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在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在海洋石油平臺(tái)低壓配電中的應(yīng)用
更新時(shí)間:2023-07-06   點(diǎn)擊次數(shù):586次

1概述

      海洋石油平臺(tái)多數(shù)采用自備電站供電,電力系統(tǒng)的穩(wěn)定對(duì)平臺(tái)的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。目前海洋石油平臺(tái)多數(shù)采用35KV以下的電力系統(tǒng),根據(jù)平臺(tái)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不同,配電系統(tǒng)采用不同的接地方式,參考目前海洋石油平臺(tái)設(shè)計(jì)使用現(xiàn)狀,對(duì)電壓等級(jí)在10.5KV以上的中高壓配電系統(tǒng),多采用中性點(diǎn)小電阻接地系統(tǒng)(變壓器中性點(diǎn)經(jīng)接地電阻柜接地)或高阻接地系統(tǒng)(中壓母排通過(guò)帶接地變壓器的接地電阻柜接地),對(duì)于400V以下的低壓配電系統(tǒng),多采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)(即IT系統(tǒng))。

2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)(IT系統(tǒng))的特點(diǎn)

      根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60364區(qū)分了三類(lèi)不同的接地系統(tǒng),使用兩個(gè)字母代號(hào)表示,TN、TT和IT。第一個(gè)字母表示電源端與地的關(guān)系:T表示電源端有一點(diǎn)直接接地;I表示電源端所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過(guò)阻抗接地。第二個(gè)字母表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)系:T表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地,此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源端的接地點(diǎn);N表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與電源端接地有直接電氣連接。

      IT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)是對(duì)地絕緣的或經(jīng)高阻抗接地,而用電設(shè)備的金屬外殼直接接地。主要特點(diǎn)如下:

1)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相絕緣故障時(shí),漏電電流很小,安全性高;

2)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí),不會(huì)跳閘,設(shè)備可帶故障運(yùn)行不超過(guò)2小時(shí);

3)三相IT系統(tǒng)對(duì)地電壓220V,單相IT系統(tǒng)每根火線對(duì)地電壓110V,電壓低;

4)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí),其他兩相對(duì)地電壓抬高√3倍。

3AMP自適應(yīng)脈沖測(cè)量法

      在不接地電力系統(tǒng)中,存在直流分量和泄漏電容,這些因素的變化會(huì)對(duì)絕緣故障阻值測(cè)量產(chǎn)生影響。因此,在實(shí)際測(cè)量中,必須設(shè)法消除干擾才能準(zhǔn)確測(cè)量絕緣電阻。對(duì)于低壓絕緣監(jiān)測(cè).,需要考慮由于電路分布而產(chǎn)生的分布電容,以及來(lái)自電容器本身的電容。分布電容可能來(lái)自于相鄰兩匝之間、兩個(gè)分立的元件之間、兩根相鄰的導(dǎo)線間、一個(gè)元件內(nèi)部各部分之間。因?yàn)榉植际诫娙輥?lái)自于系統(tǒng)本身,會(huì)跟隨系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量、環(huán)境變化而不斷變化,如果沒(méi)有自適應(yīng)系統(tǒng)變化的測(cè)量信號(hào),很難對(duì)絕緣電阻值進(jìn)行精確的測(cè)量。

      AMP測(cè)量法(即自適應(yīng)脈沖測(cè)量法)可在具有較高對(duì)地泄漏電容的系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用,其原理是采用疊加自適應(yīng)脈沖信號(hào),消除系統(tǒng)中存在的分布電容。相對(duì)于IT供電系統(tǒng)注入的信號(hào)是一個(gè)外部干擾信號(hào),如果這個(gè)信號(hào)很強(qiáng)則可能會(huì)觸發(fā)設(shè)備誤動(dòng)作。因此,向系統(tǒng)中注入的脈沖信號(hào)要盡可能小,還要達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。而由于系統(tǒng)分布電容的存在,注入脈沖信號(hào)盡可能小的同時(shí),還要能夠抵消掉系統(tǒng)存在的漏電容。

