朱春峰

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

IT 系統(tǒng)通常由變壓器、發(fā)電機(jī)、蓄電池或者獨(dú)立的電源供電，其特征是系統(tǒng)的帶電導(dǎo)線都不直接接地。這樣做的好處是：外露的可導(dǎo)電部件第一次接地故障或者短路時(shí)不會(huì)影響到電氣設(shè)備。在所有操作安全、消防安全以及事故預(yù)防要求較高的地方，都需要采用IT 系統(tǒng)。因此，在許多國(guó)家將IT 系統(tǒng)列為強(qiáng)制或推薦使用設(shè)備，如：船舶，醫(yī)院的手術(shù)室、麻醉室和重癥監(jiān)護(hù)室，發(fā)電廠，電信，電動(dòng)汽車(chē)等。為了持續(xù)監(jiān)測(cè)IT 系統(tǒng)的絕緣狀況，需要仔細(xì)選擇保護(hù)措施，如在系統(tǒng)中安裝使用絕緣監(jiān)測(cè)裝置（IMD）。

1 岸橋配電系統(tǒng)

1.1 配電系統(tǒng)的類(lèi)型

配電系統(tǒng)主要為T(mén)N 系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)、IT 系統(tǒng)。

1.1.1 TN 系統(tǒng)

系統(tǒng)中有一個(gè)點(diǎn)直接在電源側(cè)接地，用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)保護(hù)導(dǎo)體和該點(diǎn)相連。根據(jù)中性線和保護(hù)線的排列方式，TN 系統(tǒng)又可以分為3 種：TN-S 系統(tǒng)，TN-C 系統(tǒng)和TNC-S 系統(tǒng)。

TN-S 系統(tǒng)：L1+L2+L3+N（中性線）+PE（保護(hù)線）

TN-C 系統(tǒng)：L1+L2+L3+PEN

TN-C-S 系統(tǒng)：L1+L2+L3+PEN（電源側(cè)），L1+L2+L3+N+PE（負(fù)載側(cè)）

1.1.2 TT 系統(tǒng)

系統(tǒng)的中性線直接接地，用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分與接地電極相連，此電極與供電系統(tǒng)的接地電極在電氣上無(wú)任何關(guān)系。

1.1.3 IT 系統(tǒng)

系統(tǒng)中帶電元器件對(duì)地絕緣或者通過(guò)一點(diǎn)經(jīng)阻抗接地，用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分可以單獨(dú)接地、分組接地或者共同接地。為避免干擾，IT 系統(tǒng)不建議設(shè)置中性線。

1.2 岸橋上的配電系統(tǒng)

在港口機(jī)械中，岸橋通常是由中（高）壓電纜卷盤(pán)供電，經(jīng)過(guò)中（高）壓開(kāi)關(guān)柜之后分為兩路，分別是主要電機(jī)回路和輔助設(shè)備回路。主要電機(jī)回路在主要中（高）壓變壓器之后經(jīng)過(guò)整流單元、逆變單元，最終輸出到電機(jī)，而整流單元、逆變單元、電機(jī)都無(wú)需中性線，因此主要電機(jī)回路通常采用IT 系統(tǒng)。輔助設(shè)備回路在輔助中（高）壓變壓器之后是由燈、空調(diào)、電話等輔助設(shè)備組成，需要使用到中性線，因此通常采用TN-C-S 系統(tǒng)。

2 傳統(tǒng)岸橋電控系統(tǒng)的主要電機(jī)回路

傳統(tǒng)岸橋電控系統(tǒng)主要電機(jī)回路的基本配置是：市電/變電站→中（高）壓開(kāi)關(guān)柜→中（高）壓變壓器→整流單元→逆變單元→電機(jī)（圖1）。也有少數(shù)岸橋由柴油機(jī)提供總電源，本文不作展開(kāi)。

圖1 岸橋電控主要電機(jī)回路基本配置

3 絕緣監(jiān)測(cè)裝置（IMD）的應(yīng)用

3.1 絕緣故障的危害

通常情況下，電氣裝置或者電氣設(shè)備如果是全新的，則默認(rèn)為絕緣狀況良好。但是，在日積月累的使用過(guò)程中，多個(gè)因素會(huì)對(duì)絕緣層造成日益惡化的影響，從而導(dǎo)致絕緣狀況變差、電阻形成。

每個(gè)系統(tǒng)都有一個(gè)特定的對(duì)地絕緣電阻。在全新裝置中該電阻在MΩ 級(jí)，但是隨著裝置的運(yùn)行使用，其會(huì)受到不同的外部影響，如環(huán)境因素（光線/紫外線、溫度/濕度、污染等）、振動(dòng)/沖擊等機(jī)械影響，異物的振動(dòng)和穿透（如螺絲）以及過(guò)電流、過(guò)電壓、頻率、雷擊以及磁性感應(yīng)等。而且每個(gè)電氣裝置或者電氣設(shè)備都會(huì)受到老化影響，也會(huì)降低絕緣數(shù)值。

