宋兵兵
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801；
摘要：海洋石油開采平臺位于大海之上，因受海上潮濕氣候影響，海上電氣設(shè)備絕緣性能會降低，為在低壓母排發(fā)生絕緣度低或單相接地故障時(shí)能鎖定故障點(diǎn)，需要增加一套在線絕緣監(jiān)測與定位系統(tǒng)，定位到故障點(diǎn)，從而精確地定位盤柜上絕緣低的設(shè)備，便于及時(shí)檢修，避免安全隱患，確保設(shè)備正常使用，保證油田的安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：絕緣在線監(jiān)測，接地故障，倒停
0引言
目前海上某平臺400,V低壓配電盤原有在線絕緣監(jiān)測設(shè)備只對整個(gè)母線系統(tǒng)絕緣進(jìn)行監(jiān)測，并不能反映出到底是哪一路負(fù)載出現(xiàn)的絕緣故障。由于平臺大部分重要電氣設(shè)備受運(yùn)行環(huán)境工況的影響，倒停非常困難，這也為平臺電氣人員對接地故障查找?guī)砹朔浅４蟮睦щy，有時(shí)甚至使低壓盤母線長期處于單相接地故障下運(yùn)行，給低壓母線電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來非常大的安全隱患。此外，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行變化及擴(kuò)容等，系統(tǒng)漏電容會發(fā)生變化，現(xiàn)有的絕緣監(jiān)測儀不能自適應(yīng)系統(tǒng)分布電容(漏電容)的變化。這樣會導(dǎo)致絕緣監(jiān)視儀表失效或給出錯(cuò)誤的絕緣阻值。
為了提升低壓母排電力系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測水平，當(dāng)?shù)蛪耗概虐l(fā)生單相接地故障時(shí)能鎖定故障點(diǎn)并方便現(xiàn)場電氣人員及時(shí)對接地故障進(jìn)行排查、解決，需要增加一套在線絕緣監(jiān)測與定位系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)某個(gè)負(fù)載發(fā)生接地故障時(shí)，能定位到故障點(diǎn)，為故障排除節(jié)省時(shí)間，無需對所有設(shè)備進(jìn)行倒停、排查。
平臺400,V低壓盤分為A/B兩段運(yùn)行，各有一臺35/0.4,kV變壓器單獨(dú)供電。兩段母線開關(guān)編號分別為ACB1、ACB2，母聯(lián)開關(guān)編號為ACB3，A端共有14面低壓配電盤柜，依次為LA1-LA14，共計(jì)133個(gè)抽屜柜，分別對應(yīng)133個(gè)低壓電氣設(shè)備。
兩段母線各采用一臺SJY-1交流電網(wǎng)絕緣檢測儀進(jìn)行總的母線絕緣監(jiān)測，廠家為青島北洋電氣廠。目前，400低壓配電盤A段絕緣表顯示絕緣為0，B端絕緣正常。因此此次改造主要針對400,V正常低壓配電盤A端進(jìn)行施工。
1改造目的
此次改造的目的，就是要實(shí)現(xiàn)對400,V低壓配電盤所有電氣設(shè)備進(jìn)行絕緣監(jiān)測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)各設(shè)備絕緣情況，并對出現(xiàn)絕緣故障的電氣設(shè)備進(jìn)行在線定位，便于對故障進(jìn)行查找及解決。
絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)主要采集各電氣設(shè)備的零序電流情況，需要安裝零序電流互感器，確認(rèn)如何將零序電流互感器安裝到現(xiàn)場設(shè)備之中，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定接入的方法。因?yàn)橛行╇姎庠O(shè)備不具備倒停的條件，所以無法斷電進(jìn)行安裝，只能在線進(jìn)行安裝，那么是選用開口式電流互感器進(jìn)行安裝。
2絕緣在線監(jiān)測設(shè)計(jì)原理
當(dāng)前絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝于母線上，因此只是對母線整體絕緣情況進(jìn)行監(jiān)測；由于安裝位置、絕緣表功能不同，導(dǎo)致無法在線監(jiān)測單個(gè)電氣設(shè)備絕緣情況，無法對絕緣故障情況進(jìn)行定位，造成了不便于絕緣故障檢查的情況。而新增加的絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)主要工作原理為，絕緣監(jiān)視儀IRDH575連接在系統(tǒng)和地之間，連續(xù)不間斷地測量并顯示不接地系統(tǒng)(IT系統(tǒng))內(nèi)的相線和地之間的絕緣阻值。當(dāng)系統(tǒng)對地的絕緣阻值降至預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，絕緣監(jiān)視儀輸出報(bào)警信號。絕緣監(jiān)視儀報(bào)警以后，觸發(fā)其內(nèi)部的PGH絕緣故障測試電流發(fā)生裝置對地閉合并發(fā)送測試電流信號。該測試電流信號經(jīng)過絕緣故障點(diǎn)、大地、PGH絕緣故障測試電流發(fā)生裝置，構(gòu)成一個(gè)完整的回路，安裝在發(fā)生絕緣故障回路中的測量電流互感器監(jiān)測到該電流信號后，反饋給絕緣故障定位儀EDS460，從而定位到該回路。絕緣監(jiān)視儀IRDH575與絕緣定位儀EDS460之間采用RS485通訊，EDS460定位到故障回路后，傳輸給IRDH575，在面板顯示屏上顯示故障回路等信息。