      本系統(tǒng)采用的ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀是德國(guó)Bender公司生產(chǎn),采用AMP測(cè)量法,通過(guò)疊加自適應(yīng)的脈沖電壓信號(hào)對(duì)故障回路進(jìn)行探測(cè),連續(xù)不間斷地測(cè)量相對(duì)地的絕緣阻值RF,當(dāng)系統(tǒng)對(duì)地的絕緣阻值降至預(yù)先設(shè)定的響應(yīng)值時(shí),輸出報(bào)警信號(hào),故障定位到具體支路,顯示電力系統(tǒng)*低絕緣阻值。同時(shí),ISO685還能監(jiān)測(cè)支路互感器連接與否,若互感器損壞或者斷線時(shí),發(fā)出互感器故障報(bào)警。使用自適應(yīng)脈沖信號(hào)對(duì)絕緣故障支路進(jìn)行定位,對(duì)電力系統(tǒng)沒(méi)有任何干擾,運(yùn)行穩(wěn)定。

4在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

1)絕緣監(jiān)測(cè)儀

      絕緣監(jiān)測(cè)儀是在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心,必須把設(shè)備連接在IT系統(tǒng)(不接地系統(tǒng))和PE線之間才能得到測(cè)量值。在運(yùn)行期間,絕緣監(jiān)視儀不間斷地監(jiān)視整個(gè)IT系統(tǒng)的絕緣阻值,當(dāng)該值低于預(yù)先設(shè)定的響應(yīng)值時(shí)觸發(fā)報(bào)警。

      絕緣監(jiān)測(cè)儀還可與EDS結(jié)合使用用以準(zhǔn)確定位絕緣故障。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的絕緣值下降到設(shè)置的響應(yīng)值Ran2(LEDALARM2)之后,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性定位電流。絕緣故障是通過(guò)EDS和連接的測(cè)量電流互感器進(jìn)行選擇性地定位,定位電流通過(guò)帶電線路的絕緣故障位置采取最短的方式從定位電流發(fā)生器流過(guò),經(jīng)過(guò)絕緣故障點(diǎn)和PE線返回到絕緣監(jiān)測(cè)儀,這個(gè)定位電流脈沖通過(guò)在絕緣故障路徑上的測(cè)量電流互感器檢測(cè)以及通過(guò)連接的EDS發(fā)出信號(hào)。

2)絕緣故障定位儀

      絕緣故障定位儀能夠定位不接地直流、交流和三相交流系統(tǒng)中的絕緣故障(IT系統(tǒng))。通過(guò)故障定位電流發(fā)射器,來(lái)監(jiān)視不同范圍內(nèi)的交流網(wǎng)絡(luò)、三相交流網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)絕緣工況,顯示交流網(wǎng)絡(luò)中的剩余交流電流。EDS440定位模塊與ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀配套使用,當(dāng)絕緣監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)中有接地故障時(shí),便發(fā)射故障定位脈沖信號(hào),定位到支路絕緣故障點(diǎn)后,通過(guò)定位模塊反饋到絕緣監(jiān)測(cè)儀。

3)通訊網(wǎng)關(guān)

      網(wǎng)關(guān)COM465IP的作用是轉(zhuǎn)換ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀通訊協(xié)議,使其能夠通過(guò)以太網(wǎng)與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該在線絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有多種通訊連接方式:

◆以太網(wǎng)接口:可以用于Modbus,web服務(wù)器和BCOM之間的通信;

◆BCOM:目的是通過(guò)以太網(wǎng)和本德?tīng)栐O(shè)備進(jìn)行通信。通過(guò)BCOM通信的所有設(shè)備都必須有相同的系統(tǒng)名稱(chēng)。可以在子系統(tǒng)中組織設(shè)備。每個(gè)設(shè)備需要單獨(dú)的設(shè)備地址。

◆ModbusTCP:國(guó)際上應(yīng)用廣泛的用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議;

◆Web服務(wù)器:顯示絕緣監(jiān)測(cè)儀參數(shù)和其它相關(guān)設(shè)備的參數(shù),可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器適用于任意電腦。

4)電流互感器

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同,選擇不同規(guī)格型號(hào)的電流互感器,監(jiān)測(cè)絕緣監(jiān)測(cè)儀發(fā)送的定位電流信號(hào),并傳輸至絕緣故障定位儀。電流互感器選用開(kāi)環(huán)式電流互感器,便于在線安裝。

