陳 鑫 吳占友 杜銀昌
(海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司,天津300451)
海上石油平臺低壓電網(wǎng)系統(tǒng)屬于獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng),為了保證平臺生產(chǎn),平臺的低壓用系統(tǒng)不能因某一路負(fù)載的絕緣故障而關(guān)停,因此平臺400 V低壓電力系統(tǒng)采用中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)。中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的特點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí),各相間的電壓大小和相位保持不變,三相系統(tǒng)的平衡沒有遭到破壞,故在短時(shí)間內(nèi)可以繼續(xù)運(yùn)行。但是若長時(shí)間帶故障運(yùn)行,會(huì)造成相間短路,或者單相弧光接地時(shí),使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振而引起過電壓,給平臺生產(chǎn)造成很大壓力。
渤海某石油平臺原有的絕緣監(jiān)測設(shè)備只能監(jiān)測整段母線的絕緣水平,不能監(jiān)測出具體是哪一路負(fù)載存在絕緣故障。因此,需要增加一套在線絕緣監(jiān)測與定位系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)絕緣故障回路的精確定位。本文以渤海某海上平臺為例,就此問題進(jìn)行探討分析。
在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,由絕緣故障RF引起的對地漏電流IF只能通過系統(tǒng)對地泄漏電容構(gòu)成回路,如圖1所示。(1)熔斷器或空開不動(dòng)作;(2)系統(tǒng)發(fā)生單點(diǎn)對地故障時(shí),系統(tǒng)電力供應(yīng)不會(huì)中斷;(3)系統(tǒng)或負(fù)載回路不會(huì)分?jǐn)?;?)絕緣監(jiān)視設(shè)備顯示絕阻值下降或輸出報(bào)警信號。
圖1 負(fù)載電流向量分解圖
在海上平臺低壓400 V系統(tǒng)中,只在每段母排上設(shè)置絕緣檢測儀,但現(xiàn)有的絕緣監(jiān)視儀表存在以下問題:
(1)只能顯示整段母線的絕緣阻值,不能反映出哪一回路,當(dāng)前A段負(fù)載有116路;
(2)只能監(jiān)視工頻交流供電系統(tǒng),不能監(jiān)視頻率變化的交流供電系統(tǒng);
(3)只能測量純交流供電側(cè)的絕緣失效,不能對含有直流成分的供電側(cè)進(jìn)行測量;
(4)不能自適應(yīng)系統(tǒng)分布電容(漏電容)的變化,這樣會(huì)導(dǎo)致絕緣監(jiān)視儀表失效或給出錯(cuò)誤的絕緣阻值。
IT系統(tǒng)中當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生單個(gè)對地絕緣故障時(shí),系統(tǒng)允許帶故障運(yùn)行,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生第二個(gè)故障且故障在不同相時(shí),系統(tǒng)對地構(gòu)成相間短路,導(dǎo)致線路熔斷器或空開動(dòng)作,線路供電中斷,因此,在發(fā)生第一次絕緣故障時(shí),絕緣檢測儀應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警信號,并找出故障回路,在第二個(gè)故障到來之前排除第一個(gè)故障,為及時(shí)排除故障贏得時(shí)間。
因IT系統(tǒng)中的對地漏電電流為固定值且很微小,約為系統(tǒng)電容電流,因此,普通電流測量儀器不能測出具體哪個(gè)負(fù)載出現(xiàn)絕緣故障。本平臺使用絕緣監(jiān)視儀IRDH575,該設(shè)備是在普通絕緣監(jiān)視儀的基礎(chǔ)上引入PGH絕緣故障檢測等裝置,來完成故障定位,具體原理如圖2所示。
圖2 采用絕緣監(jiān)測定位系統(tǒng)圖
圖中絕緣監(jiān)視儀IRDH575連接在系統(tǒng)和大地之間,不間斷測量系統(tǒng)內(nèi)的相線和地之間的電阻值。當(dāng)阻值降低至預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值后,絕緣監(jiān)視儀報(bào)警,觸發(fā)PGH絕緣故障測試裝置,對地閉合測試開關(guān),改變對地故障電流,以此來發(fā)送測試電流信號。