2.1絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)建立
絕緣監(jiān)視儀IRDH575連接在系統(tǒng)和地之間，連續(xù)不間斷地測量并顯示不接地系統(tǒng)(IT系統(tǒng))內(nèi)的相線和地之間的絕緣阻值。當(dāng)系統(tǒng)對地的絕緣阻值降至預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，絕緣監(jiān)視儀輸出報(bào)警信號。絕緣監(jiān)視儀報(bào)警以后，觸發(fā)其內(nèi)部的PGH絕緣故障測試電流發(fā)生裝置對地閉合并發(fā)送測試電流信號。該測試電流信號經(jīng)過絕緣故障點(diǎn)、大地、PGH絕緣故障測試電流發(fā)生裝置，構(gòu)成一個(gè)完整的回路，安裝在發(fā)生絕緣故障回路中的測量電流互感器監(jiān)測到該電流信號后，反饋給絕緣故障定位儀EDS460，從而定位到該回路。絕緣監(jiān)視儀IRDH575與絕緣定位儀EDS460之間采用RS485通訊，EDS460定位到故障回路后，傳輸給IRDH575，在面板顯示屏上顯示故障回路等信息(見圖1、2)。
2.2絕緣監(jiān)測儀IRDH575安裝
主要作用：測量系統(tǒng)絕緣阻值，當(dāng)絕緣低于設(shè)定值時(shí)，向系統(tǒng)發(fā)送測試電流。安裝于ACB1開關(guān)盤柜面板，開孔安裝，電源及通訊等電纜通過盤柜底部引入，安裝圖如圖3所示。
2.3絕緣故障定位儀EDS460安裝
主要作用：每臺定位儀采集12回路的零序互感器檢測電流，將定位到的信息傳輸給絕緣監(jiān)測儀IRDH575。
安裝于低壓盤柜后，導(dǎo)軌安裝，共安裝10臺，電源及通訊等電纜通過盤柜底部引入，安裝圖如圖4所示。
2.4零序電流互感器安裝
主要作用：檢測絕緣監(jiān)測儀IRDH575發(fā)出的測試電流，傳送給絕緣定位儀EDS460，用于定位。串入于每面低壓盤柜的每個(gè)回路三相電纜中，采用扎帶固定在電纜上，共安裝109個(gè)回路，二次端引入絕緣故障定位儀，安裝圖如圖5所示。
2.5通訊網(wǎng)關(guān)安裝
在LA-13盤柜中安裝一臺COM460網(wǎng)關(guān)，將絕緣監(jiān)測系統(tǒng)通過485通訊轉(zhuǎn)成以太網(wǎng)輸出至EMS系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在EMS或DMS系統(tǒng)上監(jiān)測并記錄系統(tǒng)絕緣及報(bào)警情況，安裝如圖6所示。
3調(diào)試和整改
利用低壓盤A段負(fù)載中一已知絕緣為零回路進(jìn)行測試本系統(tǒng)是否能夠精確定位。安裝調(diào)試完成后，通過在線監(jiān)測各電氣設(shè)備絕緣數(shù)據(jù)，與原來絕緣監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。設(shè)定絕緣在線監(jiān)測報(bào)警定值，觀察絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)工作的可靠性。
4改造效果
4.1將絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)上電投入使用
400,V系統(tǒng)A段絕緣阻值為371,kΩ，系統(tǒng)絕緣偏低，但尚在正常范圍內(nèi)，絕緣監(jiān)測儀IRDH575設(shè)置報(bào)警值為30,kΩ，此時(shí)絕緣監(jiān)測儀無報(bào)警(見圖7)。
4.2將已知的故障回路上電
故障回路投入后，絕緣監(jiān)測儀顯示絕緣阻值＜1,kΩ，低于設(shè)定報(bào)警值30,kΩ，報(bào)警指示燈亮，啟動定位并發(fā)出測試電流(見圖8)。
4.3定位成功
定位功能啟動后，經(jīng)過短時(shí)間的查找，成功定位到故障回路，定位成功指示燈亮起，并在液晶顯示屏上顯示定位信息，如圖9所示定位到的故障回路所接的通道為ADR：12,K10。
4.4定位信息與盤柜回路匹配
通過從絕緣監(jiān)測儀上讀取到定位信息，再根據(jù)盤柜回路與絕緣監(jiān)測儀EDS460的通道對應(yīng)表(現(xiàn)場安裝時(shí)統(tǒng)計(jì)制作)，可快速查出ADR：12,K10通道對應(yīng)的負(fù)載回路為LA11-8，即LA11盤柜的第8個(gè)回路定位的結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際相符合(見表1)。
4.5絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)改造經(jīng)濟(jì)效益
對設(shè)備的全生命周期進(jìn)行絕緣在線監(jiān)測。
①通過絕緣在線監(jiān)測與定位系統(tǒng)的應(yīng)用，可以迅速查找到發(fā)生絕緣故障的電氣設(shè)備，提高了人員查找故障的工作效率，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測設(shè)備的絕緣情況，及早對絕緣低下的電氣設(shè)備進(jìn)行檢修，避免設(shè)備故障擴(kuò)大化。
②通過絕緣在線監(jiān)測和定位系統(tǒng)的應(yīng)用，可以及時(shí)將發(fā)生絕緣故障的電氣設(shè)備退出電網(wǎng)運(yùn)行，避免電網(wǎng)長期處于單相接地故障模式運(yùn)行，能夠大大降低400,V低壓母排發(fā)生兩相接地故障的風(fēng)險(xiǎn)。
5絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品
5.1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。
5.2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)。
5.3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)。
6技術(shù)參數(shù)
6.1絕緣監(jiān)測儀技術(shù)參數(shù)
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型號 技術(shù)指標(biāo) |
AIM-T300 |
AIM-T500 |
AIM-T500L |
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輔助電源 |
電壓 |
AC 85~265V;DC100~300 |
AC 85~265V;DC100~300 |
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|
功耗 |
＜8W |
＜8W |
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|
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) |
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頻率 |
40~60Hz |
40~60Hz |
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絕緣監(jiān)測 |
測量范圍 |
1kΩ~5MΩ |
1kΩ~10MΩ |
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報(bào)警值范圍 |
10kΩ~5MΩ |
10kΩ~10MΩ |
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相對誤差 |
1~10k: 10k；10k~5M: ±10% |
1~10k: 10k；10k~10M: ±10% |
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允許系統(tǒng)泄露電容 |
<150μF |
<500μF |
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響應(yīng)時(shí)間 |
<6s |
<5s |
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通訊 |
RS485，Modbus-RTU |
RS485，Modbus-RTU |
RS485，Modbus-RTU； |
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內(nèi)部參數(shù) |
測量電流 |
<170μA |
<270μA |
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絕緣故障定位 |
無 |
無 |
有 |
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電磁兼容/電磁輻射 |
IEC61326-2-4 |
IEC61326-2-4 |
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額定沖擊電壓/污染等級 |
8kV/Ⅲ |
8kV/Ⅲ |
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|
內(nèi)部直流電阻 |
≥120kΩ |
≥180kΩ |
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輸出 |
繼電器輸出 |
預(yù)警、報(bào)警 |
出錯(cuò)、預(yù)警、報(bào)警 |
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環(huán)境 |
工作溫度 |
-20~+60℃ |
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存儲溫度 |
-20~+70℃ |
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相對濕度 |
5%~95%，不結(jié)露 |
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海拔高度 |
≤2500m |
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6.2測試信號發(fā)生器技術(shù)參數(shù)
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輔助電源 |
電壓 |
AC 85~265V DC100~300V |
|
功耗 |
<7W |
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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 |
