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，發生單相接地故障時故障電流很小，不足以激勵保護裝置動作，使故障設備自動跳閘，因此可以維持設備的運行狀態不中斷，供電連續性較好。但若故障不能及時排除故障電流和過電壓可導致相間短路，造成斷電停產并增大發生火災和人身觸電事故的風險。因此有必要安裝絕緣監測裝置，在發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和人員安全。

【關鍵詞】海上平臺；低壓系統；絕緣監測；故障定位

0 行業背景

海洋平臺電力系統為孤島系統，常為單一電源，一旦發生故障斷電，不僅會導致平臺停產，造成經濟效益損失，嚴重故障時還可能發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系統發生單相接地故障時故障電流很小，不足以激勵保護裝置動作，使故障設備自動跳閘，因此可以維持設備的運行狀態不中斷，供電連續性較好。但若故障不能及時排除 故障電流和過電壓可導致相間短路 造成斷電停產并增大發生火災和人身觸電事故的風險。長期以來IT系統發生單相接地故障時只能靠人工逐一斷開數百個負載回路來排查，不僅耗時費力，還會破壞設備供電的連續性，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測裝置在發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和人員安全，并可將監控信息通過工業以太網接入全礦的綜合管控平臺，實現整個低壓配電系統的遠程監控。

1 IT系統優缺點分析

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，也無PE線，用電設備外殼直接經平臺鋼結構接地。

圖1

1.1主要優點

系統發生單相絕緣故障時故障電流為系統對地電容泄漏電流，數值很小，不會引起繼電保護裝置動作，保證了供電連續性;故障時線電壓保持不變，也就不會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

系統發生單相絕緣故障時，雖然故障電流數值較小，但若該電流長時間侵襲電纜和設備的絕緣，可能引起故障點絕緣燃燒，導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新的故障形成兩相接地短路。當配電線路過長時線路分布電容較大IT系統將等效于TT系統，若發生絕緣故障，故障電流會顯著變大 ，產生危險的接觸電壓，導致人身觸電事故的發生，以230V系統某一相為例如圖3所示。

圖3

2 產品介紹

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

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、通訊組網等，當系統出現接地故障時，能及時報警，并準確定位故障發生的具體回路，以提醒相關人員及時排查故障。

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而對低頻電流極低的阻抗。當系統沒有發生絕緣故障時，該主機可測量系統和每個回路的對地絕緣電阻和泄漏電容，通過設置絕緣阻抗預設值可實現對絕緣故障的預防;當系統發生絕緣故障時，低頻電流信號通過故障點經大地回到絕緣監測儀，絕緣監測儀通過計算分析后發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絕緣監測儀具有以下功能：

實時監測IT系統的對地絕緣電阻，電阻越啟動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型和發生時間，判斷系統運行狀況；自檢功能，可一鍵實現儀表硬件電路的故障自檢；斷線監測，實時監測PE/KE功能接地線連線狀況；一路RS485接口，標準Modbus-RTU協議；一路CAN通訊，自定義協議，用于和信號發生器、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，方便與系統內其它設備進行數據交互。

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AIL200-12*多可定位12個回路；每個IT系統*多可接90只定位儀，總計定位1080回路；采用CAN總線技術，方便與系統內其它設備進行數據交互。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 技術指標

AIM-T500L絕緣監測儀技術指標

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，雙母線帶常開母聯，正常工況下分列運行，應急工況下由應急柴油發電機供電主要為油氣處理用電設備供電回路可達數百個。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230V照明或伴熱系統回路數一般為一百個左右。

400V系統絕緣監測裝置可在每個電源進線處配備一臺絕緣監測主機，以便滿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等工況下，當一個系統內有兩臺及以上絕緣監測主機時須保證只能有一臺主機向系統注入低頻電流否則會導致絕緣監測結果不準確。因此 有必要把電源進線開關和母聯開關的狀態接入各監測主機并設置聯鎖。

考慮到400V系統負載回路較多，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系統與單個400V系統類似可采用相同的配置方式。

6 結語

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行監測預防絕緣故障的發生。發生絕緣故障后絕緣監測裝置能發出報警并自動或人工定位故障回路，可及時切除故障回路 杜絕二次故障的發生，保證供電連續性提高系統安全性。

作者介紹：

安躍強，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為為智能電網供配電。