5系統(tǒng)安裝與調(diào)試

1)系統(tǒng)安裝

     按照三相交流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,分別定位安裝絕緣監(jiān)測(cè)儀、絕緣故障定位儀、通訊網(wǎng)關(guān)及各支路電流互感器。安裝過(guò)程有以下幾點(diǎn)需要注意:

◆每8路CT電流互感器需接入到1個(gè)信號(hào)采集單元上,此采集單元安裝在本盤(pán)柜后門(mén)處,通過(guò)導(dǎo)軌固定即可,每個(gè)采集單元需用RS485通訊線連接,現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)盤(pán)柜間穿線孔進(jìn)行通訊線敷設(shè);

◆絕緣監(jiān)視CT電流互感器為開(kāi)口式結(jié)構(gòu),如下圖所示,安裝方式為直接套在每個(gè)支路出線處,如下圖所示,互感器可使用扎帶固定在柜體側(cè)面。每個(gè)互感器信號(hào)線沿盤(pán)柜側(cè)敷設(shè)至采集單元,采集單元固定在后門(mén)板處,導(dǎo)軌式安裝。

2)調(diào)試

      為使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常保障低壓盤(pán)絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及有效性,需對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行功能調(diào)試。

①網(wǎng)關(guān)COM465IP及上位機(jī)軟件調(diào)試

     網(wǎng)關(guān)COM465IP的作用是轉(zhuǎn)換ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀通訊協(xié)議,使其能夠通過(guò)以太網(wǎng)與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過(guò)出廠時(shí)設(shè)備內(nèi)置的IP地址,進(jìn)入網(wǎng)頁(yè)界面,設(shè)置設(shè)備的IP地址為平臺(tái)局域網(wǎng)內(nèi)的IP地址,通過(guò)新的IP地址登錄網(wǎng)頁(yè),查看通訊是否正常。

②絕緣監(jiān)測(cè)儀主機(jī)ISO685調(diào)試

     通過(guò)模擬測(cè)試出現(xiàn)接地故障、互感器斷線時(shí),絕緣監(jiān)測(cè)儀ISO685報(bào)警反饋情況。

◆外觀檢查:檢查ISO685絕緣監(jiān)測(cè)儀模塊外部是否有碰撞、破損情況,接線端是否完好無(wú)缺。

◆上電檢查:上電前用萬(wàn)用表檢測(cè)電源電壓,確認(rèn)模塊的供電電壓及供電電源接線端,方可接上供電電源,上電后查看儀器內(nèi)置時(shí)間是否與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間相同,并進(jìn)行校準(zhǔn)設(shè)置,檢查監(jiān)測(cè)到定位模塊與實(shí)際是否相符。

◆模擬故障檢查:模擬出現(xiàn)接地故障及互感器斷線故障時(shí),絕緣監(jiān)測(cè)儀報(bào)警與實(shí)際是否相符。

③EDS440絕緣故障定位模塊調(diào)試

      調(diào)試目的為測(cè)試EDS440定位模塊反饋定位信號(hào)是否正常,及其定位的可靠性以及準(zhǔn)確性,通過(guò)模擬EDS定位模塊絕緣故障報(bào)警,觀察絕緣監(jiān)測(cè)儀及上位機(jī)軟件顯示的報(bào)警是否一致。

◆外觀及接線檢查:檢查EDS定位模塊有無(wú)碰撞、破損,接線端子是否完好。圖5模擬定位模塊連接點(diǎn)故障

◆上電檢查:確認(rèn)供電電源電壓接供電電源接線端后,上電并檢查定位模塊運(yùn)行指示燈是否正常。

◆模擬故障檢查:模擬定位模塊監(jiān)測(cè)的回路出現(xiàn)絕緣故障,通過(guò)絕緣監(jiān)測(cè)儀和上位機(jī)查看故障定位信號(hào)

6絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

6.1絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)儀

      AIM-T系列絕緣監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統(tǒng)中,主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品,均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

      其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng),AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

6.2絕緣故障定位產(chǎn)品

      工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測(cè)儀使用,主要包括ASG200測(cè)試信號(hào)發(fā)生器,AIL200-12絕緣故障定位儀,AKH-0.66L系列電流互感器,適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

