设备的失电也会产生不可预料的重大隐患，因此有必要在井下低压开关中安装智能的故障定位系统，实现故障的快速查找，方便检修更换，减少非计划停电时间。[1-2]
1弧光检测原理
1.1开关柜闪弧机理及危害
弧光是指电气设备发出弧状白光同时伴随产生高温的气体放电。无论在绝缘气体、金属蒸气或空气中，当开关的供电系统足够强，能提供足够大的电流（几安到几十安）时，使气体击穿，发出强烈光辉，产生高温（几千到上万度），这种自持放电的形式就是弧光放电。电弧光的危害包括：生产安全事故———人员死伤重大事件；爆炸燃烧导致设备的报废形成财产损失；有毒气体造成环境污染，伤害呼吸系统。[3-4]
1.2弧光传感器类型
随着电力系统弧光保护装置国家标准和行业标准的推出，弧光检测传感器得到了极大的发展，目前继电保护装置采用的弧光传感器按传输模式分为光纤式和电缆式两种，按照检测波长分为
可见光检测和紫外光检测两种。如南京弘毅电气自动化有限公司生产的DPR-FAS-D1弧光传感器是光纤式紫外传感器，以纯光学手段检测弧光信号中的紫外成分，传感器与继电保护装置之间采用塑料光纤连接，在防止电磁信号的干扰和避免电气绝缘间距减少方面具有先天优势。[5]
1.3防爆开关闪弧特点
井下开关柜由于安全需要均采用防爆外壳，外表庞大内部空间狭小，而井下低压开关运行的位置一般在巷道末端，环境潮湿，灰尘较大，再加上开关柜内接线不规整，极易产生闪弧现象。与地面供电系统相比，井下开关闪弧有着自己的特点：（1）井下供电线路均采用电缆，对地电容较大，传输容量有限，开关柜内局部的放电不一定能引起开关继电保护的动作，闪弧带来的损伤不能被及时发现。（2）井下供电系统由于漏电故障频发，为避免大的漏电电流均采用不接地输电，单相接地时故障电流较小，发生单相的弧光故障时，短路能量不大，虽然会对开关柜造成损害，但不够灵敏的保护装置又不能发现。因此对井下防爆开关进行闪弧监测非常有必要。
2系统组成及工作原理
煤矿井下故障定位系统设计与应用
