帶故障定位絕緣監(jiān)測裝置在海洋石油平臺低壓系統(tǒng)的應(yīng)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(tǒng)為孤島系統(tǒng)，常為單一電源，一旦發(fā)生故障斷電，不僅會導(dǎo)致平臺停產(chǎn)，造成經(jīng)濟效益損失，嚴重故障時還可能發(fā)生觸電事故，甚至引起火災(zāi)，危及平臺的安全，所以油氣處理用電設(shè)備較多的低壓系統(tǒng)一般采用IT系統(tǒng)。IT系統(tǒng)發(fā)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(shè)備自動跳閘，因此可以維持設(shè)備的運行狀態(tài)不中斷，供電連續(xù)性較好。但若故障不能及時排除，故障電流和過電壓可導(dǎo)致相間短路，造成斷電停產(chǎn)并增大發(fā)生火災(zāi)和人身觸電事故的風險。長期以來IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時只能靠人工逐一斷開數(shù)百個負載回路來排查，不僅耗時費力，還會破壞設(shè)備供電的連續(xù)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(jiān)測裝置，在發(fā)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(chǎn)和人員安全。

1 IT系統(tǒng)優(yōu)缺點分析

IT系統(tǒng)示意圖如圖1所示，即電源變壓器二次側(cè)中性點不接地，用電設(shè)備外殼接地。海洋石油平臺低壓配電系統(tǒng)一般不引出N線，也無PE線，用電設(shè)備外殼直接經(jīng)平臺鋼結(jié)構(gòu)接地。

圖1 IT系統(tǒng)示意圖

1.1 主要優(yōu)點

系統(tǒng)發(fā)生單相絕緣故障時，故障電流為系統(tǒng)對地電容泄漏電流，數(shù)值很小，不會引起繼電保護裝置動作，保證了供電連續(xù)性；故障時線電壓保持不變，也就不會影響三相用電設(shè)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(tǒng)中的某兩相為例，如圖2所示。

圖2 230 V系統(tǒng)絕緣故障示意圖

1.2 主要缺點

系統(tǒng)發(fā)生單相絕緣故障時，雖然故障電流數(shù)值較小，但若該電流長時間侵襲電纜和設(shè)備的絕緣，可能引起故障點絕緣燃燒，導(dǎo)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(xiàn)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(tǒng)將等效于TT系統(tǒng)，若發(fā)生絕緣故障，故障電流會顯著變大，產(chǎn)生危險的接觸電壓，導(dǎo)致人身觸電事故的發(fā)生，以230 V系統(tǒng)某兩相為例，如圖3所示。

圖3 長線路IT系統(tǒng)絕緣故障示意圖

2 絕緣監(jiān)測裝置原理

絕緣監(jiān)測即監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣阻抗，基于歐姆定律，一般采用低頻電流注入法，系統(tǒng)由后臺監(jiān)視器、絕緣監(jiān)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(jiān)測裝置原理與系統(tǒng)組成

絕緣監(jiān)測主機向低壓系統(tǒng)注入低頻交流信號，主機內(nèi)含有對工頻電流極高而對低頻電流極低的阻抗。當系統(tǒng)沒有發(fā)生絕緣故障時，該主機可測量系統(tǒng)和每個回路的對地絕緣電阻和泄漏電容，通過設(shè)置絕緣阻抗預(yù)設(shè)值可實現(xiàn)對絕緣故障的預(yù)防；當系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障時，低頻電流信號通過故障點經(jīng)大地回到絕緣監(jiān)測主機，主機通過計算分析后發(fā)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(tǒng)配置方式

海洋石油平臺低壓系統(tǒng)包括400 V系統(tǒng)和230 V系統(tǒng)。400 V系統(tǒng)電源側(cè)一般為兩臺變壓器供電，雙母線帶常開母聯(lián)，正常工況下分列運行，應(yīng)急工況下由應(yīng)急柴油發(fā)電機供電，主要為油氣處理用電設(shè)備供電，回路可達數(shù)百個。230 V系統(tǒng)電源側(cè)為單臺變壓器供電，主要為照明小功率和電伴熱系統(tǒng)供電，每個230 V照明或伴熱系統(tǒng)回路數(shù)一般為一百個左右。

400 V系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置可按圖5配置，每個電源進線處配備一臺絕緣監(jiān)測主機，以便滿足不同工況下的絕緣監(jiān)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(tǒng)內(nèi)有兩臺及以上絕緣監(jiān)測主機時，須保證只能有一臺主機向系統(tǒng)注入低頻電流，否則會導(dǎo)致絕緣監(jiān)測結(jié)果不準確。因此，有必要把電源進線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)接入各監(jiān)測主機并設(shè)置聯(lián)鎖。

圖5 平臺400 V系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置配置方式

考慮到400 V系統(tǒng)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(tǒng)與單個400 V系統(tǒng)類似，可采用相同的配置方式。

4 結(jié)語

為海上石油平臺低壓IT系統(tǒng)配置絕緣監(jiān)測裝置后，不僅可在線監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測，預(yù)防絕緣故障的發(fā)生。發(fā)生絕緣故障后，絕緣監(jiān)測裝置能發(fā)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(fā)生，保證供電連續(xù)性，提高系統(tǒng)安全性。