低压绝缘监测及定位系统在海上石油平台的研究与应用
2018-11-20吴占友杜银昌
陈 鑫 吴占友 杜银昌
（海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津300451）
0 引言
海上石油平台低压电网系统属于独立电网系统，为了保证平台生产，平台的低压用系统不能因某一路负载的绝缘故障而关停，因此平台400 V低压电力系统采用中性点绝缘系统。中性点绝缘系统的特点是当系统发生单相接地时，各相间的电压大小和相位保持不变，三相系统的平衡没有遭到破坏，故在短时间内可以继续运行。但是若长时间带故障运行，会造成相间短路，或者单相弧光接地时，使系统产生谐振而引起过电压，给平台生产造成很大压力。
渤海某石油平台原有的绝缘监测设备只能监测整段母线的绝缘水平，不能监测出具体是哪一路负载存在绝缘故障。因此，需要增加一套在线绝缘监测与定位系统，实现绝缘故障回路的精确定位。本文以渤海某海上平台为例，就此问题进行探讨分析。
1 平台电站低压系统分析及绝缘监测定位系统意义
1.1 中性点不接地系统分析
在中性点不接地系统中，由绝缘故障RF引起的对地漏电流IF只能通过系统对地泄漏电容构成回路，如图1所示。（1）熔断器或空开不动作；（2）系统发生单点对地故障时，系统电力供应不会中断；（3）系统或负载回路不会分断；（4）绝缘监视设备显示绝阻值下降或输出报警信号。
图1 负载电流向量分解图
1.2 现有绝缘监视仪表存在的问题
在海上平台低压400 V系统中，只在每段母排上设置绝缘检测仪，但现有的绝缘监视仪表存在以下问题：
（1）只能显示整段母线的绝缘阻值，不能反映出哪一回路，当前A段负载有116路；
（2）只能监视工频交流供电系统，不能监视频率变化的交流供电系统；
（3）只能测量纯交流供电侧的绝缘失效，不能对含有直流成分的供电侧进行测量；
（4）不能自适应系统分布电容（漏电容）的变化，这样会导致绝缘监视仪表失效或给出错误的绝缘阻值。
1.3 绝缘监测及定位系统的意义
IT系统中当系统内发生单个对地绝缘故障时，系统允许带故障运行，当系统内发生第二个故障且故障在不同相时，系统对地构成相间短路，导致线路熔断器或空开动作，线路供电中断，因此，在发生第一次绝缘故障时，绝缘检测仪应立即发出报警信号，并找出故障回路，在第二个故障到来之前排除第一个故障，为及时排除故障赢得时间。
2 绝缘监测及定位系统的实施方案及效果
2.1 绝缘故障精确定位系统原理
因IT系统中的对地漏电电流为固定值且很微小，约为系统电容电流，因此，普通电流测量仪器不能测出具体哪个负载出现绝缘故障。本平台使用绝缘监视仪IRDH575，该设备是在普通绝缘监视仪的基础上引入PGH绝缘故障检测等装置，来完成故障定位，具体原理如图2所示。
图2 采用绝缘监测定位系统图
图中绝缘监视仪IRDH575连接在系统和大地之间，不间断测量系统内的相线和地之间的电阻值。当阻值降低至预先设定的报警值后，绝缘监视仪报警，触发PGH绝缘故障测试装置，对地闭合测试开关，改变对地故障电流，以此来发送测试电流信号。
该测试电流信号经过绝缘故障点、大地、PGH和安装在各回路中的测量电流互感器构成回路。该测试电流数值的大小因系统额定电压和绝缘故障阻值的大小而异，但根据不同的系统，可限制在1/2.5/10/25/50 mA以内，以保护单相故障时各系统的安全性，发生绝缘故障的回路上的测量电流互感器检测到该测试电流信号，输出报警信号，锁定绝缘故障回路，实现绝缘故障回路的精确定位。
2.2 设备组成
主要应用的设备包括1台绝缘监视仪IRDH575、负载回路数量等同的绝缘故障评估仪EDS460和测量CT、1台RTU网关。
2.3 绝缘故障精确定位系统方案实施及效果
2.3.1 方案实施步骤
第一步，安装绝缘监视仪IRDH575在平台ACB开关柜的面板上。
第二步，安装绝缘故障评估仪EDS460在每屏负载柜端子排上，每台绝缘故障评估仪能监测12个回路左右，满足每屏负载柜的回路数。
第三步，安装毫安级开合式零序电流互感器在每个负载回路上，测量CT为开合式，无需断电安装，直接套在开关出线电缆上。
最后，连接各评估仪和监视仪等设备之间的通信电缆，方案示意图如图3所示。
图3 实施方案示意图
2.3.2 系统原理图
方案实施后低压400 V系统及绝缘监测定位系统原理图如图4所示。
图4 系统原理图
2.3.3 效果展示
方案实施后，现场400 V系统A段负载中有一个回路绝缘为零，利用此回路来验证本系统是否能够精确定位。
步骤1：将绝缘监测及定位系统上电投入使用，此时系统绝缘阻值为371 kΩ，绝缘正常，IRDH575无报警。
步骤2：将已知的故障回路投入后，绝缘监视仪显示绝缘阻值＜1 kΩ，低于设定报警值30 kΩ，报警指示灯亮，并发出测试电流启动定位。
步骤3：经过5 s左右的时间查找，成功定位到故障回路，定位成功指示灯亮起，并在液晶显示屏上显示定位信息，故障显示信息（ADR：12 K10 014 mA），通过查找盘柜对应表，故障回路为LA11盘柜第8个回路，与现场完全一致，如图5所示。
图5 现场测试仪显示图
3 结语
传统的绝缘监视仪只能监测系统的绝缘阻值，不能具体定位到故障回路，且随着系统扩容等现场条件的影响，系统分布电容会发生变化，从而导致传统的绝缘监视仪测量不准确甚至失效。
绝缘监测及定位系统，从测试的结果来看，在线绝缘监视仪监测系统测量阻值非常准确，在监测到系统绝缘故障后，能够在数秒内准确地定位出故障回路，不再需要平台电气专业人员将现场低压负载回路逐个断电，进行故障排查，无论从功能、安全还是时效来看，都远远优于传统的绝缘监测手段。
绝缘监测及定位系统特有的AMP测量法，可自适应系统分布电容变化，更加精确地测量三相与地之间的绝缘阻值，且能快速定位到故障点，能适应包括IT系统绝缘监测、UPS等供电系统绝缘监测、油井电泵绝缘监测等系统，为海上平台绝缘故障提供更高效的保护方案。
