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用

陳 鑫 吳占友 杜銀昌

（海洋石油工程股份有限公司設計公司，天津300451）

0 引言

海上石油平臺低壓電網(wǎng)系統(tǒng)屬于獨立電網(wǎng)系統(tǒng)，為了保證平臺生產(chǎn)，平臺的低壓用系統(tǒng)不能因某一路負載的絕緣故障而關(guān)停，因此平臺400 V低壓電力系統(tǒng)采用中性點絕緣系統(tǒng)。中性點絕緣系統(tǒng)的特點是當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，各相間的電壓大小和相位保持不變，三相系統(tǒng)的平衡沒有遭到破壞，故在短時間內(nèi)可以繼續(xù)運行。但是若長時間帶故障運行，會造成相間短路，或者單相弧光接地時，使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振而引起過電壓，給平臺生產(chǎn)造成很大壓力。

渤海某石油平臺原有的絕緣監(jiān)測設備只能監(jiān)測整段母線的絕緣水平，不能監(jiān)測出具體是哪一路負載存在絕緣故障。因此，需要增加一套在線絕緣監(jiān)測與定位系統(tǒng)，實現(xiàn)絕緣故障回路的精確定位。本文以渤海某海上平臺為例，就此問題進行探討分析。

1 平臺電站低壓系統(tǒng)分析及絕緣監(jiān)測定位系統(tǒng)意義

1.1 中性點不接地系統(tǒng)分析

在中性點不接地系統(tǒng)中，由絕緣故障RF引起的對地漏電流IF只能通過系統(tǒng)對地泄漏電容構(gòu)成回路，如圖1所示。（1）熔斷器或空開不動作；（2）系統(tǒng)發(fā)生單點對地故障時，系統(tǒng)電力供應不會中斷；（3）系統(tǒng)或負載回路不會分斷；（4）絕緣監(jiān)視設備顯示絕阻值下降或輸出報警信號。

圖1 負載電流向量分解圖

1.2 現(xiàn)有絕緣監(jiān)視儀表存在的問題

在海上平臺低壓400 V系統(tǒng)中，只在每段母排上設置絕緣檢測儀，但現(xiàn)有的絕緣監(jiān)視儀表存在以下問題：

（1）只能顯示整段母線的絕緣阻值，不能反映出哪一回路，當前A段負載有116路；

（2）只能監(jiān)視工頻交流供電系統(tǒng)，不能監(jiān)視頻率變化的交流供電系統(tǒng)；

（3）只能測量純交流供電側(cè)的絕緣失效，不能對含有直流成分的供電側(cè)進行測量；

（4）不能自適應系統(tǒng)分布電容（漏電容）的變化，這樣會導致絕緣監(jiān)視儀表失效或給出錯誤的絕緣阻值。

1.3 絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)的意義

IT系統(tǒng)中當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生單個對地絕緣故障時，系統(tǒng)允許帶故障運行，當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生第二個故障且故障在不同相時，系統(tǒng)對地構(gòu)成相間短路，導致線路熔斷器或空開動作，線路供電中斷，因此，在發(fā)生第一次絕緣故障時，絕緣檢測儀應立即發(fā)出報警信號，并找出故障回路，在第二個故障到來之前排除第一個故障，為及時排除故障贏得時間。

2 絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)的實施方案及效果

2.1 絕緣故障精確定位系統(tǒng)原理

因IT系統(tǒng)中的對地漏電電流為固定值且很微小，約為系統(tǒng)電容電流，因此，普通電流測量儀器不能測出具體哪個負載出現(xiàn)絕緣故障。本平臺使用絕緣監(jiān)視儀IRDH575，該設備是在普通絕緣監(jiān)視儀的基礎上引入PGH絕緣故障檢測等裝置，來完成故障定位，具體原理如圖2所示。

