淺談船舶電氣接地故障的查找及解決方法

張穎姣

江蘇安科瑞電器制造有限公司江蘇江陰214405

摘要：隨著現(xiàn)代船舶電氣自動化水平的日益提高，對船舶電力系統(tǒng)供電的安全性和可靠性提

出了更加嚴格的要求。作為影響供電可靠性因素之一的電氣絕緣性能逐漸成為各方關注的。文章對電力系統(tǒng)接地故障進行分析，并提出查找及解決方法，以期為相關工程案例提供參考。

關鍵詞：船舶電氣；接地故障；查找及解決方法

0引言

隨著現(xiàn)代船舶電氣自動化程度的不斷提高，船舶電站容量已由千瓦級發(fā)展到兆瓦級，隨之而來的是電網的絕緣問題更加突出。由于船體之間存在分布電容等因素，電網并非是理想的對“地”絕緣系統(tǒng)。若電網絕緣較差，可能發(fā)生單相接地故障，將產生較大的漏電流或接地故障電流。雖然其電流數值不足以觸發(fā)保護，但此故障如長期存在，將導致如下后果：1）引起局部發(fā)熱，使絕緣損壞加劇，特別是中壓電系統(tǒng)易產生電弧，甚至引起火災；2）在接地裝置緊固不牢靠或接地電阻＞10m?時，人員誤觸設備帶電金屬外殼會引發(fā)觸電危險；3）故障進一步擴大，當2根相線接地時，會發(fā)生短路故障，造成開關跳閘斷電，對船舶航行和人身安全帶來不同程度的危害。為保障電力系統(tǒng)的安全可靠，對電氣系統(tǒng)接地故障類型進行分析和快速查找，就顯得尤為重要。

1電氣絕緣電阻對接地故障的影響和解決方法

1.1電纜絕緣性能影響主要因素

1）船舶電氣設備工作環(huán)境特殊，其長期處于高溫、高濕、高鹽及振動環(huán)境。直流電機碳刷產生的“碳粉”往往會造成電氣設備和電纜的絕緣體老化、破損、絕緣電阻下降，導致接地故障的發(fā)生。

2）艦船建造時，照明燈具接線“碰殼”問題往往會導致電氣接地故障；使用“自攻螺釘”來固定安裝在內裝板上的設備時，經常由于刺穿電纜絕緣等問題導致電氣接地故障。在船舶建造、修理及日常管理過程中，需要對電氣設和電網的絕緣性能進行定期測量，并將測量數據進行對比。必要時可繪制相應的曲線圖，以此來判斷絕緣電阻的變化趨勢，進而制訂對電氣設備和電纜的檢修、更換及保養(yǎng)計劃。本文將以電力系統(tǒng)中常見的電動機和電纜為例，分析其絕緣電阻的變化情況。

1.2電動機絕緣性能分析

1）當電動機絕緣電阻在1M?以上時，電機處于正常工作狀態(tài)，可隨時投入運行。需注意其工作環(huán)境的變化并避免長期在過載臨界值處運行電機。

2）當電動機的絕緣電阻在0.1M?～1M?范圍內時，在電機停止工作后，可利用其自帶的加熱器或燈泡進行烘潮操作以提升其絕緣性能。在電動機重新投入工作前測量其絕緣電阻，若仍未恢復，則嚴禁工作并應及時進行維修保養(yǎng)。

3）當電動機的絕緣電阻在0.05M?～0.1M?范圍內時，應將電動機進行解體清潔、烘烤、浸漆操作，使其絕緣電阻穩(wěn)定在1M?以上。在緊急情況，將電動機投入使用時，若電動機絕緣性能降低為受潮所致，可采取“點動”方法以提高其絕緣性能。

4）當電動機遭海水浸漬，絕緣電阻嚴重降低時，為了避免更換全部繞組，可將海水浸透的電動機放在溫度為80℃左右的蒸餾水中，浸15h以上，使電動機內的鹽分完全溶解于蒸餾水。然后，采用真空烤爐加熱干燥繞組，并測量繞組的絕緣值，若絕緣情況改善，則電動機可繼續(xù)采用。

1.3船用電纜絕緣性能分析

艦船用電纜由于長期運行在濕熱、高溫、振動、鹽霧和油霧等不良環(huán)境中，其絕緣材料會逐漸老化，進而導致電纜的絕緣性能降低，嚴重時甚至引起火災，危及艦船的航行安全。

1.3.1電纜絕緣電阻測試方法

1）測試設備：經檢定合格的兆歐表。

2）測試電壓選擇：額定電壓為36V～500V的電纜采用500V兆歐表進行測量；額定電壓500V～3300V的電纜，采用1000V的兆歐表測量。

3）將電纜與設備的接線端脫開，令電纜的屏蔽層接地，測量導體和屏蔽層之間的絕緣電阻及芯線與芯線之間的電阻值。

1.3.2檢測依據

電纜芯線與芯線之間、芯線與地（屏蔽層）之間的冷態(tài)絕緣電阻應大于5M?。

1.3.3電纜絕緣檢測數據應用

一般情況下，電纜絕緣數據檢測只適用于船東計劃延長艦船使用周期的改裝工程，目的是為了控制改裝成本及避免更換電纜帶來的牽連工程。而對于其他情況，則應按相關標準和規(guī)范要求對電纜進行定期更換。