6.3絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀

      絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測(cè)儀使用,主要包括ACPD100,ACPD200,適用于交流電壓高于690V,直流電壓高于800V的IT配電系統(tǒng)。

7技術(shù)參數(shù)

7.1絕緣監(jiān)測(cè)儀技術(shù)參數(shù)

型號(hào)

技術(shù)指標(biāo)

AIM-T300

AIM-T500

AIM-T500L

輔助電源

電壓

AC 85~265V;DC100~300

AC 85~265V;DC100~300

功耗

<8W

<8W

被監(jiān)測(cè)IT系統(tǒng)

電壓

480V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)

690V以下的交流及交直流混合系統(tǒng)、800V以下直流系統(tǒng)

頻率

40~60Hz

40~60Hz

絕緣監(jiān)測(cè)

測(cè)量范圍

1kΩ~5MΩ

1kΩ~10MΩ

報(bào)警值范圍

10kΩ~5MΩ

10kΩ~10MΩ

相對(duì)誤差

1~10k: 10k;10k~5M: ±10%

1~10k: 10k;10k~10M: ±10%

允許系統(tǒng)泄露電容

<150μF

<500μF

響應(yīng)時(shí)間

<6s

<5s

通訊

RS485,Modbus-RTU

RS485,Modbus-RTU

RS485,Modbus-RTU;

內(nèi)部參數(shù)

測(cè)量電流

<170μA

<270μA

絕緣故障定位

無(wú)

無(wú)

電磁兼容/電磁輻射

IEC61326-2-4

IEC61326-2-4

額定沖擊電壓/污染等級(jí)

8kV/Ⅲ

8kV/Ⅲ

內(nèi)部直流電阻

≥120kΩ

≥180kΩ

輸出

繼電器輸出

預(yù)警、報(bào)警

出錯(cuò)、預(yù)警、報(bào)警

環(huán)境

工作溫度

-20~+60℃

-15~+55℃

存儲(chǔ)溫度

-20~+70℃

-20~+70℃

相對(duì)濕度

5%~95%,不結(jié)露

5%~90%,不結(jié)露

海拔高度

≤2500m

≤2500m

7.2測(cè)試信號(hào)發(fā)生器技術(shù)參數(shù)

輔助電源

電壓

AC 85~265V DC100~300V

功耗

<7W

IT系統(tǒng)

額定電壓

單相交流AC 220V

三相交流 AC 0~690V

直流DC 0~800V

絕緣故障定位

響應(yīng)時(shí)間

<5s

定位電壓

20V/5Hz

定位電流

0~10mA

環(huán)境

電磁兼容/電磁輻射

IEC61326-2-4

工作溫度

-15-+55℃

7.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)

輔助電源

電壓

AC 85-265V DC100~300V

功耗

<5W

絕緣故障定位

響應(yīng)時(shí)間

<12s

定位電壓

無(wú)

定位電流

無(wú)

響應(yīng)靈敏度

>0.5mA

輸出

繼電器輸出

報(bào)警Alarm

環(huán)境

電磁兼容/電磁輻射

IEC61326-2-4

工作溫度

-15-+55℃

7.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)

型號(hào)

額定電流

變比

等級(jí)

過(guò)載倍數(shù)

L-45

16-100A

5A:5mA

1

10

L-80

100-250A

L-100

250-400A

L-150

400-800A

L-200

800-1500A

7.5絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)品型號(hào)

ACPD100

ACPD200

適用系統(tǒng)

單相交、直流不接地系統(tǒng)

三相交流、直流不接地系統(tǒng)

電壓等級(jí)

交流0~1150V,直流0~1760V

交流0~1650V,帶直流元件0~1300V

直流阻抗

≥160kΩ

AK1≥225kΩ

工作溫度

-10~+55℃

存儲(chǔ)溫度

-20~+70℃

防護(hù)等級(jí)

IP30

參考文獻(xiàn)

  1. 余成波,陳學(xué)軍,雷紹蘭,王士彬,電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè),清華大學(xué)出版社

[2]郭明荃,低壓絕緣監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)在海上石油平臺(tái)的研究與應(yīng)用,儀器儀表用戶(hù)

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.08版

[4]安科瑞 IT 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)(中英文)2021.01版


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