帶故障定位絕緣監測裝置在海洋石油平臺低壓系統的應用

田志強 李長偉

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

0 引言

海洋石油平臺電力系統為孤島系統，常為單一電源，一旦發生故障斷電，不僅會導致平臺停產，造成經濟效益損失，嚴重故障時還可能發生觸電事故，甚至引起火災，危及平臺的安全，所以油氣處理用電設備較多的低壓系統一般采用IT系統。IT系統發生單相接地故障時故障電流很小，不足以激勵保護裝置動作，使故障設備自動跳閘，因此可以維持設備的運行狀態不中斷，供電連續性較好。但若故障不能及時排除，故障電流和過電壓可導致相間短路，造成斷電停產并增大發生火災和人身觸電事故的風險。長期以來IT系統發生單相接地故障時只能靠人工逐一斷開數百個負載回路來排查，不僅耗時費力，還會破壞設備供電的連續性，另外頻繁開斷斷路器也可能會引起操作過電壓。因此有必要安裝帶故障定位的絕緣監測裝置，在發生接地故障時立即報警并定位故障點，從而及時排除故障，保證平臺的正常生產和人員安全。

1 IT系統優缺點分析

IT系統示意圖如圖1所示，即電源變壓器二次側中性點不接地，用電設備外殼接地。海洋石油平臺低壓配電系統一般不引出N線，也無PE線，用電設備外殼直接經平臺鋼結構接地。

圖1 IT系統示意圖

1.1 主要優點

系統發生單相絕緣故障時，故障電流為系統對地電容泄漏電流，數值很小，不會引起繼電保護裝置動作，保證了供電連續性；故障時線電壓保持不變，也就不會影響三相用電設備的正常運行；另外，較小的故障電流形成的接觸電壓很低，不會對人體造成傷害，以230 V系統中的某兩相為例，如圖2所示。

圖2 230 V系統絕緣故障示意圖

1.2 主要缺點

系統發生單相絕緣故障時，雖然故障電流數值較小，但若該電流長時間侵襲電纜和設備的絕緣，可能引起故障點絕緣燃燒，導致相與相之間的故障；單相絕緣故障時非故障相的對地電壓會由相電壓升高為線電壓，長時間不排除故障可使非故障相也出現新的故障，形成兩相接地短路；當配電線路過長時，線路分布電容較大，IT系統將等效于TT系統，若發生絕緣故障，故障電流會顯著變大，產生危險的接觸電壓，導致人身觸電事故的發生，以230 V系統某兩相為例，如圖3所示。

圖3 長線路IT系統絕緣故障示意圖

2 絕緣監測裝置原理

絕緣監測即監測系統的絕緣阻抗，基于歐姆定律，一般采用低頻電流注入法，系統由后臺監視器、絕緣監測主機、故障定位裝置和傳感器即電流互感器組成，如圖4所示。

圖4 絕緣監測裝置原理與系統組成

絕緣監測主機向低壓系統注入低頻交流信號，主機內含有對工頻電流極高而對低頻電流極低的阻抗。當系統沒有發生絕緣故障時，該主機可測量系統和每個回路的對地絕緣電阻和泄漏電容，通過設置絕緣阻抗預設值可實現對絕緣故障的預防；當系統發生絕緣故障時，低頻電流信號通過故障點經大地回到絕緣監測主機，主機通過計算分析后發出故障報警，故障定位裝置通過電流互感器定位故障回路。

3 平臺低壓系統配置方式

海洋石油平臺低壓系統包括400 V系統和230 V系統。400 V系統電源側一般為兩臺變壓器供電，雙母線帶常開母聯，正常工況下分列運行，應急工況下由應急柴油發電機供電，主要為油氣處理用電設備供電，回路可達數百個。230 V系統電源側為單臺變壓器供電，主要為照明小功率和電伴熱系統供電，每個230 V照明或伴熱系統回路數一般為一百個左右。

400 V系統絕緣監測裝置可按圖5配置，每個電源進線處配備一臺絕緣監測主機，以便滿足不同工況下的絕緣監測。需要注意的是，在正常工況和黑啟動等工況下，當一個系統內有兩臺及以上絕緣監測主機時，須保證只能有一臺主機向系統注入低頻電流，否則會導致絕緣監測結果不準確。因此，有必要把電源進線開關和母聯開關的狀態接入各監測主機并設置聯鎖。

圖5 平臺400 V系統絕緣監測裝置配置方式

考慮到400 V系統負載回路較多，若為每個回路都安裝絕緣故障定位裝置，投資較大，可選擇只為工藝流程或安全所需的重要回路安裝故障定位裝置，其他回路可在故障報警后使用便攜故障定位器人工定位，而無需斷開每個回路。

230 V系統與單個400 V系統類似，可采用相同的配置方式。

4 結語

為海上石油平臺低壓IT系統配置絕緣監測裝置后，不僅可在線監測系統的絕緣電阻和泄漏電容，還可對部分重要回路的絕緣阻抗進行監測，預防絕緣故障的發生。發生絕緣故障后，絕緣監測裝置能發出報警并自動或人工定位故障回路，可及時切除故障回路，杜絕二次故障的發生，保證供電連續性，提高系統安全性。