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具有故障定位功能的絕緣監(jiān)測系統(tǒng)在海上平臺配電系統(tǒng)中的應(yīng)用
點擊次數(shù)：546 更新時間：2023-10-24

【摘要】海上平臺低壓系統(tǒng)一般采用IT系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時故障電流很小，不足以激勵保護(hù)裝置動作，使故障設(shè)備自動跳閘，因此可以維持設(shè)備的運行狀態(tài)不中斷，供電連續(xù)性較好。但若故障不能及時排除故障電流和過電壓可導(dǎo)致相間短路，造成斷電停產(chǎn)并增大發(fā)生火災(zāi)和人身觸電事故的風(fēng)險。因此有必要安裝絕緣監(jiān)測裝置，在發(fā)生接地故障時立即報警并定位故障點，從而及時排除故障，保證平臺的正常生產(chǎn)和人員安全。

【關(guān)鍵詞】海上平臺；低壓系統(tǒng)；絕緣監(jiān)測；故障定位

0 行業(yè)背景

海洋平臺電力系統(tǒng)為孤島系統(tǒng)，常為單一電源，一旦發(fā)生故障斷電，不僅會導(dǎo)致平臺停產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)效益損失，嚴(yán)重故障時還可能發(fā)生觸電事故甚至引起火災(zāi)危及平臺的安全，所以油氣處理用電設(shè)備較多的低壓系統(tǒng)一般采用IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時故障電流很小，不足以激勵保護(hù)裝置動作，使故障設(shè)備自動跳閘，因此可以維持設(shè)備的運行狀態(tài)不中斷，供電連續(xù)性較好。但若故障不能及時排除 故障電流和過電壓可導(dǎo)致相間短路 造成斷電停產(chǎn)并增大發(fā)生火災(zāi)和人身觸電事故的風(fēng)險。長期以來IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時只能靠人工逐一斷開數(shù)百個負(fù)載回路來排查，不僅耗時費力，還會破壞設(shè)備供電的連續(xù)性，另外頻繁開斷斷路器也可能會引起操作過電壓。因此有必要安裝帶故障定位的絕緣監(jiān)測裝置在發(fā)生接地故障時立即報警并定位故障點從而及時排除故障，保證平臺的正常生產(chǎn)和人員安全，并可將監(jiān)控信息通過工業(yè)以太網(wǎng)接入全礦的綜合管控平臺，實現(xiàn)整個低壓配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 IT系統(tǒng)優(yōu)缺點分析

IT系統(tǒng)示意圖如圖1所示，即電源變壓器二次側(cè)中性點不接地，用電設(shè)備外殼接地。海上平臺低壓配電系統(tǒng)一般不引出N線，也無PE線，用電設(shè)備外殼直接經(jīng)平臺鋼結(jié)構(gòu)接地。

圖1

1.1主要優(yōu)點

系統(tǒng)發(fā)生單相絕緣故障時故障電流為系統(tǒng)對地電容泄漏電流，數(shù)值很小，不會引起繼電保護(hù)裝置動作，保證了供電連續(xù)性;故障時線電壓保持不變，也就不會影響三相用電設(shè)備的正常運行，另外較小的故障電流形成的接觸電壓很低，不會對人體造成傷害以230V系統(tǒng)中的某一相為例，如圖2所示。

圖2

1.2主要缺點

系統(tǒng)發(fā)生單相絕緣故障時，雖然故障電流數(shù)值較小，但若該電流長時間侵襲電纜和設(shè)備的絕緣，可能引起故障點絕緣燃燒，導(dǎo)致相與相之間的故障 ;單相絕緣故障時非故障相的對地電壓會由相電壓升高為線電壓長時間不排除故障可使非故障相也出現(xiàn)新的故障形成兩相接地短路。當(dāng)配電線路過長時線路分布電容較大IT系統(tǒng)將等效于TT系統(tǒng)，若發(fā)生絕緣故障，故障電流會顯著變大 ，產(chǎn)生危險的接觸電壓，導(dǎo)致人身觸電事故的發(fā)生，以230V系統(tǒng)某一相為例如圖3所示。

圖3

2 產(chǎn)品介紹

AIM-T500L系列工業(yè)絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)是安科瑞電氣專為工業(yè)場合如礦井、玻璃廠、電爐和試驗設(shè)備、船舶、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機(jī)中心及應(yīng)急電源等IT配電系統(tǒng)而研發(fā)。

該系統(tǒng)功能豐富，包括絕緣電阻監(jiān)測、絕緣故障預(yù)警、絕緣故障報警、事件記錄、參數(shù)設(shè)置、通訊組網(wǎng)等，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時，能及時報警，并準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的具體回路，以提醒相關(guān)人員及時排查故障。

絕緣監(jiān)測即監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣阻抗，基于歐姆定律，采用低頻電流注入法系統(tǒng)由絕緣監(jiān)測儀、測試信號發(fā)生器、故障定位儀和傳感器即電流互感器組成如圖4所示。

絕緣監(jiān)測儀向低壓系統(tǒng)注入低頻交流信號，絕緣監(jiān)測儀內(nèi)含有對工頻電流而對低頻電流極低的阻抗。當(dāng)系統(tǒng)沒有發(fā)生絕緣故障時，該主機(jī)可測量系統(tǒng)和每個回路的對地絕緣電阻和泄漏電容，通過設(shè)置絕緣阻抗預(yù)設(shè)值可實現(xiàn)對絕緣故障的預(yù)防;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障時，低頻電流信號通過故障點經(jīng)大地回到絕緣監(jiān)測儀，絕緣監(jiān)測儀通過計算分析后發(fā)出故障報警故障定位裝置通過電流互感器定位故障回路。