圖2 采用絕緣監(jiān)測定位系統(tǒng)圖

圖中絕緣監(jiān)視儀IRDH575連接在系統(tǒng)和大地之間，不間斷測量系統(tǒng)內(nèi)的相線和地之間的電阻值。當阻值降低至預先設定的報警值后，絕緣監(jiān)視儀報警，觸發(fā)PGH絕緣故障測試裝置，對地閉合測試開關(guān)，改變對地故障電流，以此來發(fā)送測試電流信號。

該測試電流信號經(jīng)過絕緣故障點、大地、PGH和安裝在各回路中的測量電流互感器構(gòu)成回路。該測試電流數(shù)值的大小因系統(tǒng)額定電壓和絕緣故障阻值的大小而異，但根據(jù)不同的系統(tǒng)，可限制在1/2.5/10/25/50 mA以內(nèi)，以保護單相故障時各系統(tǒng)的安全性，發(fā)生絕緣故障的回路上的測量電流互感器檢測到該測試電流信號，輸出報警信號，鎖定絕緣故障回路，實現(xiàn)絕緣故障回路的精確定位。

2.2 設備組成

主要應用的設備包括1臺絕緣監(jiān)視儀IRDH575、負載回路數(shù)量等同的絕緣故障評估儀EDS460和測量CT、1臺RTU網(wǎng)關(guān)。

2.3 絕緣故障精確定位系統(tǒng)方案實施及效果

2.3.1 方案實施步驟

第一步，安裝絕緣監(jiān)視儀IRDH575在平臺ACB開關(guān)柜的面板上。

第二步，安裝絕緣故障評估儀EDS460在每屏負載柜端子排上，每臺絕緣故障評估儀能監(jiān)測12個回路左右，滿足每屏負載柜的回路數(shù)。

第三步，安裝毫安級開合式零序電流互感器在每個負載回路上，測量CT為開合式，無需斷電安裝，直接套在開關(guān)出線電纜上。

最后，連接各評估儀和監(jiān)視儀等設備之間的通信電纜，方案示意圖如圖3所示。

圖3 實施方案示意圖

2.3.2 系統(tǒng)原理圖

方案實施后低壓400 V系統(tǒng)及絕緣監(jiān)測定位系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)原理圖

2.3.3 效果展示

方案實施后，現(xiàn)場400 V系統(tǒng)A段負載中有一個回路絕緣為零，利用此回路來驗證本系統(tǒng)是否能夠精確定位。

步驟1：將絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)上電投入使用，此時系統(tǒng)絕緣阻值為371 kΩ，絕緣正常，IRDH575無報警。

步驟2：將已知的故障回路投入后，絕緣監(jiān)視儀顯示絕緣阻值＜1 kΩ，低于設定報警值30 kΩ，報警指示燈亮，并發(fā)出測試電流啟動定位。

步驟3：經(jīng)過5 s左右的時間查找，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，故障顯示信息（ADR：12 K10 014 mA），通過查找盤柜對應表，故障回路為LA11盤柜第8個回路，與現(xiàn)場完全一致，如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場測試儀顯示圖

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)視儀只能監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣阻值，不能具體定位到故障回路，且隨著系統(tǒng)擴容等現(xiàn)場條件的影響，系統(tǒng)分布電容會發(fā)生變化，從而導致傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)視儀測量不準確甚至失效。

絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)，從測試的結(jié)果來看，在線絕緣監(jiān)視儀監(jiān)測系統(tǒng)測量阻值非常準確，在監(jiān)測到系統(tǒng)絕緣故障后，能夠在數(shù)秒內(nèi)準確地定位出故障回路，不再需要平臺電氣專業(yè)人員將現(xiàn)場低壓負載回路逐個斷電，進行故障排查，無論從功能、安全還是時效來看，都遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測手段。

絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)特有的AMP測量法，可自適應系統(tǒng)分布電容變化，更加精確地測量三相與地之間的絕緣阻值，且能快速定位到故障點，能適應包括IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測、UPS等供電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測、油井電泵絕緣監(jiān)測等系統(tǒng)，為海上平臺絕緣故障提供更高效的保護方案。