邵坤明，張興權(quán)

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通，226116）

0 引言

隨著現(xiàn)代船舶自動化程度的提高，以及船員生活環(huán)境的改善，船舶電氣設(shè)備的數(shù)量逐漸增加，船舶配電網(wǎng)絡(luò)愈發(fā)復(fù)雜。此外，船舶電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，往往會導(dǎo)致船舶電氣設(shè)備出現(xiàn)絕緣故障。當(dāng)船舶電氣設(shè)備絕緣電阻降低或損壞時，可能造成短路，嚴(yán)重時將引發(fā)火災(zāi)，威脅電網(wǎng)系統(tǒng)和船舶的安全。

以某半潛打撈船為例，對低壓絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，以期為各類船舶低壓配電系統(tǒng)的絕緣故障設(shè)計提供一定參考。

1 項(xiàng)目概況

本船為長約250 m、寬約60 m 的四島式，無常規(guī)艏樓，方艉半潛打撈船。船舶航行于無限航區(qū)，具備2 級動力定位（Dynamic Positioning 2，DP2）能力，采用全電力推進(jìn)，可用于大型船舶的整體打撈，以及大型海洋油氣裝備、超大型海上裝備的運(yùn)輸工作。

2 本船配電系統(tǒng)設(shè)計

本船采用三相三線絕緣（Isolated Terra，IT）配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)不接地，且所有電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分設(shè)置保護(hù)接地（Protective Earthing，PE）。IT 配電系統(tǒng)示意圖見圖1。IT 配電系統(tǒng)的供電連續(xù)性較好、安全性較高，對電路和電氣設(shè)備絕緣性能的要求也較高。

圖1 IT 配電系統(tǒng)示意圖

IT 配電系統(tǒng)具有特殊的供電特性，當(dāng)系統(tǒng)第一次出現(xiàn)故障時，不會切斷供電。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第二次故障且故障在不同相時，系統(tǒng)對地構(gòu)成相間短路，線路熔斷器或空氣開關(guān)作出響應(yīng)，線路供電中斷[1]。

綜合考慮IT 配電系統(tǒng)的供電特點(diǎn)以及船級社的相關(guān)要求，本船在400 V 主配電板、230 V 主配電板、應(yīng)急配電板的匯流排上均設(shè)有絕緣監(jiān)測儀（Insulation Monitoring Device，IMD），用于持續(xù)監(jiān)測本船低壓電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)。IMD 能在絕緣電阻異常時發(fā)出報警信號，IMD 的循環(huán)電流不超過30 mA[2-3]，同一個配電板中只能配備一套IMD。

本船配備了綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)，推進(jìn)、作業(yè)、船舶日用負(fù)載均由船舶主電站供電。本船配電系統(tǒng)由2 套6 600 V 配電板、2 套400 V 配電板、2 套230 V配電板、1 套應(yīng)急配電板組成。在DP2 動力定位工況下，本船需要運(yùn)行6 臺主發(fā)電機(jī)，分A、B 兩組進(jìn)行供電，6 臺主發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率超過90%。

與主配電板和應(yīng)急配電板不同，本船的低壓配電板不宜按相同方式設(shè)置IMD。這是由于當(dāng)IMD監(jiān)測到某個支路出現(xiàn)絕緣故障時，將立即發(fā)出報警信號，相關(guān)操作人員需要查找并隔離絕緣故障支路以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。然而，IMD 并不能檢測出哪個支路出現(xiàn)了絕緣故障，往往需要操作人員逐個排查。本船每套配電板上有150 個開關(guān)，逐個排查不僅需要花費(fèi)大量的排查時間，還會影響各支路負(fù)載的正常運(yùn)行。

為提升本船低壓配電系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測水平，在不中斷系統(tǒng)運(yùn)行的情況下能快速準(zhǔn)確地查找并定位故障支路，本船低壓配電系統(tǒng)采用了絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)，不僅方便操作人員對絕緣故障進(jìn)行排查，還能確保電力系統(tǒng)工作的連續(xù)性與可靠性。

3 絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的特點(diǎn)及組成

本船絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)（見圖2）適用于IT 配電系統(tǒng)低壓交流電網(wǎng)的絕緣電阻測量，具有測量準(zhǔn)確、定位迅速、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至外部中控系統(tǒng)，可進(jìn)行本地讀取和遠(yuǎn)程讀取。

