淺談在線絕緣監(jiān)測系統(tǒng)在海洋石油平臺低壓配電中的應(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)，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求較高。海上平臺多數(shù)動設(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)，極大影響平臺的安全生產(chǎn)。目前絕緣監(jiān)測多采用對低壓盤柜整體監(jiān)測，且出現(xiàn)絕緣低故障報(bào)警時，只能在斷電狀態(tài)下逐一排查盤柜所有設(shè)備絕緣情況，此種方式無法實(shí)現(xiàn)單臺設(shè)備實(shí)時在線監(jiān)測，無法滿足目前海洋石油平臺無人化和智能化的發(fā)展需要。本文所介紹的在線絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，已在多個海洋石油平臺應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測設(shè)備絕緣狀況，及時發(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；絕緣監(jiān)測；故障定位；智能化

1概述

海洋石油平臺多數(shù)采用自備電站供電，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定對平臺的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。目前海洋石油平臺多數(shù)采用35KV以下的電力系統(tǒng)，根據(jù)平臺電力系統(tǒng)電壓等級的不同，配電系統(tǒng)采用不同的接地方式，參考目前海洋石油平臺設(shè)計(jì)使用現(xiàn)狀，對電壓等級在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)(中壓母排通過帶接地變壓器的接地電阻柜接地)，對于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)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60364區(qū)分了三類不同的接地系統(tǒng)，使用兩個字母代號表示，TN、TT和IT。第一個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)通過阻抗接地。第二個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，漏電電流很小，安全性高；

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

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

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

3AMP自適應(yīng)脈沖測量法

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

AMP測量法(即自適應(yīng)脈沖測量法)可在具有較高對地泄漏電容的系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用，其原理是采用疊加自適應(yīng)脈沖信號，消除系統(tǒng)中存在的分布電容。相對于IT供電系統(tǒng)注入的信號是一個外部干擾信號，如果這個信號很強(qiáng)則可能會觸發(fā)設(shè)備誤動作。因此，向系統(tǒng)中注入的脈沖信號要盡可能小，還要達(dá)到準(zhǔn)確測量的目的。而由于系統(tǒng)分布電容的存在，注入脈沖信號盡可能小的同時，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)測儀是德國Bender公司生產(chǎn)，采用AMP測量法，通過疊加自適應(yīng)的脈沖電壓信號對故障回路進(jìn)行探測，連續(xù)不間斷地測量相對地的絕緣阻值RF，當(dāng)系統(tǒng)對地的絕緣阻值降至預(yù)先設(shè)定的響應(yīng)值時，輸出報(bào)警信號，故障定位到具體支路，顯示電力系統(tǒng)最低絕緣阻值。同時，ISO685還能監(jiān)測支路互感器連接與否，若互感器損壞或者斷線時，發(fā)出互感器故障報(bào)警。使用自適應(yīng)脈沖信號對絕緣故障支路進(jìn)行定位，對電力系統(tǒng)沒有任何干擾，運(yùn)行穩(wěn)定。

4在線絕緣監(jiān)測系統(tǒng)組成

1)絕緣監(jiān)測儀

絕緣監(jiān)測儀是在線絕緣監(jiān)測系統(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線之間才能得到測量值。在運(yùn)行期間，絕緣監(jiān)視儀不間斷地監(jiān)視整個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)值時觸發(fā)報(bào)警。

絕緣監(jiān)測儀還可與EDS結(jié)合使用用以準(zhǔn)確定位絕緣故障。當(dāng)監(jiān)測到的絕緣值下降到設(shè)置的響應(yīng)值Ran2(LEDALARM2)之后，會產(chǎn)生一個周期性定位電流。絕緣故障是通過EDS和連接的測量電流互感器進(jìn)行選擇性地定位，定位電流通過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，經(jīng)過絕緣故障點(diǎn)和PE線返回到絕緣監(jiān)測儀，這個定位電流脈沖通過在絕緣故障路徑上的測量電流互感器檢測以及通過連接的EDS發(fā)出信號。

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))。通過故障定位電流發(fā)射器，來監(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)測儀配套使用，當(dāng)絕緣監(jiān)測儀監(jiān)測到系統(tǒng)中有接地故障時，便發(fā)射故障定位脈沖信號，定位到支路絕緣故障點(diǎn)后，通過定位模塊反饋到絕緣監(jiān)測儀。

3)通訊網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)COM465IP的作用是轉(zhuǎn)換ISO685絕緣監(jiān)測儀通訊協(xié)議，使其能夠通過以太網(wǎng)與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該在線絕緣監(jiān)測系統(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：目的是通過以太網(wǎng)和本德爾設(shè)備進(jìn)行通信。通過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。每個設(shè)備需要單獨(dú)的設(shè)備地址。

◆ModbusTCP：國際上應(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)測儀參數(shù)和其它相關(guān)設(shè)備的參數(shù)，可以通過網(wǎng)頁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)格型號的電流互感器，監(jiān)測絕緣監(jiān)測儀發(fā)送的定位電流信號，并傳輸至絕緣故障定位儀。電流互感器選用開環(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個信號采集單元上，此采集單元安裝在本盤柜后門處，通過導(dǎo)軌固定即可，每個采集單元需用RS485通訊線連接，現(xiàn)場可通過盤柜間穿線孔進(jìn)行通訊線敷設(shè)；

◆絕緣監(jiān)視CT電流互感器為開口式結(jié)構(gòu)，如下圖所示，安裝方式為直接套在每個支路出線處，如下圖所示，互感器可使用扎帶固定在柜體側(cè)面。每個互感器信號線沿盤柜側(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)測系統(tǒng)正常保障低壓盤絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性及有效性，需對系統(tǒng)各個模塊進(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)測儀通訊協(xié)議，使其能夠通過以太網(wǎng)與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過出廠時設(shè)備內(nèi)置的IP地址，進(jìn)入網(wǎng)頁界面，設(shè)置設(shè)備的IP地址為平臺局域網(wǎng)內(nèi)的IP地址，通過新的IP地址登錄網(wǎng)頁，查看通訊是否正常。

②絕緣監(jiān)測儀主機(jī)ISO685調(diào)試

通過模擬測試出現(xiàn)接地故障、互感器斷線時，絕緣監(jiān)測儀ISO685報(bào)警反饋情況。

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

◆上電檢查：上電前用萬用表檢測電源電壓，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)置時間是否與網(wǎng)絡(luò)時間相同，并進(jìn)行校準(zhǔn)設(shè)置，檢查監(jiān)測到定位模塊與實(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，絕緣監(jiān)測儀報(bào)警與實(shí)際是否相符。

③EDS440絕緣故障定位模塊調(diào)試

調(diào)試目的為測試EDS440定位模塊反饋定位信號是否正常，及其定位的可靠性以及準(zhǔn)確性，通過模擬EDS定位模塊絕緣故障報(bào)警，觀察絕緣監(jiān)測儀及上位機(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)測的回路出現(xiàn)絕緣故障，通過絕緣監(jiān)測儀和上位機(jī)查看故障定位信號

6絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

6.1絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)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(yīng)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(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)。

6.3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)。

7技術(shù)參數(shù)

7.1絕緣監(jiān)測儀技術(shù)參數(shù)

7.2測試信號發(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，清華大學(xué)出版社

[2]郭明荃，低壓絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)在海上石油平臺的研究與應(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.2022.08版

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

審核編輯 黃宇