具有故障定位功能的絕緣監測系統在海上平臺配電系統中的應用

【摘要】海上平臺低壓系統一般采用IT系統，發(fā)生單相接地故障時(shí)故障電流很小，不足以激勵保護裝置動(dòng)作，使故障設備自動(dòng)跳閘，因此可以維持設備的運行狀態(tài)不中斷，供電連續性較好。但若故障不能及時(shí)排除故障電流和過(guò)電壓可導致相間短路，造成斷電停產(chǎn)并加大發(fā)生火災和人身觸電事故的風(fēng)險。因此有必要安裝絕緣監測裝置，在發(fā)生接地故障時(shí)立即報警并定位故障點(diǎn)，從而及時(shí)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；絕緣監測；故障定位

0 行業(yè)背景

海洋平臺電力系統為孤島系統，常為單一電源，一旦發(fā)生故障斷電，不僅會(huì )導致平臺停產(chǎn)，造成經(jīng)濟效益損失，嚴重故障時(shí)還可能發(fā)生觸電事故甚至引起火災危及平臺的安全，所以油氣處理用電設備較多的低壓系統一般采用IT系統IT系統發(fā)生單相接地故障時(shí)故障電流很小，不足以激勵保護裝置動(dòng)作，使故障設備自動(dòng)跳閘，因此可以維持設備的運行狀態(tài)不中斷，供電連續性較好。但若故障不能及時(shí)排除 故障電流和過(guò)電壓可導致相間短路 造成斷電停產(chǎn)并加大發(fā)生火災和人身觸電事故的風(fēng)險。長(cháng)期以來(lái)IT系統發(fā)生單相接地故障時(shí)只能靠人工逐一斷開(kāi)數百個(gè)負載回路來(lái)排查，不僅耗時(shí)費力，還會(huì )破壞設備供電的連續性，另外頻繁開(kāi)斷斷路器也可能會(huì )引起操作過(guò)電壓。因此有必要安裝帶故障定位的絕緣監測裝置在發(fā)生接地故障時(shí)立即報警并定位故障點(diǎn)從而及時(shí)排除故障，保證平臺的正常生產(chǎn)和人員安全，并可將監控信息通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)接入全礦的綜合管控平臺，實(shí)現整個(gè)低壓配電系統的遠程監控。

1 IT系統優(yōu)缺點(diǎn)分析

IT系統示意圖如圖1所示，即電源變壓器二次側中性點(diǎn)不接地，用電設備外殼接地。海上平臺低壓配電系統一般不引出N線(xiàn)，也無(wú)PE線(xiàn)，用電設備外殼直接經(jīng)平臺鋼結構接地。

圖1

1.1主要優(yōu)點(diǎn)

系統發(fā)生單相絕緣故障時(shí)故障電流為系統對地電容泄漏電流，數值很小，不會(huì )引起繼電保護裝置動(dòng)作，保證了供電連續性;故障時(shí)線(xiàn)電壓保持不變，也就不會(huì )影響三相用電設備的正常運行，另外較小的故障電流形成的接觸電壓很低，不會(huì )對人體造成傷害以230V系統中的某一相為例，如圖2所示。

圖2

1.2主要缺點(diǎn)

系統發(fā)生單相絕緣故障時(shí)，雖然故障電流數值較小，但若該電流長(cháng)時(shí)間侵襲電纜和設備的絕緣，可能引起故障點(diǎn)絕緣燃燒，導致相與相之間的故障 ;單相絕緣故障時(shí)非故障相的對地電壓會(huì )由相電壓升高為線(xiàn)電壓長(cháng)時(shí)間不排除故障可使非故障相也出現新的故障形成兩相接地短路。當配電線(xiàn)路過(guò)長(cháng)時(shí)線(xiàn)路分布電容較大IT系統將等效于TT系統，若發(fā)生絕緣故障，故障電流會(huì )顯著(zhù)變大 ，產(chǎn)生危險的接觸電壓，導致人身觸電事故的發(fā)生，以230V系統某一相為例如圖3所示。

圖3

2 產(chǎn)品介紹

AIM-T500L系列工業(yè)絕緣監測及故障定位系統是安科瑞電氣專(zhuān)為工業(yè)場(chǎng)合如礦井、玻璃廠(chǎng)、電爐和試驗設備、船舶、冶金廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、爆炸危險場(chǎng)所、計算機中心及應急電源等IT配電系統而研發(fā)。