1.4電氣接地故障查找方式

電氣接地故障可通過絕緣狀態(tài)和性能進行判斷。當電網斷電或設備未供電前，可根據便攜式兆歐表測量的靜態(tài)絕緣電阻進行判斷；當電網帶電時，根據配電板式兆歐表或交流絕緣監(jiān)測裝置測量得到的動態(tài)電阻進行判斷。動態(tài)電阻能較好地反映環(huán)境、介質損耗、極化以及機械振動等因素對電阻的影響，從而更為真實地反映電網的絕緣狀況。

1.4.1絕緣儀表法查找故障

1）配電盤式絕緣儀表工作原理

配電盤式絕緣儀表電路圖見圖1。當船舶電力系統(tǒng)為理想絕緣狀態(tài)時，電網與船體之間無漏電，儀表指針停在∞標記處。當發(fā)生任意一相接地時，便有電流通過測量電路，電流由整流電源正極到儀表指針正端并通過兆歐表的接地端和電網的接地點構成閉合回路。開關K用于380V和220V網絡測量轉換。配電板式絕緣儀表可指示電網的絕緣電阻數值，可通過附加聲光報警器增強報警的效果。

2)確定故障區(qū)域

在出現(xiàn)接地故障后，首先要確定故障區(qū)域，分析在絕緣儀表發(fā)出報警時，船舶中分別有哪些電氣設備正在運行、哪些設備處于惡劣的工作環(huán)境，并對其采用切斷電源的方法進行查找。若在切斷相應的配電開關后，報警消除，則可確定故障發(fā)生點。

通常以線路中每個開關作為“結點”進行分段排查[3]，排查順序一般為主配電板→區(qū)域配電板→分配電箱→具體用電負荷。對于照明系統(tǒng)，為減少查找的工作量，可使用分割法進行排除，將配電開關后的照明負載分為2路，利用兆歐表分別測量，然后集中排查電阻較低的一路。

1.4.2交流絕緣測量裝置法查找故障

配電盤絕緣測量儀表只能起到監(jiān)視絕緣狀態(tài)的作用，對于具體故障點還需要人工排查。新型交流絕緣測量裝置不僅能監(jiān)測接地故障，還能快速指出故障位置，進而提高了故障排查效率、減輕了艦員的勞動強度。

1)交流絕緣測量裝置的組成

如圖2所示，交流絕緣測量裝置通常包括主機、液晶顯示器、轉換器和傳感器。主機由CPU板、信號源板、繼電器板、電源、電連接器和接線端子等組成。主機內所有電氣信號通過總線通信方式相互聯(lián)系，主機通過機箱上的電連接器及接線端子和外部信號相連。轉換器由CPU板、信號放大板及電源板組成，主要完成380V和220V各支路傳感器的輸出信號采集，并與主機通訊聯(lián)系傳送故障支路號及故障支路阻值。液晶顯示器分別顯示絕緣電阻值、故障支路編號和系統(tǒng)運行狀態(tài)等信息，具備實時記錄和歷史查詢功能，并配置有操作按鈕。傳感器用于感應電網支路的泄漏電流，其輸出信號通過相應的轉換器處理后，向主機提供故障定位信息。

2)接地故障的查找

當三相負載平衡或無相線接地時，三相電流的瞬時值之和恒為零，因此，導線周圍的磁通恒為零。當發(fā)生單相接地時，三相電流的平衡被破壞，從而引起磁場的變化。傳感器采集磁場變化信息，經轉換器進行相應的數據轉化后提供給主機，進而判斷出故障點。

2電氣接地故障的預防措施

2.1加強管理，提高思想意識

船舶電力系統(tǒng)，通常為三相三線絕緣供電系統(tǒng)。當線路中發(fā)生一相接地時，只會引起非接地相的電壓升高，電氣設備仍可正常運行。但若不及時排除，當再有一相接地時，則會引起短路故障、開關跳閘，進而對電網供電的可靠性造成不利影響。因此，機電設備管理人員應加強對接地故障的風險意識，嚴格遵守規(guī)章制度，切實避免接地故障的發(fā)生。

2.2定期測量絕緣電阻并做好記錄

1)根據系統(tǒng)和設備的電壓等級，選用相應的兆歐表。

2)通常情況下，動力網絡絕緣電阻應≥1M?,照明網絡絕緣電阻應≥0.5M?。

3)建立數據庫管理系統(tǒng)，并將數據作為維護保養(yǎng)的基礎。

2.3加強設備的管理

1)保持電氣設備密封的完整性。對于安裝在露天環(huán)境與潮濕處所的電氣設備，應定期觀察密封膠圈的老化程度并及時進行更換。對于帶有填料函的設備，在電纜引入密封后可用熱縮膠管進行密封，這樣可提高密封性能并避免密封膠圈的老化。