圖4

3 功能介紹

AIM-T500L絕緣監(jiān)測儀具有以下功能：

實時監(jiān)測IT系統(tǒng)的對地絕緣電阻，電阻越啟動故障預(yù)警或報警功能；繼電器報警輸出、LED報警輸出等多種故障指示方式；事件記錄功能，方便操作人員查看分析故障類型和發(fā)生時間，判斷系統(tǒng)運行狀況；自檢功能，可一鍵實現(xiàn)儀表硬件電路的故障自檢；斷線監(jiān)測，實時監(jiān)測PE/KE功能接地線連線狀況；一路RS485接口，標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU協(xié)議；一路CAN通訊，自定義協(xié)議，用于和信號發(fā)生器、故障定位儀信息交互；應(yīng)用范圍廣，適用于交流、直流以及交直流混合IT系統(tǒng)。

ASG200測試信號發(fā)生器具有以下功能：

指示故障所在相線；支持手動啟動定位用于測試通訊線路；采用CAN總線技術(shù)，方便與系統(tǒng)內(nèi)其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

AIL200-12絕緣故障定位儀具有以下功能：

定位并指示故障所在支路；單個AIL200-12*多可定位12個回路；每個IT系統(tǒng)*多可接90只定位儀，總計定位1080回路；采用CAN總線技術(shù)，方便與系統(tǒng)內(nèi)其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。配合使用AKH-0.66L系列電流互感器作為監(jiān)測互感器，變比1000:1，按照回路額定電流選擇合適孔徑；

4 技術(shù)指標(biāo)

AIM-T500L絕緣監(jiān)測儀技術(shù)指標(biāo)

項目		指標(biāo)
輔助電源	電壓	AC85~265V；DC100~300V
	功耗	<8W
電壓等級	系統(tǒng)電壓	AC 0~690V；DC 0~800V
	頻率范圍	40~460Hz
絕緣 監(jiān)測	絕緣電阻測量范圍	1k~10MΩ
	預(yù)警、報警值范圍	10k~10MΩ
	響應(yīng)時間(Ce=1uF)	<5s
	允許系統(tǒng)泄漏電容	<500μF
內(nèi)部參數(shù)	測量電壓	<50V
	測量電流	<270μA
	內(nèi)部直流阻抗	≥180kΩ
輸出	繼電器輸出	出錯、報警、預(yù)警
通訊	通訊參數(shù)	RS485，Modbus-RTU；CAN，自定義
環(huán)境	工作溫度	-15~+55℃
	存儲溫度	-20~+70℃
	相對濕度	<95%，不結(jié)露
	海拔高度	≤2500m

ASG200信號發(fā)生器技術(shù)指標(biāo)

項目		指標(biāo)
輔助電源	電壓	AC85~265V；DC100~300V
	功耗	<7W
電壓等級	系統(tǒng)電壓	單相交流220V，三相交流0~690V，直流0~800V
內(nèi)部參數(shù)	定位電壓	1k~10MΩ
	定位電流	10k~10MΩ
	響應(yīng)時間	<5s
通訊	通訊參數(shù)	CAN，自定義

AIL200-12絕緣故障定位儀技術(shù)指標(biāo)

項目		指標(biāo)
輔助電源	電壓	AC85~265V；DC100~300V
	功耗	<5W
內(nèi)部參數(shù)	響應(yīng)時間	<12s
	響應(yīng)電流	0.5mA
輸出	繼電器輸出	報警
通訊	通訊參數(shù)	CAN，自定義

5 平臺低壓系統(tǒng)系統(tǒng)配置方式

海洋石油平臺低壓系統(tǒng)包括400V系統(tǒng)和230V系統(tǒng)，400V系統(tǒng)電源側(cè)一般為兩臺變壓器供電，雙母線帶常開母聯(lián)，正常工況下分列運行，應(yīng)急工況下由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電主要為油氣處理用電設(shè)備供電回路可達(dá)數(shù)百個。230V系統(tǒng)電源側(cè)為單臺變壓器供電主要為照明小功率和電伴熱系統(tǒng)供電每個230V照明或伴熱系統(tǒng)回路數(shù)一般為一百個左右。

400V系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置可在每個電源進(jìn)線處配備一臺絕緣監(jiān)測主機(jī)，以便滿足不同工況下的絕緣監(jiān)測。需要注意的是在正常工況和黑啟動等工況下，當(dāng)一個系統(tǒng)內(nèi)有兩臺及以上絕緣監(jiān)測主機(jī)時須保證只能有一臺主機(jī)向系統(tǒng)注入低頻電流否則會導(dǎo)致絕緣監(jiān)測結(jié)果不準(zhǔn)確。因此 有必要把電源進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)接入各監(jiān)測主機(jī)并設(shè)置聯(lián)鎖。

考慮到400V系統(tǒng)負(fù)載回路較多，若為每個回路都安裝絕緣故障定位裝置，投資較大，可選擇只為工藝流程或安全所需的重要回路安裝故障定位裝置，其他回路可在故障報警后使用便攜故障定位器人工定位而無需斷開每個回路。230V系統(tǒng)與單個400V系統(tǒng)類似可采用相同的配置方式。

6 結(jié)語

為海上石油平臺低壓IT系統(tǒng)配置絕緣監(jiān)測裝置后，不僅可在線監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣電阻和泄漏電容還可對部分重要回路的絕緣阻抗進(jìn)行監(jiān)測預(yù)防絕緣故障的發(fā)生。發(fā)生絕緣故障后絕緣監(jiān)測裝置能發(fā)出報警并自動或人工定位故障回路，可及時切除故障回路 杜絕二次故障的發(fā)生，保證供電連續(xù)性提高系統(tǒng)安全性。