离线式中压绝缘自动监测系统在海上某平台的应用

刘汉文

摘 要：海上石油平台的电潜泵一般由电动机、保护器、分离器、潜油电等构成，其供电电压为2000V左右，由400V供电通过升压变压器后通过地下电缆到海底油井井底的电潜泵，一般分为两种供电模式：变频器控制的电潜泵和普通控制的电潜泵，变频控制的供电流程：400V开关柜-变频器-变频升压变-电潜泵，普通控制的电潜泵：400V开关柜-升压变-电潜泵。由于是升压变通过电潜泵中压供电电缆到达电潜泵，其中压供电电缆即电力供电电缆特别是交联聚乙烯电缆已经成为输送电力的主要环节，其绝缘故障是供电电缆的主要故障表现形式，该绝缘故障主要由气隙、杂质、毛刺等因素引起，这些因素在电场、热力、海水、机械力、环境等的作用下，会发生局部放电、水树枝等形态的老化，最终形成绝缘低甚至接地等故障。而正常情况下对电潜泵中压供电电缆及其电潜泵的绝缘性进行测试时需要停电后人工手动通过万用表或者绝缘表进行测试，严重影响工作效率及海上平台恢复生产的实效性，急需一种离线式中压绝缘自动监测系统，能够在停产检修或停电状况下自动监测电潜泵中压供电电缆及电潜泵的绝缘情况，以便及时的恢复平台供电和平台生产。

关键词：离线式;中压绝缘;自动监测系统

中图分类号：TE58 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0153-02

0引言

由于电潜泵中压供电电缆材料本身及电缆制造、敷设过程中不可避免地存在缺陷，受运行中的电流、发热、海水和环境等因素的影响，地下电缆主绝缘随着时间的推移会发生不同程度的老化，最终导致电潜泵中压供电电缆逐步老化、其绝缘性逐步降低，海上石油平台电气专业人员的常规检测手段是通过万用表或类似绝缘表对电潜泵中压供电电缆三相分别对地及三相之间两两进行绝缘测试，效率偏低且主要依赖于电气专业人员的专业水平，而常规的、自动的绝缘检测手段一般只能监测400V及其以下电压等级的绝缘状况，对于中高压供电系统则一直没有较好的自动检测方法。而离线式中压绝缘自动监测系统能够在停电的情况下自动检测具体回路的海底电缆的绝缘性，该系统通过对电潜泵中压供电电缆和电潜泵的接地状况进行实时离线监测，提前监测绝缘故障及时报警并排除故障，否则当另一相接地故障来临时会瞬间形成相间短路而跳闸断电，这对正在电潜泵损伤很大，一方面影响海上平台的生产，另一方面对电潜泵造成损伤。离线式中压绝缘自动监测系统有绝缘故障时触发自动的常闭/常开节点进行自动告警，通知中控系统人员或电气专业人员及时处理，极大的缩短了绝缘水平的检测和停产恢复供电的时间，尤其是无人平台或少人化平台，这种自动绝缘监测手段尤为重要。

1系统介绍

本离线式中压绝缘自动监测系统是一套针对电潜泵中压供电电缆和电潜泵的离线绝缘监测与诊断的完整解决方案，适用于2500kV及以下电压等级的电潜泵中压供电电缆和电潜泵等设备的绝缘的状态监测与诊断。系统采用分布式结构、现场测量、数据传输，只需在被监测设备上安装漏电流故障监测仪和漏电流故障锁定仪及耦合仪，即可实施现场测量，并通过现场RS485或以太网把监测数据传送到中控系统或第三方系统，海上平台电气专业人员可随时获取监测数据和诊断结果。软件采用虚拟化技术，可对漏电流故障监测仪和漏电流故障锁定仪采集到的数据进行算法计算、数据比对和处理，通过算法对绝缘信号和其它信号进行有效区分，并通过幅值、绝缘图谱、绝缘趋势等数据判断绝缘的严重程度，具有数据实时显示功能，可实时显示各监测点的绝缘状态，同时具有历史数据查询和历史报警数据查询功能。系统结合SQL数据库技术，可将数据保存在服务器里，数据库可通过RS485或以太网及通讯协议将数据库接入中控系统或第三方系统。

本离线式中压绝缘自动监测系统能有效解决在停电情况下自动检测电潜泵中压供电电缆和电潜泵的绝缘，该系统的使用为诊断电潜泵中压供电电缆及电潜泵的早期缺陷和事故隐患、控制突发性绝缘事故、监测地下电潜泵中压供电电缆及电潜泵的绝缘性能的好坏提供了有效的信息，并直接影响地下电潜泵中压供电电缆及电潜泵的安全可靠运行。本系统主要包含：漏电流故障监测仪和漏电流故障锁定仪及耦合仪。

漏电流故障监测仪和漏电流故障锁定仪均采用16位高可靠性工业级单片机为主体，集成电路采用工业品或军品，稳定性好、可靠性高，高IP防护等级，满足防粉尘、防凝露、防盐雾、防高温等四防的海洋运行环境，可长期安全工作于-10℃～+55℃海洋环境中。全汉化液晶显示，信息详细直观、操作与调试方便，尤其带精确到毫秒级别的时间信息的动作事件记录便于实时查询，其事件记录即使掉电也能保持。时刻监视电缆各参数，对出现的绝缘异常做出准确的判断并输出报警。