2)避免電氣設備長時間過載運行，防止絕緣部分由于過熱而老化。應合理選擇熱繼電器和空氣斷路器并按相關標準對過載數值進行整定。

3)設備接線應符合相關工藝要求，盡量采用冷壓銅頭，避免電纜芯線刺穿絕緣。

4)內裝艙室安裝固定相關設備時應注意電纜分布情況，避免安裝螺釘刺穿電纜絕緣層。

2.4強化技術保障，防微杜漸

1)采用變壓器進行2次隔離

由于影響電氣設備絕緣性能的主要因素是潮濕環(huán)境，因此，對于安裝在廚房和浴室等潮濕處所的電氣設備，采用隔離變壓器進行2次隔離，進而避免由于上述電氣設備絕緣性能的降低對電網其他設備造成影響。

2)采用新型交流電網絕緣監(jiān)測裝置

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，新型交流電網絕緣監(jiān)測裝置不僅能對電網的絕緣性能進行監(jiān)測，還能快速指出接地故障點位置，進而為船員快速排除故障提供了技術保障。

3絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產品

3.1絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀

AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應用在工業(yè)場所IT配電系統(tǒng)中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產品，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。

3.2絕緣故障定位產品

工業(yè)用絕緣故障定位產品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測儀使用，主要包括ASG200測試信號發(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)。

3.3絕緣監(jiān)測耦合儀

絕緣監(jiān)測耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測儀使用，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)。

4技術參數

4.1絕緣監(jiān)測儀技術參數

型號 技術指標	AIM-T300	AIM-T500	AIM-T500L
輔助電源	電壓	AC 85~265V;DC100~300	AC 85~265V;DC100~300
功耗	＜8W	＜8W
被監(jiān)測IT系統(tǒng)	電壓	480V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)	690V以下的交流及交直流混合系統(tǒng)、800V以下直流系統(tǒng)
頻率	40~60Hz	40~60Hz
絕緣監(jiān)測	測量范圍	1kΩ~5MΩ	1kΩ~10MΩ
報警值范圍	10kΩ~5MΩ	10kΩ~10MΩ
相對誤差	1~10k: 10k；10k~5M: ±10%	1~10k: 10k；10k~10M: ±10%
允許系統(tǒng)泄露電容	<150μF	<500μF
響應時間	<6s	<5s
通訊	RS485，Modbus-RTU	RS485，Modbus-RTU	RS485，Modbus-RTU；
內部參數	測量電流	<170μA	<270μA
絕緣故障定位	無	無	有
電磁兼容/電磁輻射	IEC61326-2-4	IEC61326-2-4
額定沖擊電壓/污染等級	8kV/Ⅲ	8kV/Ⅲ
內部直流電阻	≥120kΩ	≥180kΩ
輸出	繼電器輸出	預警、報警	出錯、預警、報警
環(huán)境	工作溫度	-20~+60℃	-15~+55℃
存儲溫度	-20~+70℃	-20~+70℃
相對濕度	5%~95%，不結露	5%~90%，不結露
海拔高度	≤2500m	≤2500m

4.2測試信號發(fā)生器技術參數

輔助電源	電壓	AC 85~265V DC100~300V
功耗	<7W
IT系統(tǒng)	額定電壓	單相交流AC 220V 三相交流 AC 0~690V 直流DC 0~800V
絕緣故障定位	響應時間	<5s
定位電壓	20V/5Hz
定位電流	0~10mA
環(huán)境	電磁兼容/電磁輻射	IEC61326-2-4
工作溫度	-15-+55℃

4.3絕緣故障定位儀技術參數

輔助電源	電壓	AC 85-265V DC100~300V
功耗	<5W
絕緣故障定位	響應時間	<12s
定位電壓	無
定位電流	無
響應靈敏度	>0.5mA
輸出	繼電器輸出	報警Alarm
環(huán)境	電磁兼容/電磁輻射	IEC61326-2-4
工作溫度	-15-+55℃

4.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術參數

型號	額定電流	變比	等級	過載倍數
L-45	16-100A	5A：5mA	1	10
L-80	100-250A
L-100	250-400A
L-150	400-800A
L-200	800-1500A

4.5絕緣監(jiān)測耦合儀技術參數

產品型號	ACPD100	ACPD200
適用系統(tǒng)	單相交、直流不接地系統(tǒng)	三相交流、直流不接地系統(tǒng)
電壓等級	交流0~1150V，直流0~1760V	交流0~1650V，帶直流元件0~1300V
直流阻抗	≥160kΩ	AK1≥225kΩ
工作溫度	-10~+55℃
存儲溫度	-20~+70℃
防護等級	IP30

5結論

船舶電氣接地故障對電網的安全可靠運行極其重要，為了避免接地故障的發(fā)生，應從提高安全意識入手，加強對電氣系統(tǒng)絕緣電阻的測量和監(jiān)視。及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，并采取科學合理的方法迅速排除，確保船舶和人員的安全。

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審核編輯 黃宇