絕緣故障可能會(huì)造成對(duì)外露可導(dǎo)電部件短路，造成接觸電壓，即使故障電流較低，也有可能從接觸電阻發(fā)展成為電弧對(duì)地電路。當(dāng)靠近易燃物/可燃劑時(shí)，就會(huì)變得十分危險(xiǎn)，甚至引發(fā)火災(zāi)。

3.2 絕緣的測(cè)量和監(jiān)測(cè)

在斷電系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試是電氣裝置和設(shè)備最重要的安全測(cè)試之一，斷電系統(tǒng)或裝置部件的絕緣電阻可以采用設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，這些測(cè)量設(shè)備必須滿足某些要求。

此外，也可以使用通電設(shè)備進(jìn)行絕緣測(cè)試，而如果測(cè)量出來(lái)的絕緣電阻阻值比較低，就需要切斷電源，然后單獨(dú)測(cè)試裝置和設(shè)備。

IMD 位于電源、IT 不接地系統(tǒng)和地線之間，持續(xù)不斷地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如達(dá)到設(shè)定的響應(yīng)值，IMD 就會(huì)發(fā)出聲響或者可視信號(hào)。

3.3 IMD 的安裝位置

在港口機(jī)械的發(fā)展過(guò)程中，岸橋的主要電機(jī)回路已經(jīng)開(kāi)始使用絕緣監(jiān)測(cè)裝置，相對(duì)于以往沒(méi)有IMD 的岸橋來(lái)說(shuō)，成本上自然會(huì)有所增加，而其安裝位置決定了成本增加的多少。

3.3.1 IMD 安裝于變壓器二次側(cè)（交流測(cè)）

一般情況下，岸橋主回路的變壓器二次側(cè)和整流單元輸入側(cè)之間都會(huì)有進(jìn)線單元，在其間的回路上安裝絕緣監(jiān)測(cè)裝置將會(huì)是首選。

（1）配置1 個(gè)進(jìn)線單元或者1 個(gè)以上進(jìn)線單元且共用變壓器二次側(cè)同一繞組的岸橋。原則上IMD 只可以監(jiān)測(cè)變壓器二次側(cè)至逆變單元這段回路的絕緣狀態(tài)，如果需要監(jiān)測(cè)逆變單元輸出側(cè)及其后端的絕緣狀態(tài)，還需在每個(gè)逆變單元的輸出側(cè)配置IMD 配套的定位信號(hào)發(fā)生器以及相關(guān)附件，如定位通道、定位互感器等，此時(shí)可以識(shí)別到每個(gè)通道上的絕緣狀態(tài)。而大多數(shù)情況下，都只會(huì)安裝一個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，而不配置IMD 配套的附件。

（2）配置1 個(gè)以上進(jìn)線單元的岸橋且連接變壓器二次側(cè)不同繞組連接。原則上需要在每個(gè)進(jìn)線單元輸入側(cè)都安裝1 個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，通常情況下，整流單元的輸出側(cè)是并聯(lián)在同一直流母排上的，當(dāng)整流單元運(yùn)行時(shí)，就只能有1 個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)裝置工作，其他幾個(gè)IMD 必須旁路，否則會(huì)相互影響，導(dǎo)致IMD 誤動(dòng)作、監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確等情況，此時(shí)被旁路回路的絕緣狀態(tài)將無(wú)法被監(jiān)測(cè)到。逆變單元輸出側(cè)及其后端的絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)和第一種情況作相同考慮。

3.3.2 IMD 安裝于整流單元輸出側(cè)（直流側(cè)）

（1）所有逆變單元共用直流母排。只需將1 個(gè)IMD 安裝于直流母排，此時(shí)可以監(jiān)測(cè)變壓器二次側(cè)至電機(jī)的整個(gè)回路的絕緣狀況，如果需要知道具體哪里發(fā)生絕緣故障，需要增加IMD 配套的定位信號(hào)發(fā)生器以及相關(guān)附件，具體情況將由各個(gè)項(xiàng)目要求決定。

（2）逆變單元獨(dú)立直流母排/部分逆變單元共用直流母排。這種情況的IMD 需要安裝于每個(gè)獨(dú)立母排上，而且一般會(huì)有多個(gè)進(jìn)線單元，如果進(jìn)線單元共用變壓器二次側(cè)同一繞組的，當(dāng)整流單元全部運(yùn)行時(shí)，就只能有1 個(gè)IMD 工作，其余幾個(gè)IMD 不能運(yùn)行，否則IMD 會(huì)相互影響，造成IMD 誤動(dòng)作或者監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確等情況發(fā)生，此時(shí)這幾個(gè)IMD 所在回路的整流單元輸出側(cè)至電機(jī)的絕緣狀態(tài)將無(wú)法被監(jiān)測(cè)到；如果進(jìn)線單元接入變壓器二次側(cè)不同繞組的，就和上面的情況類(lèi)似，只是IMD 的個(gè)數(shù)需要根據(jù)獨(dú)立母排數(shù)量決定。

