淺談在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在海洋石油平臺(tái)低壓配電中的應(yīng)用

張穎姣

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：海上石油生產(chǎn)屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求較高。海上平臺(tái)多數(shù)動(dòng)設(shè)備采用400V電壓供電，受海上潮濕環(huán)境影響，電氣設(shè)備絕緣故障多發(fā)，極大影響平臺(tái)的安全生產(chǎn)。目前絕緣監(jiān)測(cè)多采用對(duì)低壓盤柜整體監(jiān)測(cè)，且出現(xiàn)絕緣低故障報(bào)警時(shí)，只能在斷電狀態(tài)下逐一排查盤柜所有設(shè)備絕緣情況，此種方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，無(wú)法滿足目前海洋石油平臺(tái)無(wú)人化和智能化的發(fā)展需要。本文所介紹的在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，已在多個(gè)海洋石油平臺(tái)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)設(shè)備絕緣狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣故障，消除設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：海洋石油平臺(tái)；絕緣監(jiān)測(cè)；故障定位；智能化

1概述

海洋石油平臺(tái)多數(shù)采用自備電站供電，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定對(duì)平臺(tái)的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。目前海洋石油平臺(tái)多數(shù)采用35KV以下的電力系統(tǒng)，根據(jù)平臺(tái)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不同，配電系統(tǒng)采用不同的接地方式，參考目前海洋石油平臺(tái)設(shè)計(jì)使用現(xiàn)狀，對(duì)電壓等級(jí)在10.5KV以上的中高壓配電系統(tǒng)，多采用中性點(diǎn)小電阻接地系統(tǒng)(變壓器中性點(diǎn)經(jīng)接地電阻柜接地)或高阻接地系統(tǒng)(中壓母排通過(guò)帶接地變壓器的接地電阻柜接地)，對(duì)于400V以下的低壓配電系統(tǒng)，多采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)(即IT系統(tǒng))。

2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)(IT系統(tǒng))的特點(diǎn)

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60364區(qū)分了三類不同的接地系統(tǒng)，使用兩個(gè)字母代號(hào)表示，TN、TT和IT。第一個(gè)字母表示電源端與地的關(guān)系：T表示電源端有一點(diǎn)直接接地；I表示電源端所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過(guò)阻抗接地。第二個(gè)字母表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)系：T表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源端的接地點(diǎn)；N表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與電源端接地有直接電氣連接。

IT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)是對(duì)地絕緣的或經(jīng)高阻抗接地，而用電設(shè)備的金屬外殼直接接地。主要特點(diǎn)如下：

1)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相絕緣故障時(shí)，漏電電流很小，安全性高；

2)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，不會(huì)跳閘，設(shè)備可帶故障運(yùn)行不超過(guò)2小時(shí)；

3)三相IT系統(tǒng)對(duì)地電壓220V，單相IT系統(tǒng)每根火線對(duì)地電壓110V，電壓低；

4)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，其他兩相對(duì)地電壓抬高√3倍。

3AMP自適應(yīng)脈沖測(cè)量法

在不接地電力系統(tǒng)中，存在直流分量和泄漏電容，這些因素的變化會(huì)對(duì)絕緣故障阻值測(cè)量產(chǎn)生影響。因此,在實(shí)際測(cè)量中，必須設(shè)法消除干擾才能準(zhǔn)確測(cè)量絕緣電阻。對(duì)于低壓絕緣監(jiān)測(cè).，需要考慮由于電路分布而產(chǎn)生的分布電容，以及來(lái)自電容器本身的電容。分布電容可能來(lái)自于相鄰兩匝之間、兩個(gè)分立的元件之間、兩根相鄰的導(dǎo)線間、一個(gè)元件內(nèi)部各部分之間。因?yàn)榉植际诫娙輥?lái)自于系統(tǒng)本身，會(huì)跟隨系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量、環(huán)境變化而不斷變化，如果沒(méi)有自適應(yīng)系統(tǒng)變化的測(cè)量信號(hào)，很難對(duì)絕緣電阻值進(jìn)行精確的測(cè)量。

AMP測(cè)量法(即自適應(yīng)脈沖測(cè)量法)可在具有較高對(duì)地泄漏電容的系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用，其原理是采用疊加自適應(yīng)脈沖信號(hào)，消除系統(tǒng)中存在的分布電容。相對(duì)于IT供電系統(tǒng)注入的信號(hào)是一個(gè)外部干擾信號(hào)，如果這個(gè)信號(hào)很強(qiáng)則可能會(huì)觸發(fā)設(shè)備誤動(dòng)作。因此，向系統(tǒng)中注入的脈沖信號(hào)要盡可能小，還要達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。而由于系統(tǒng)分布電容的存在，注入脈沖信號(hào)盡可能小的同時(shí)，還要能夠抵消掉系統(tǒng)存在的漏電容。

