宋兵兵
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801；
摘要：海洋石油开采平台位于大海之上，因受海上潮湿气候影响，海上电气设备绝缘性能会降低，为在低压母排发生绝缘度低或单相接地故障时能锁定故障点，需要增加一套在线绝缘监测与定位系统，定位到故障点，从而精确地定位盘柜上绝缘低的设备，便于及时检修，避免安全隐患，确保设备正常使用，保证油田的安全生产。
关键词：绝缘在线监测，接地故障，倒停
0引言
目前海上某平台400,V低压配电盘原有在线绝缘监测设备只对整个母线系统绝缘进行监测，并不能反映出到底是哪一路负载出现的绝缘故障。由于平台大部分重要电气设备受运行环境工况的影响，倒停非常困难，这也为平台电气人员对接地故障查找带来了非常大的困难，有时甚至使低压盘母线长期处于单相接地故障下运行，给低压母线电力系统运行带来非常大的安全隐患。此外，随着系统的运行变化及扩容等，系统漏电容会发生变化，现有的绝缘监测仪不能自适应系统分布电容(漏电容)的变化。这样会导致绝缘监视仪表失效或给出错误的绝缘阻值。
为了提升低压母排电力系统的绝缘监测水平，当低压母排发生单相接地故障时能锁定故障点并方便现场电气人员及时对接地故障进行排查、解决，需要增加一套在线绝缘监测与定位系统。当系统某个负载发生接地故障时，能定位到故障点，为故障排除节省时间，无需对所有设备进行倒停、排查。
平台400,V低压盘分为A/B两段运行，各有一台35/0.4,kV变压器单独供电。两段母线开关编号分别为ACB1、ACB2，母联开关编号为ACB3，A端共有14面低压配电盘柜，依次为LA1-LA14，共计133个抽屉柜，分别对应133个低压电气设备。
两段母线各采用一台SJY-1交流电网绝缘检测仪进行总的母线绝缘监测，厂家为青岛北洋电气厂。目前，400低压配电盘A段绝缘表显示绝缘为0，B端绝缘正常。因此此次改造主要针对400,V正常低压配电盘A端进行施工。
1改造目的
此次改造的目的，就是要实现对400,V低压配电盘所有电气设备进行绝缘监测，能够及时发现各设备绝缘情况，并对出现绝缘故障的电气设备进行在线定位，便于对故障进行查找及解决。
绝缘在线监测系统主要采集各电气设备的零序电流情况，需要安装零序电流互感器，确认如何将零序电流互感器安装到现场设备之中，并根据现场实际情况确定接入的方法。因为有些电气设备不具备倒停的条件，所以无法断电进行安装，只能在线进行安装，那么是选用开口式电流互感器进行安装。
2绝缘在线监测设计原理
当前绝缘在线监测系统安装于母线上，因此只是对母线整体绝缘情况进行监测；由于安装位置、绝缘表功能不同，导致无法在线监测单个电气设备绝缘情况，无法对绝缘故障情况进行定位，造成了不便于绝缘故障检查的情况。而新增加的绝缘在线监测系统主要工作原理为，绝缘监视仪IRDH575连接在系统和地之间，连续不间断地测量并显示不接地系统(IT系统)内的相线和地之间的绝缘阻值。当系统对地的绝缘阻值降至预先设定的报警值时，绝缘监视仪输出报警信号。绝缘监视仪报警以后，触发其内部的PGH绝缘故障测试电流发生装置对地闭合并发送测试电流信号。该测试电流信号经过绝缘故障点、大地、PGH绝缘故障测试电流发生装置，构成一个完整的回路，安装在发生绝缘故障回路中的测量电流互感器监测到该电流信号后，反馈给绝缘故障定位仪EDS460，从而定位到该回路。绝缘监视仪IRDH575与绝缘定位仪EDS460之间采用RS485通讯，EDS460定位到故障回路后，传输给IRDH575，在面板显示屏上显示故障回路等信息。
