陳 鑫 吳占友 杜銀昌
(海洋石油工程股份有限公司設計公司,天津300451)
海上石油平臺低壓電網(wǎng)系統(tǒng)屬于獨立電網(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)采用中性點絕緣系統(tǒng)。中性點絕緣系統(tǒng)的特點是當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時,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,故在短時間內(nèi)可以繼續(xù)運行。但是若長時間帶故障運行,會造成相間短路,或者單相弧光接地時,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,就此問題進行探討分析。
在中性點不接地系統(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)熔斷器或空開不動作;(2)系統(tǒng)發(fā)生單點對地故障時,系統(tǒng)電力供應不會中斷;(3)系統(tǒng)或負載回路不會分斷;(4)絕緣監(jiān)視設備顯示絕阻值下降或輸出報警信號。
圖1 負載電流向量分解圖
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,當前A段負載有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)進行測量;
(4)不能自適應系統(tǒng)分布電容(漏電容)的變化,這樣會導致絕緣監(jiān)視儀表失效或給出錯誤的絕緣阻值。
IT系統(tǒng)中當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生單個對地絕緣故障時,系統(tǒng)允許帶故障運行,當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生第二個故障且故障在不同相時,系統(tǒng)對地構(gòu)成相間短路,導致線路熔斷器或空開動作,線路供電中斷,因此,在發(fā)生第一次絕緣故障時,絕緣檢測儀應立即發(fā)出報警信號,并找出故障回路,在第二個故障到來之前排除第一個故障,為及時排除故障贏得時間。
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負載出現(xiàn)絕緣故障。本平臺使用絕緣監(jiān)視儀IRDH575,該設備是在普通絕緣監(jiān)視儀的基礎上引入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。當阻值降低至預先設定的報警值后,絕緣監(jiān)視儀報警,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、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),以保護單相故障時各系統(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,輸出報警信號,鎖定絕緣故障回路,實現(xiàn)絕緣故障回路的精確定位。
主要應用的設備包括1臺絕緣監(jiān)視儀IRDH575、負載回路數(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在每屏負載柜端子排上,每臺絕緣故障評估儀能監(jiān)測12個回路左右,滿足每屏負載柜的回路數(shù)。
第三步,安裝毫安級開合式零序電流互感器在每個負載回路上,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)視儀等設備之間的通信電纜,方案示意圖如圖3所示。
圖3 實施方案示意圖
2.3.2 系統(tǒng)原理圖
方案實施后低壓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
方案實施后,現(xiàn)場400 V系統(tǒng)A段負載中有一個回路絕緣為零,利用此回路來驗證本系統(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,此時系統(tǒng)絕緣阻值為371 kΩ,絕緣正常,IRDH575無報警。
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,低于設定報警值30 kΩ,報警指示燈亮,并發(fā)出測試電流啟動定位。
步驟3:經(jīng)過5 s左右的時間查找,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),通過查找盤柜對應表,故障回路為LA11盤柜第8個回路,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)擴容等現(xiàn)場條件的影響,系統(tǒng)分布電容會發(fā)生變化,從而導致傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)視儀測量不準確甚至失效。
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)測量阻值非常準確,在監(jiān)測到系統(tǒng)絕緣故障后,能夠在數(shù)秒內(nèi)準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)場低壓負載回路逐個斷電,進行故障排查,無論從功能、安全還是時效來看,都遠遠優(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,能適應包括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方案。