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絕緣故障定位 |
響應(yīng)時(shí)間 |
<5s |
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定位電壓 |
20V/5Hz |
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定位電流 |
0~10mA |
|
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環(huán)境 |
電磁兼容/電磁輻射 |
IEC61326-2-4 |
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工作溫度 |
-15-+55℃ |
6.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)
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輔助電源 |
電壓 |
AC 85-265V DC100~300V |
|
功耗 |
<5W |
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絕緣故障定位 |
響應(yīng)時(shí)間 |
<12s |
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定位電壓 |
無 |
|
|
定位電流 |
無 |
|
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響應(yīng)靈敏度 |
>0.5mA |
|
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輸出 |
繼電器輸出 |
報(bào)警Alarm |
|
環(huán)境 |
電磁兼容/電磁輻射 |
IEC61326-2-4 |
|
工作溫度 |
-15-+55℃ |
6.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)
|
型號 |
額定電流 |
變比 |
等級 |
過載倍數(shù) |
|
L-45 |
16-100A |
5A：5mA |
1 |
10 |
|
L-80 |
100-250A |
|||
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L-100 |
250-400A |
|||
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L-150 |
400-800A |
|||
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L-200 |
800-1500A |
6.5絕緣監(jiān)測耦合儀技術(shù)參數(shù)
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產(chǎn)品型號 |
ACPD100 |
ACPD200 |
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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 |
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工作溫度 |
-10~+55℃ |
|
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存儲溫度 |
-20~+70℃ |
|
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防護(hù)等級 |
IP30 |
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7結(jié)語
目前海上平臺400,V低壓配電盤原有在線絕緣監(jiān)測設(shè)備，只能實(shí)現(xiàn)單相絕緣阻值監(jiān)測，無法達(dá)到當(dāng)?shù)蛪涸O(shè)備發(fā)生單相接地故障時(shí)鎖定故障點(diǎn)并方便現(xiàn)場電氣人員及時(shí)對接地故障進(jìn)行排查、解決的效果。本套絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)不僅能更加精確地測量三相與地之間的絕緣阻值，快速定位到故障點(diǎn)，無需對所有設(shè)備進(jìn)行倒停排查，為故障排除節(jié)省時(shí)間，而且能通過DMS系統(tǒng)對絕緣進(jìn)行監(jiān)測和定位，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)絕緣故障情況的在線查看。
參考文獻(xiàn)
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[2]宗孔德.數(shù)字信號處理及其應(yīng)用[M].1版.北京：出版社
［3］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6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）2020.01版
作者簡介：
宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護(hù)及絕緣監(jiān)測系統(tǒng)， QQ：3007723194 手機(jī)：13482141563（微信同號）