圖2 絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)示意圖

絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)由絕緣監(jiān)測裝置、故障定位裝置和剩余電流互感器等3 部分組成。

1）絕緣監(jiān)測裝置

絕緣監(jiān)測裝置是絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的處理中心，自帶發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）操作屏，方便船員日常維護(hù)。

絕緣監(jiān)測裝置具有如下主要功能：（1）不間斷監(jiān)測單套低壓配電板對地絕緣電阻；（2）當(dāng)出現(xiàn)絕緣故障時，能觸發(fā)本地報警裝置；（3）與故障定位裝置間具備數(shù)據(jù)通信功能，當(dāng)某支路出現(xiàn)絕緣故障時能快速啟動故障定位裝置，查找和定位故障支路，并在LED 操作屏上顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)；（4）與中控系統(tǒng)間具備數(shù)據(jù)通信功能，支持中控系統(tǒng)讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)等。

2）故障定位裝置

故障定位裝置是絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集中心，每個故障定位裝置最多可采集16 個支路的相關(guān)數(shù)據(jù)，為每個支路配置唯一的地址，并將采集到的數(shù)據(jù)傳遞至絕緣監(jiān)測裝置。各個故障定位裝置可通過內(nèi)部控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）通信的形式傳遞數(shù)據(jù)。故障定位裝置可根據(jù)設(shè)定的故障閾值，對絕緣故障進(jìn)行檢測并對絕緣故障支路自動定位。

3）剩余電流互感器

剩余電流互感器是絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的基層測量裝置。在測量前，將被測支路的3 相電纜或銅排穿過剩余電流互感器。剩余電流互感器會對通過主電路的剩余電流進(jìn)行檢測，并配合故障定位裝置和絕緣監(jiān)測裝置對剩余電流進(jìn)行分析和判斷。

在絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)絕緣故障報警時，啟用故障定位裝置，故障定位裝置通過剩余電流互感器對絕緣故障的支路進(jìn)行檢測和自動定位，并將內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞至絕緣監(jiān)測裝置。絕緣監(jiān)測裝置可顯示本地絕緣電阻值、漏電電流值、絕緣故障支路信息，并能將相關(guān)報警及故障支路信息通過RS485 串口傳遞至中控系統(tǒng)。

4 絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的應(yīng)用

以本船A 組低壓配電系統(tǒng)為例，對絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)在本船的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。本船A組低壓配電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖3 本船A 組低壓配電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)示意圖

本船A 組低壓配電系統(tǒng)由1 號400 V 低壓配電板、1 號230 V 低壓配電板及相應(yīng)的分電箱組成。綜合考慮絕緣故障對電網(wǎng)及船舶安全運(yùn)行的影響，本船僅在400 V 低壓配電板和230 V 低壓配電板上使用了絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)。

1）1 號230 V 低壓配電板

1 號230 V 低壓配電板共有42 個開關(guān)，為每個開關(guān)的進(jìn)線3 相電纜或銅排安裝1 個剩余電流互感器，用于測量各個支路的漏電電流。1 號230 V 低壓配電板配備了3 套16 路故障定位裝置，用于采集各支路上剩余電流互感器的剩余電流。在變壓器進(jìn)線屏上安裝絕緣監(jiān)測裝置，用于絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取及顯示。

2）1 號400 V 低壓配電板

1 號400 V 低壓配電板共有150 個開關(guān)，為每個開關(guān)的進(jìn)線3 相電纜或銅排安裝1 個剩余電流互感器，用于測量各個支路的漏電電流。1 號400 V低壓配電板配備了10 套16 路故障定位裝置，用于采集各支路上剩余電流互感器的剩余電流。在變壓器進(jìn)線屏上安裝絕緣監(jiān)測裝置，用于絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取及顯示。中控系統(tǒng)對A 組電配電系統(tǒng)的絕緣情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦發(fā)生絕緣故障，會發(fā)出聲光報警提示，方便工作人員及時處理相關(guān)故障。

5 結(jié)論

本文以某半潛打撈船為例，對低壓絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，可得到如下結(jié)論：

1）相對于傳統(tǒng)的斷電排查絕緣故障的方法，絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)更適用于船舶電網(wǎng)較為復(fù)雜的工況。

2）當(dāng)某支路出現(xiàn)絕緣故障時，絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)可在短時間內(nèi)自動定位故障支路，極大提高了現(xiàn)場人員的檢修時間，改善了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，增強(qiáng)了船舶的運(yùn)行安全性。