漏电流故障监测仪和漏电流故障锁定仪由高性能的单片机控制管理，液晶显示屏显示系统当前运行状态。当诊断出地下供电电缆及电潜泵绝缘低时，指示灯及蜂鸣器同时报警、告警继电器动作，以便于平台电气专业人员及时了解地下电潜泵中压供电电缆及电潜泵的绝缘状态。该装置具有RS485或以太网通信接口，以便于与中控系统、第三方系统进行通信。

漏电流故障监测仪和漏电流故障锁定仪是一種非破坏性监视和测试，由于是离线状态下的测试，大大提高了绝缘数据的真实性与有效性，有助于及时发现地下电潜泵中压供电电缆及电潜泵潜在的绝缘缺陷和故障。

漏电流故障监测仪和漏电流故障锁定仪是针对中性点不接地中压系统，以监测泄露电流及漏电流、介质损耗角正切、等值电容等绝缘指标为基础的技术手段，综合多种监测技术的优点，有效地消除了谐波、零漂、传感器零飘等带来的测量误差，提高了测量的精度和稳定性。硬件上采用高精度微电流传感器检测中压电力电缆的泄露电流，通过耦合器提取电压信号，采用整形滤波放大技术进行信号处理;软件上综合采用了绝对值测量和相对值比较两种技术，有效地解决了海上平台现场干扰环境下介质损耗及阻性电流的精确测量问题，具备较高的绝缘测量精度和较强的抗干扰性能。漏电流故障监测仪和漏电流故障锁定仪的使用能够有效地绝缘状况预诊断告警，防止故障性灾难的发生，降低平台损失，同时可以降低维护成本，减低故障率，减少设备停运时间、快速恢复平台生产。

2系统架构

在电潜泵上口的变压器出线处安装一台漏电流故障监测仪和一台离线式漏电流故障锁定仪，如图1，分别通过耦合器连至2000V的供电系统，实时在线监测2000V供电系统的地下电潜泵中压供电电缆及电潜泵的绝缘情况，当检测到系统的绝缘阻值低于设定值如2M或3M或其它设定值时，漏电流故障监测仪发出警报，分为绝缘低告警和绝缘低低告警，平台电气专业人员手动断开该供电回路，离线式漏电流故障锁定仪随即启动，不带电自动检测本回路的绝缘情况，检测到绝缘故障时，离线式漏电流故障锁定仪发出警报。

漏电流故障监测仪主要特点有：集成定位电流注入器及电压采集，包括U12、U23、U31、V1、V2、V3、f，电压不平衡，电能质量、THD U、THD V、单次谐波分析U/V、电压骤降、骤升和中断（EN 50160）、越限报警等，首创将绝缘监测与电力参数监控合二为一的系统。系统采用欧姆OhmScanner技术，能检测每个回路的详细绝缘值、电阻值和电容值。

耦合器的详细参数主要特点有：额定绝缘电压等级高达6.3kV、最高电压可达7.2kV，宽频率范围50-400Hz、阻燃等级UL94V-HB，内部组件防护等级达到IP64。

漏电流故障锁定仪主要特点有：最大容许系统泄漏电容是10μF，两个独立的可调响应值100kΩ-10MΩ，自带2个无源节点的报警继电器。

离线式中压绝缘自动监测系统具备如下主要特点：采用高精度微电流传感器，能充分保证绝缘监测的精度和线性度;抗电磁冲击及电网操作冲击能力强;采用“同步测量、相对比较、趋势判断”的动态诊断机制，提高监测系统运行及诊断的可靠性;将微弱泄漏电流采集技术、EMC技术、计算机技术、通信技术应用于中压设备的绝缘监测，用准确的指标反映供电电缆及电潜泵的绝缘状况。

离线式中压绝缘自动监测系统实现如下主要功能：实时监测供电电缆及电潜泵的泄露电流;实时监测供电电缆及电潜泵的三相不平衡度;介质损耗实时监测及超值报警;地下电潜泵中压供电电缆及电潜泵绝缘阻值实时监测及超值报警。

离线式中压绝缘自动监测系统实时相线对地的绝缘故障阻值，还可监测直流电压组件，它可自适应不同的对地容性放电量，最大可达到500pF，响应值或临界值可在规定的范围内进行设定并可根据时间的推移供电电网的分布电容的变化随时进行调整。一旦相线对地出现绝缘故障，离线式中压绝缘自动监测系统立即报警，在绝缘阻值低于具体某设定值时给出报警信号但不中断输出，提示平台电气专业人员尽快找出并排除故障，其监测的阻抗范围高达50-2200kΩ。

3结语

该平台通过离线式中压绝缘自动监测系统能够在停电的情况下自动检测具体回路的地下电潜泵中压供电电缆及电潜泵的绝缘值，在永久性主绝缘故障发生以前，能尽早监测到主绝缘自恢复故障及其位置，即可达到2000V海底供电电缆的绝缘的离线监测与故障预警的目的，当绝缘阻值低压有效设定值时自动告警，极大的缩短了地下电潜泵中压供电电缆及电潜泵在停电状况下绝缘的检测时间和停产恢復供电的时间，给油田的生产带了显著的综合效益，为其它无人平台或少人化平台的中压设备的离线式中压绝缘自动监测方案提供了参考思路。

参考文献

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