（3）IMD 安裝于逆變單元和電機(jī)之間。這種安裝方案原則上IMD 將無(wú)法監(jiān)測(cè)到變壓器二次側(cè)至整流單元輸入側(cè)的絕緣狀態(tài)。同第一種方案類(lèi)似，這里不再贅述。

綜合以上分析，可以看出將IMD 安裝于整流單元輸出側(cè)，且整流單元輸出側(cè)共用直流母排，是最經(jīng)濟(jì)、最優(yōu)的方案。

3.4 安裝IMD 時(shí)需要考慮的因素

3.4.1 浪涌保護(hù)器的選型要準(zhǔn)確

目前岸橋上的主電機(jī)回路中都會(huì)安裝浪涌保護(hù)器，浪涌保護(hù)器的作用是在電源遭受雷擊或者瞬間過(guò)壓的電涌時(shí)進(jìn)行保護(hù)。

曾經(jīng)有過(guò)一個(gè)項(xiàng)目選用的浪涌保護(hù)器的壓敏電壓接近于岸橋主回路的額定電壓，而主回路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)造成電源電壓的輕微波動(dòng)，浪涌保護(hù)器偶爾會(huì)工作，導(dǎo)致主回路的電阻瞬間變小，造成絕緣監(jiān)測(cè)裝置誤動(dòng)作。

3.4.2 變壓器二次側(cè)低電阻接地/直接接地

絕大多數(shù)岸橋的主要變壓器二次側(cè)會(huì)配置Y 型連接，由于主要電機(jī)回路中無(wú)需使用到中性線，因此此時(shí)的中性線一般懸空。也有些項(xiàng)目根據(jù)要求，會(huì)將中性線通過(guò)低電阻接地，以防止漏電對(duì)人員造成傷害。

在以往的一個(gè)項(xiàng)目中，直流母排上安裝的IMD（即IMD 安裝于整流單元與逆變單元之間），在整流單元未工作時(shí)，IMD 工作一切正常，而當(dāng)整流單元工作時(shí)，IMD 就報(bào)絕緣故障，通過(guò)排查發(fā)現(xiàn)變壓器二次側(cè)的中性線通過(guò)低電阻接地了，將此中性線懸空后，IMD 在整流單元工作時(shí)可正常工作。

3.5 不安裝IMD 的風(fēng)險(xiǎn)

如果在岸橋的整個(gè)回路中不安裝IMD，當(dāng)回路中的局部出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，將無(wú)法被識(shí)別到，導(dǎo)致電氣元器件無(wú)法正常工作、損壞等情況。

曾經(jīng)有項(xiàng)目就因?yàn)闆](méi)有安裝IMD 而發(fā)生電氣元器件損壞的情況。有幾個(gè)小功率逆變單元損壞，首先排查了這幾個(gè)小功率逆變單元所在回路的所有設(shè)備的絕緣狀態(tài)，包括連接線，除了損壞的逆變單元外，其他的都沒(méi)有問(wèn)題，就自然認(rèn)為是小功率逆變單元的質(zhì)量問(wèn)題所致。而在更換新的逆變單元之后，投入正常工作，發(fā)現(xiàn)逆變單元的直流電壓偶爾會(huì)不正常波動(dòng)，在后續(xù)的排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，這個(gè)不正常波動(dòng)情況只發(fā)生在另外1 個(gè)逆變單元工作時(shí)，最終找到逆變單元所連接的其中1 個(gè)電機(jī)絕緣不好。由于這個(gè)逆變單元連接有多個(gè)電機(jī)，而電機(jī)又不是每次都是額載運(yùn)行，所以這個(gè)逆變單元本身并沒(méi)有受到影響，但是卻影響到了電源。而這個(gè)影響恰好使得小功率逆變單元無(wú)法承受電機(jī)的絕緣出現(xiàn)問(wèn)題，這個(gè)電機(jī)正好是和其他幾個(gè)電機(jī)共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的，但是最終導(dǎo)致了回路中其他幾個(gè)功率較小的驅(qū)動(dòng)器損壞。而在一開(kāi)始的排查過(guò)程中，只排查了這幾個(gè)功率較小的驅(qū)動(dòng)器所連接的電機(jī)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在后來(lái)的排查中，才發(fā)現(xiàn)是這個(gè)電機(jī)的絕緣有問(wèn)題，且所連接的驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有任何故障，并能正常工作。從這個(gè)項(xiàng)目可以看出，如果安裝了IMD，就會(huì)更早發(fā)現(xiàn)絕緣不佳之處，避免更大的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)語(yǔ)

岸邊集裝箱起重機(jī)正在向?qū)I(yè)化、自動(dòng)化、智能化方向等快速發(fā)展，而安全始終是第一位的，絕緣監(jiān)測(cè)裝置的使用可以在提高安全性的同時(shí)，給后續(xù)的維修保養(yǎng)工作帶來(lái)便利。