本系統(tǒng)采用的ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀是德國(guó)Bender公司生產(chǎn)，采用AMP測(cè)量法，通過(guò)疊加自適應(yīng)的脈沖電壓信號(hào)對(duì)故障回路進(jìn)行探測(cè)，連續(xù)不間斷地測(cè)量相對(duì)地的絕緣阻值RF，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)地的絕緣阻值降至預(yù)先設(shè)定的響應(yīng)值時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)，故障定位到具體支路，顯示電力系統(tǒng)最低絕緣阻值。同時(shí)，ISO685還能監(jiān)測(cè)支路互感器連接與否，若互感器損壞或者斷線時(shí)，發(fā)出互感器故障報(bào)警。使用自適應(yīng)脈沖信號(hào)對(duì)絕緣故障支路進(jìn)行定位，對(duì)電力系統(tǒng)沒(méi)有任何干擾，運(yùn)行穩(wěn)定。

4在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

1)絕緣監(jiān)測(cè)儀

絕緣監(jiān)測(cè)儀是在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，必須把設(shè)備連接在IT系統(tǒng)(不接地系統(tǒng))和PE線之間才能得到測(cè)量值。在運(yùn)行期間，絕緣監(jiān)視儀不間斷地監(jiān)視整個(gè)IT系統(tǒng)的絕緣阻值，當(dāng)該值低于預(yù)先設(shè)定的響應(yīng)值時(shí)觸發(fā)報(bào)警。

絕緣監(jiān)測(cè)儀還可與EDS結(jié)合使用用以準(zhǔn)確定位絕緣故障。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的絕緣值下降到設(shè)置的響應(yīng)值Ran2(LEDALARM2)之后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性定位電流。絕緣故障是通過(guò)EDS和連接的測(cè)量電流互感器進(jìn)行選擇性地定位，定位電流通過(guò)帶電線路的絕緣故障位置采取最短的方式從定位電流發(fā)生器流過(guò)，經(jīng)過(guò)絕緣故障點(diǎn)和PE線返回到絕緣監(jiān)測(cè)儀，這個(gè)定位電流脈沖通過(guò)在絕緣故障路徑上的測(cè)量電流互感器檢測(cè)以及通過(guò)連接的EDS發(fā)出信號(hào)。

2)絕緣故障定位儀

絕緣故障定位儀能夠定位不接地直流、交流和三相交流系統(tǒng)中的絕緣故障(IT系統(tǒng))。通過(guò)故障定位電流發(fā)射器，來(lái)監(jiān)視不同范圍內(nèi)的交流網(wǎng)絡(luò)、三相交流網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)絕緣工況，顯示交流網(wǎng)絡(luò)中的剩余交流電流。EDS440定位模塊與ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀配套使用，當(dāng)絕緣監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)中有接地故障時(shí)，便發(fā)射故障定位脈沖信號(hào)，定位到支路絕緣故障點(diǎn)后，通過(guò)定位模塊反饋到絕緣監(jiān)測(cè)儀。

3)通訊網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)COM465IP的作用是轉(zhuǎn)換ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀通訊協(xié)議，使其能夠通過(guò)以太網(wǎng)與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有多種通訊連接方式：

◆以太網(wǎng)接口：可以用于Modbus,web服務(wù)器和BCOM之間的通信；

◆BCOM：目的是通過(guò)以太網(wǎng)和本德?tīng)栐O(shè)備進(jìn)行通信。通過(guò)BCOM通信的所有設(shè)備都必須有相同的系統(tǒng)名稱。可以在子系統(tǒng)中組織設(shè)備。每個(gè)設(shè)備需要單獨(dú)的設(shè)備地址。

◆ModbusTCP：國(guó)際上應(yīng)用廣泛的用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議；

◆Web服務(wù)器：顯示絕緣監(jiān)測(cè)儀參數(shù)和其它相關(guān)設(shè)備的參數(shù)，可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器適用于任意電腦。

4)電流互感器

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同，選擇不同規(guī)格型號(hào)的電流互感器，監(jiān)測(cè)絕緣監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的定位電流信號(hào)，并傳輸至絕緣故障定位儀。電流互感器選用開(kāi)環(huán)式電流互感器，便于在線安裝。

5系統(tǒng)安裝與調(diào)試

1)系統(tǒng)安裝

按照三相交流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，分別定位安裝絕緣監(jiān)測(cè)儀、絕緣故障定位儀、通訊網(wǎng)關(guān)及各支路電流互感器。安裝過(guò)程有以下幾點(diǎn)需要注意：