該系統功能豐富，包括絕緣電阻監測、絕緣故障預警、絕緣故障報警、事件記錄、參數設置、通訊組網(wǎng)等，當系統出現接地故障時(shí)，能及時(shí)報警，并準確定位故障發(fā)生的具體回路，以提醒相關(guān)人員及時(shí)排查故障。

絕緣監測即監測系統的絕緣阻抗，基于歐姆定律，采用低頻電流注入法系統由絕緣監測儀、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。

絕緣監測儀向低壓系統注入低頻交流信號，絕緣監測儀內含有對工頻電流高而對低頻電流低的阻抗。當系統沒(méi)有發(fā)生絕緣故障時(shí)，該主機可測量系統和每個(gè)回路的對地絕緣電阻和泄漏電容，通過(guò)設置絕緣阻抗預設值可實(shí)現對絕緣故障的預防;當系統發(fā)生絕緣故障時(shí)，低頻電流信號通過(guò)故障點(diǎn)經(jīng)大地回到絕緣監測儀，絕緣監測儀通過(guò)計算分析后發(fā)出故障報警故障定位裝置通過(guò)電流互感器定位故障回路。

圖4

3 功能介紹

AIM-T500L絕緣監測儀具有以下功能：

實(shí)時(shí)監測IT系統的對地絕緣電阻，電阻越限啟動(dòng)故障預警或報警功能；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(lèi)型和發(fā)生時(shí)間，判斷系統運行狀況；自檢功能，可一鍵實(shí)現儀表硬件電路的故障自檢；斷線(xiàn)監測，實(shí)時(shí)監測PE/KE功能接地線(xiàn)連線(xiàn)狀況；一路RS485接口，標準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；應用范圍廣，適用于交流、直流以及交直流混合IT系統。

ASG200測試信號發(fā)生器具有以下功能：

指示故障所在相線(xiàn)；支持手動(dòng)啟動(dòng)定位用于測試通訊線(xiàn)路；采用CAN總線(xiàn)技術(shù)，方便與系統內其它設備進(jìn)行數據交互。

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*多可接90只定位儀，總計定位1080回路；采用CAN總線(xiàn)技術(shù)，方便與系統內其它設備進(jìn)行數據交互。配合使用AKH-0.66L系列電流互感器作為監測互感器，變比1000:1，按照回路額定電流選擇合適孔徑；

4 技術(shù)指標

AIM-T500L絕緣監測儀技術(shù)指標

  ASG200信號發(fā)生器技術(shù)指標

  AIL200-12絕緣故障定位儀技術(shù)指標

  5 平臺低壓系統系統配置方式

海洋石油平臺低壓系統包括400V系統和230V系統，400V系統電源側一般為兩臺變壓

器供電，雙母線(xiàn)帶常開(kāi)母聯(lián)，正常工況下分列運行，應急工況下由應急柴油發(fā)電機供電主要為油氣處理用電設備供電回路可達數百個(gè)。230V系統電源側為單臺變壓器供電主要為照明小功率和電伴熱系統供電每個(gè)230V照明或伴熱系統回路數一般為一百個(gè)左右。

400V系統絕緣監測裝置可在每個(gè)電源進(jìn)線(xiàn)處配備一臺絕緣監測主機，以便滿(mǎn)足不同工況下的絕緣監測。需要注意的是在正常工況和黑啟動(dòng)等工況下，當一個(gè)系統內有兩臺及以上絕緣監測主機時(shí)須保證只能有一臺主機向系統注入低頻電流否則會(huì )導致絕緣監測結果不準確。因此 有必要把電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和母聯(lián)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)接入各監測主機并設置聯(lián)鎖。

考慮到400V系統負載回路較多，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警后使用便攜故障定位器人工定位而無(wú)需斷開(kāi)每個(gè)回路。230V系統與單個(gè)400V系統類(lèi)似可采用相同的配置方式。

6 結語(yǔ)

為海上石油平臺低壓IT系統配置絕緣監測裝置后，不僅可在線(xiàn)監測系統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)行監測預防絕緣故障的發(fā)生。發(fā)生絕緣故障后絕緣監測裝置能發(fā)出報警并自動(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，保證供電連續性提高系統安全性。