【摘要】海上平臺(tái)低壓系統(tǒng)一般采用IT系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)故障電流很小，不足以激勵(lì)保護(hù)裝置動(dòng)作，使故障設(shè)備自動(dòng)跳閘，因此可以維持設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不中斷，供電連續(xù)性較好。但若故障不能及時(shí)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(xiǎn)。因此有必要安裝絕緣監(jiān)測(cè)裝置，在發(fā)生接地故障時(shí)立即報(bào)警并定位故障點(diǎn)，從而及時(shí)排除故障，保證平臺(tái)的正常生產(chǎn)和人員安全。
【關(guān)鍵詞】海上平臺(tái)；低壓系統(tǒng)；絕緣監(jiān)測(cè)；故障定位
0 行業(yè)背景
海洋平臺(tái)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(huì)導(dǎo)致平臺(tái)停產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)效益損失，嚴(yán)重故障時(shí)還可能發(fā)生觸電事故甚至引起火災(zāi)危及平臺(tái)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(shí)故障電流很小，不足以激勵(lì)保護(hù)裝置動(dòng)作，使故障設(shè)備自動(dòng)跳閘，因此可以維持設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不中斷，供電連續(xù)性較好。但若故障不能及時(shí)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(xiǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)只能靠人工逐一斷開數(shù)百個(gè)負(fù)載回路來(lái)排查，不僅耗時(shí)費(fèi)力，還會(huì)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(huì)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(cè)裝置在發(fā)生接地故障時(shí)立即報(bào)警并定位故障點(diǎn)從而及時(shí)排除故障，保證平臺(tái)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(tái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)低壓配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1 IT系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)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(diǎn)不接地，用電設(shè)備外殼接地。海上平臺(tái)低壓配電系統(tǒng)一般不引出N線，也無(wú)PE線，用電設(shè)備外殼直接經(jīng)平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)接地。
圖1
1.1主要優(yōu)點(diǎn)
系統(tǒng)發(fā)生單相絕緣故障時(shí)故障電流為系統(tǒng)對(duì)地電容泄漏電流，數(shù)值很小，不會(huì)引起繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，保證了供電連續(xù)性;故障時(shí)線電壓保持不變，也就不會(huì)影響三相用電設(shè)備的正常運(yùn)行，另外較小的故障電流形成的接觸電壓很低，不會(huì)對(duì)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(diǎn)
系統(tǒng)發(fā)生單相絕緣故障時(shí)，雖然故障電流數(shù)值較小，但若該電流長(zhǎng)時(shí)間侵襲電纜和設(shè)備的絕緣，可能引起故障點(diǎn)絕緣燃燒，導(dǎo)致相與相之間的故障 ;單相絕緣故障時(shí)非故障相的對(duì)地電壓會(huì)由相電壓升高為線電壓長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)時(shí)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(huì)顯著變大 ，產(chǎn)生危險(xiǎn)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(cè)及故障定位系統(tǒng)是安科瑞電氣專為工業(yè)場(chǎng)合如礦井、玻璃廠、電爐和試驗(yàn)設(shè)備、船舶、冶金廠、化工廠、爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所、計(jì)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(cè)、絕緣故障預(yù)警、絕緣故障報(bào)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(shí)，能及時(shí)報(bào)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(shí)排查故障。
絕緣監(jiān)測(cè)即監(jiān)測(cè)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(cè)儀、測(cè)試信號(hào)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(cè)儀向低壓系統(tǒng)注入低頻交流信號(hào)，絕緣監(jiān)測(cè)儀內(nèi)含有對(duì)工頻電流而對(duì)低頻電流極低的阻抗。當(dāng)系統(tǒng)沒有發(fā)生絕緣故障時(shí)，該主機(jī)可測(cè)量系統(tǒng)和每個(gè)回路的對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣故障的預(yù)防;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障時(shí)，低頻電流信號(hào)通過故障點(diǎn)經(jīng)大地回到絕緣監(jiān)測(cè)儀，絕緣監(jiān)測(cè)儀通過計(jì)算分析后發(fā)出故障報(bào)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(cè)儀具有以下功能：
