我国煤矿井下低压电网采用变压器中性点绝缘的运行方式，电力的传输主要靠电缆。由于供电环境恶劣，电缆线路经常发生单相漏电或单相接地故障，研究电缆绝缘参数在线监测技术对提高供电的安全性和可靠性具有非常重要的意义。西安科技大学、宁波电业局在分析现有漏电保护装置的基础上，采用附加低频电源法实现在线监测电缆线路绝缘参数，不仅可以实现每一分支电缆出线对地绝缘参数的在线监测，还可实现井下电网的选择性漏电保护。
⑴矿井低压电缆绝缘参数在线监测原理
煤矿井下长期以来采用基于零序电压的绝缘监测装置和基于功率方向的漏电保护装置。前者在电网三相绝缘对称下降后不能反映其变化；后者只有在电缆发生漏电后才发出跳闸信号，不能在单相接地故障发生前对电网的绝缘水平作出准确预测。针对其不足，此项研究采用基于附加低频电源检测的电缆绝缘参数在线监测方法。附加低频电源法的基本原理是在三相交流电网中附加1个低频电源信号。低频电源经三相电抗器进入电网，再由电网的对地电容、绝缘电阻入地，构成低频电流回路，通过对各低频电流信号进行处理与计算，即可求得各条支路电缆的绝缘电阻情况，从而实现在线监测。对低频信号而言，三相电抗器和线路阻抗引入的电抗值极小，与低压电网的绝缘阻抗相比可以忽略不计，故可得到等效电路。
⑵系统模型的建立和实现
他们采用在电力系统已经相当成熟的Matlab/Simulink软件进行仿真。使用理想三相电压源作为线路的供电电源，线电压0.4kV、频率50Hz。低频电源信号设为电压幅值20V、频率10Hz、π型等值电路。线路的正序参数每千米为：R1=0.20Ω、L1=0.40mH、C1=0.1μF。零序参数每千米为：R0=0.23Ω、L0=1.72mH、C0=0.08μF。仿真模型共包含3条电缆线路。
⑶仿真分析
按照选定模块和设置仿真参数进行仿真。从得到的波形图中可以看出，在故障支路上，零序电流互感器检测到10Hz低频电流要远大于绝缘电阻完好的支路；相对于故障支路上的低频电流，非故障支路漏电流可以忽略不计，这样便可很容易区分故障支路与非故障支路，从而可以选择性的切断故障支路。改变绝缘参数时进行仿真，根据测得的低频电流值及其相位角，代入绝缘参数公式可得各种绝缘状况下的绝缘参数值。由仿真结果看出，在电缆运行过程中通过采集分析附加低频信号可以检测出故障支路。无论电缆三相对地绝缘是否对称，该方法均能反映其变化，不仅能在单相接地故障发生前对电网的绝缘水平做出准确预测，而且可以有选择性预测绝缘水平下降的故障支路，这种选择方式简便易行，并与变压器的中性点接地方式无关，使得这种绝缘监测方式能够应用在各种电网的保护系统中，更具通用性，克服基于功率方向漏电保护装置和基于零序电压绝缘监测方法的局限性，并且在故障时可以实现故障选线。通过仿真及其统计，可看出附加低频电源法有以下问题需要引起重视。
①绝缘电阻的精度随支路对地电容的影响。为了获得接地电阻测量精度和电容的关系，他们设定100kΩ、10kΩ共2种故障支路接地电阻，并在各种接地电阻的情况下以0～5μF改变故障支路对地电容。通过实测得到对地电容对各种接地电阻测量精度的影响关系，接地电阻的检测精度随支路对地电容的增加而下降，对同一电容误差随着接地电阻增大而增加，此因绝缘电阻越高所得被测信号越小所致。
②电网对地电容的增大对故障支路定位的影响。他们设定接地电阻为1kΩ，低频电压幅值为20V，频率为10Hz。实测对地电容分别为2.4μF、4.4μF、8.4μF、10.4μF、12.4μF、14.4μF时，故障支路漏电流分别为39.69mA、39.76mA、39.88mA、39.95mA、40.01mA、40.08mA，最大非故障支路漏电流分别为0.5453mA、7.56mA、15.23mA、19.09mA、23.00 mA、26.94mA。当电缆对地分部电容变化时，非故障支路漏电流逐渐与故障支路漏电流接近。由于此时电缆中的漏电流基本上都是容性电流，阻性电流可以忽略不计，这时无法区分故障与非故障支路。
③注入频率的选择。注入频率的选择直接影响到附加低频电源法应用于电网绝缘故障定位的效果，改变了测试电源频率。当频率增大时测量回路中的低频电流不断增大，主要是由于容性电流的影响。因为I=ωCU，随频率增大容性电流跟着变大，注入频率越大故障支路和非故障支路的漏电流相差不大，难以实现故障选线。为此，应按以下原则确定注入信号的频率：注入频率尽可能低，以减少电网对地电容对检测精度的影响，低于50Hz工频的注入频率不会与电网正常的各种工作频率产生冲突；注入的正弦波频率稳定、波形畸变系数小，且信号要易于提取；保证传感器对微弱电流的测量精度。综合考虑上述因素，可以选取10Hz作为注入频率，工频为注入频率的整次谐波在利用全周傅氏算法计算时能有效消除50Hz工频负载信号及其它高次谐波的影响。
④测量误差分析。由于实际系统中电流和电压的传输、提取过程中可能出现幅值和相位误差，从而对计算结果带来不利影响。绝缘电阻测量的相对误差与电压、电流模值测量误差满足以下关系：绝缘电阻测量误差与电压幅值测量误差成正比，当电压幅值误差增加或减少时，绝缘电阻值计算结果随之相应增加或减少。电流幅值的影响则相反，电流模值误差增加或减少时，绝缘电阻值的计算结果相应减少或增加。实际工程应用中，绝缘电阻测量精度主要受电流、电压传感器幅值误差的影响，可作为传感器设计和和选型的参考。（李剑峰）