該測試電流信號經(jīng)過絕緣故障點(diǎn)、大地、PGH和安裝在各回路中的測量電流互感器構(gòu)成回路。該測試電流數(shù)值的大小因系統(tǒng)額定電壓和絕緣故障阻值的大小而異,但根據(jù)不同的系統(tǒng),可限制在1/2.5/10/25/50 mA以內(nèi),以保護(hù)單相故障時(shí)各系統(tǒng)的安全性,發(fā)生絕緣故障的回路上的測量電流互感器檢測到該測試電流信號,輸出報(bào)警信號,鎖定絕緣故障回路,實(shí)現(xiàn)絕緣故障回路的精確定位。
主要應(yīng)用的設(shè)備包括1臺絕緣監(jiān)視儀IRDH575、負(fù)載回路數(shù)量等同的絕緣故障評估儀EDS460和測量CT、1臺RTU網(wǎng)關(guān)。
2.3.1 方案實(shí)施步驟
第一步,安裝絕緣監(jiān)視儀IRDH575在平臺ACB開關(guān)柜的面板上。
第二步,安裝絕緣故障評估儀EDS460在每屏負(fù)載柜端子排上,每臺絕緣故障評估儀能監(jiān)測12個(gè)回路左右,滿足每屏負(fù)載柜的回路數(shù)。
第三步,安裝毫安級開合式零序電流互感器在每個(gè)負(fù)載回路上,測量CT為開合式,無需斷電安裝,直接套在開關(guān)出線電纜上。
最后,連接各評估儀和監(jiān)視儀等設(shè)備之間的通信電纜,方案示意圖如圖3所示。
圖3 實(shí)施方案示意圖
2.3.2 系統(tǒng)原理圖
方案實(shí)施后低壓400 V系統(tǒng)及絕緣監(jiān)測定位系統(tǒng)原理圖如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)原理圖
2.3.3 效果展示
方案實(shí)施后,現(xiàn)場400 V系統(tǒng)A段負(fù)載中有一個(gè)回路絕緣為零,利用此回路來驗(yàn)證本系統(tǒng)是否能夠精確定位。
步驟1:將絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)上電投入使用,此時(shí)系統(tǒng)絕緣阻值為371 kΩ,絕緣正常,IRDH575無報(bào)警。
步驟2:將已知的故障回路投入后,絕緣監(jiān)視儀顯示絕緣阻值<1 kΩ,低于設(shè)定報(bào)警值30 kΩ,報(bào)警指示燈亮,并發(fā)出測試電流啟動(dòng)定位。
步驟3:經(jīng)過5 s左右的時(shí)間查找,成功定位到故障回路,定位成功指示燈亮起,并在液晶顯示屏上顯示定位信息,故障顯示信息(ADR:12 K10 014 mA),通過查找盤柜對應(yīng)表,故障回路為LA11盤柜第8個(gè)回路,與現(xiàn)場完全一致,如圖5所示。
圖5 現(xiàn)場測試儀顯示圖
傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)視儀只能監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣阻值,不能具體定位到故障回路,且隨著系統(tǒng)擴(kuò)容等現(xiàn)場條件的影響,系統(tǒng)分布電容會(huì)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)視儀測量不準(zhǔn)確甚至失效。
絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng),從測試的結(jié)果來看,在線絕緣監(jiān)視儀監(jiān)測系統(tǒng)測量阻值非常準(zhǔn)確,在監(jiān)測到系統(tǒng)絕緣故障后,能夠在數(shù)秒內(nèi)準(zhǔn)確地定位出故障回路,不再需要平臺電氣專業(yè)人員將現(xiàn)場低壓負(fù)載回路逐個(gè)斷電,進(jìn)行故障排查,無論從功能、安全還是時(shí)效來看,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測手段。
絕緣監(jiān)測及定位系統(tǒng)特有的AMP測量法,可自適應(yīng)系統(tǒng)分布電容變化,更加精確地測量三相與地之間的絕緣阻值,且能快速定位到故障點(diǎn),能適應(yīng)包括IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測、UPS等供電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測、油井電泵絕緣監(jiān)測等系統(tǒng),為海上平臺絕緣故障提供更高效的保護(hù)方案。