◆每8路CT電流互感器需接入到1個(gè)信號(hào)采集單元上，此采集單元安裝在本盤柜后門處，通過(guò)導(dǎo)軌固定即可，每個(gè)采集單元需用RS485通訊線連接，現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)盤柜間穿線孔進(jìn)行通訊線敷設(shè)；

◆絕緣監(jiān)視CT電流互感器為開(kāi)口式結(jié)構(gòu)，如下圖所示，安裝方式為直接套在每個(gè)支路出線處，如下圖所示，互感器可使用扎帶固定在柜體側(cè)面。每個(gè)互感器信號(hào)線沿盤柜側(cè)敷設(shè)至采集單元，采集單元固定在后門板處，導(dǎo)軌式安裝。

2)調(diào)試

為使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常保障低壓盤絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及有效性，需對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行功能調(diào)試。

①網(wǎng)關(guān)COM465IP及上位機(jī)軟件調(diào)試

網(wǎng)關(guān)COM465IP的作用是轉(zhuǎn)換ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀通訊協(xié)議，使其能夠通過(guò)以太網(wǎng)與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過(guò)出廠時(shí)設(shè)備內(nèi)置的IP地址，進(jìn)入網(wǎng)頁(yè)界面，設(shè)置設(shè)備的IP地址為平臺(tái)局域網(wǎng)內(nèi)的IP地址，通過(guò)新的IP地址登錄網(wǎng)頁(yè)，查看通訊是否正常。

②絕緣監(jiān)測(cè)儀主機(jī)ISO685調(diào)試

通過(guò)模擬測(cè)試出現(xiàn)接地故障、互感器斷線時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)儀ISO685報(bào)警反饋情況。

◆外觀檢查：檢查ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀模塊外部是否有碰撞、破損情況，接線端是否完好無(wú)缺。

◆上電檢查：上電前用萬(wàn)用表檢測(cè)電源電壓，確認(rèn)模塊的供電電壓及供電電源接線端，方可接上供電電源，上電后查看儀器內(nèi)置時(shí)間是否與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間相同，并進(jìn)行校準(zhǔn)設(shè)置，檢查監(jiān)測(cè)到定位模塊與實(shí)際是否相符。

◆模擬故障檢查：模擬出現(xiàn)接地故障及互感器斷線故障時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)儀報(bào)警與實(shí)際是否相符。

③EDS440絕緣故障定位模塊調(diào)試

調(diào)試目的為測(cè)試EDS440定位模塊反饋定位信號(hào)是否正常，及其定位的可靠性以及準(zhǔn)確性，通過(guò)模擬EDS定位模塊絕緣故障報(bào)警，觀察絕緣監(jiān)測(cè)儀及上位機(jī)軟件顯示的報(bào)警是否一致。

◆外觀及接線檢查：檢查EDS定位模塊有無(wú)碰撞、破損，接線端子是否完好。圖5模擬定位模塊連接點(diǎn)故障

◆上電檢查：確認(rèn)供電電源電壓接供電電源接線端后，上電并檢查定位模塊運(yùn)行指示燈是否正常。

◆模擬故障檢查：模擬定位模塊監(jiān)測(cè)的回路出現(xiàn)絕緣故障，通過(guò)絕緣監(jiān)測(cè)儀和上位機(jī)查看故障定位信號(hào)

6絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

6.1絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)儀

AIM-T系列絕緣監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統(tǒng)中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

6.2絕緣故障定位產(chǎn)品

工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測(cè)儀使用，主要包括ASG200測(cè)試信號(hào)發(fā)生器，AIL200-12絕緣故障定位儀，AKH-0.66L系列電流互感器，適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

6.3絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀

絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測(cè)儀使用，主要包括ACPD100，ACPD200，適用于交流電壓高于690V，直流電壓高于800V的IT配電系統(tǒng)。

7技術(shù)參數(shù)

7.1絕緣監(jiān)測(cè)儀技術(shù)參數(shù)

7.2測(cè)試信號(hào)發(fā)生器技術(shù)參數(shù)

7.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)

7.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)

7.5絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀技術(shù)參數(shù)

參考文獻(xiàn)

余成波，陳學(xué)軍，雷紹蘭，王士彬，電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)，清華大學(xué)出版社

[2]郭明荃，低壓絕緣監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)在海上石油平臺(tái)的研究與應(yīng)用，儀器儀表用戶

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.08版

[4]安科瑞 IT 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)（中英文）2021.01版

審核編輯 黃宇