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IT系統(tǒng)的對(duì)地絕緣電阻，電阻越啟動(dòng)故障預(yù)警或報(bào)警功能；繼電器報(bào)警輸出、LED報(bào)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(shí)間，判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀況；自檢功能，可一鍵實(shí)現(xiàn)儀表硬件電路的故障自檢；斷線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(hào)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(cè)試信號(hào)發(fā)生器具有以下功能：
指示故障所在相線；支持手動(dòng)啟動(dòng)定位用于測(cè)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(gè)AIL200-12*多可定位12個(gè)回路；每個(gè)IT系統(tǒng)*多可接90只定位儀，總計(jì)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(cè)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(cè)儀技術(shù)指標(biāo)
| 項(xiàng)目 | 指標(biāo) |
| 輔助電源 | 電壓 | AC85~265V；DC100~300V | |
| 功耗 | <8W | |
| 電壓等級(jí) | 系統(tǒng)電壓 | AC 0~690V；DC 0~800V | |
| 頻率范圍 | 40~460Hz | |
| 絕緣 監(jiān)測(cè) | 絕緣電阻測(cè)量范圍 | 1k~10MΩ |
| 預(yù)警、報(bào)警值范圍 | 10k~10MΩ |
| 響應(yīng)時(shí)間(Ce=1uF) | <5s |
| 允許系統(tǒng)泄漏電容 | <500μF |
| 內(nèi)部參數(shù) | 測(cè)量電壓 | <50V |
| 測(cè)量電流 | <270μA |
| 內(nèi)部直流阻抗 | ≥180kΩ |
| 輸出 | 繼電器輸出 | 出錯(cuò)、報(bào)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(chǔ)溫度 | -20~+70℃ |
| 相對(duì)濕度 | <95%，不結(jié)露 |
| 海拔高度 | ≤2500m |
ASG200信號(hào)發(fā)生器技術(shù)指標(biāo)
| 項(xiàng)目 | 指標(biāo) |
| 輔助電源 | 電壓 | AC85~265V；DC100~300V | |
| 功耗 | <7W | |
| 電壓等級(jí) | 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(shí)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(xiàng)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(shí)間 | <12s |
| | 響應(yīng)電流 | 0.5mA |
| 輸出 | 繼電器輸出 | 報(bào)警 |
| 通訊 | 通訊參數(shù) | CAN，自定義 |
5 平臺(tái)低壓系統(tǒng)系統(tǒng)配置方式
海洋石油平臺(tái)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(tái)變壓器供電，雙母線帶常開母聯(lián)，正常工況下分列運(yùn)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(gè)。230V系統(tǒng)電源側(cè)為單臺(tái)變壓器供電主要為照明小功率和電伴熱系統(tǒng)供電每個(gè)230V照明或伴熱系統(tǒng)回路數(shù)一般為一百個(gè)左右。
400V系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置可在每個(gè)電源進(jìn)線處配備一臺(tái)絕緣監(jiān)測(cè)主機(jī)，以便滿足不同工況下的絕緣監(jiān)測(cè)。需要注意的是在正常工況和黑啟動(dòng)等工況下，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)有兩臺(tái)及以上絕緣監(jiān)測(cè)主機(jī)時(shí)須保證只能有一臺(tái)主機(jī)向系統(tǒng)注入低頻電流否則會(huì)導(dǎo)致絕緣監(jiān)測(cè)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(cè)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(gè)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(bào)警后使用便攜故障定位器人工定位而無(wú)需斷開每個(gè)回路。230V系統(tǒng)與單個(gè)400V系統(tǒng)類似可采用相同的配置方式。
6 結(jié)語(yǔ)
為海上石油平臺(tái)低壓IT系統(tǒng)配置絕緣監(jiān)測(cè)裝置后，不僅可在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的絕緣電阻和泄漏電容還可對(duì)部分重要回路的絕緣阻抗進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)防絕緣故障的發(fā)生。發(fā)生絕緣故障后絕緣監(jiān)測(cè)裝置能發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)或人工定位故障回路，可及時(shí)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。