2.1绝缘在线监测系统建立
绝缘监视仪IRDH575连接在系统和地之间，连续不间断地测量并显示不接地系统(IT系统)内的相线和地之间的绝缘阻值。当系统对地的绝缘阻值降至预先设定的报警值时，绝缘监视仪输出报警信号。绝缘监视仪报警以后，触发其内部的PGH绝缘故障测试电流发生装置对地闭合并发送测试电流信号。该测试电流信号经过绝缘故障点、大地、PGH绝缘故障测试电流发生装置，构成一个完整的回路，安装在发生绝缘故障回路中的测量电流互感器监测到该电流信号后，反馈给绝缘故障定位仪EDS460，从而定位到该回路。绝缘监视仪IRDH575与绝缘定位仪EDS460之间采用RS485通讯，EDS460定位到故障回路后，传输给IRDH575，在面板显示屏上显示故障回路等信息(见图1、2)。
2.2绝缘监测仪IRDH575安装
主要作用：测量系统绝缘阻值，当绝缘低于设定值时，向系统发送测试电流。安装于ACB1开关盘柜面板，开孔安装，电源及通讯等电缆通过盘柜底部引入，安装图如图3所示。
2.3绝缘故障定位仪EDS460安装
主要作用：每台定位仪采集12回路的零序互感器检测电流，将定位到的信息传输给绝缘监测仪IRDH575。
安装于低压盘柜后，导轨安装，共安装10台，电源及通讯等电缆通过盘柜底部引入，安装图如图4所示。
2.4零序电流互感器安装
主要作用：检测绝缘监测仪IRDH575发出的测试电流，传送给绝缘定位仪EDS460，用于定位。串入于每面低压盘柜的每个回路三相电缆中，采用扎带固定在电缆上，共安装109个回路，二次端引入绝缘故障定位仪，安装图如图5所示。
2.5通讯网关安装
在LA-13盘柜中安装一台COM460网关，将绝缘监测系统通过485通讯转成以太网输出至EMS系统，可实现在EMS或DMS系统上监测并记录系统绝缘及报警情况，安装如图6所示。
3调试和整改
利用低压盘A段负载中一已知绝缘为零回路进行测试本系统是否能够精确定位。安装调试完成后，通过在线监测各电气设备绝缘数据，与原来绝缘监测设备进行数据对比。设定绝缘在线监测报警定值，观察绝缘在线监测系统工作的可靠性。
4改造效果
4.1将绝缘监测及定位系统上电投入使用
400,V系统A段绝缘阻值为371,kΩ，系统绝缘偏低，但尚在正常范围内，绝缘监测仪IRDH575设置报警值为30,kΩ，此时绝缘监测仪无报警(见图7)。
4.2将已知的故障回路上电
故障回路投入后，绝缘监测仪显示绝缘阻值＜1,kΩ，低于设定报警值30,kΩ，报警指示灯亮，启动定位并发出测试电流(见图8)。
4.3定位成功
定位功能启动后，经过短时间的查找，成功定位到故障回路，定位成功指示灯亮起，并在液晶显示屏上显示定位信息，如图9所示定位到的故障回路所接的通道为ADR：12,K10。
4.4定位信息与盘柜回路匹配
通过从绝缘监测仪上读取到定位信息，再根据盘柜回路与绝缘监测仪EDS460的通道对应表(现场安装时统计制作)，可快速查出ADR：12,K10通道对应的负载回路为LA11-8，即LA11盘柜的第8个回路定位的结果与现场实际相符合(见表1)。
4.5绝缘在线监测系统改造经济效益
对设备的全生命周期进行绝缘在线监测。
①通过绝缘在线监测与定位系统的应用，可以迅速查找到发生绝缘故障的电气设备，提高了人员查找故障的工作效率，同时能够实现在线监测设备的绝缘情况，及早对绝缘低下的电气设备进行检修，避免设备故障扩大化。
②通过绝缘在线监测和定位系统的应用，可以及时将发生绝缘故障的电气设备退出电网运行，避免电网长期处于单相接地故障模式运行，能够大大降低400,V低压母排发生两相接地故障的风险。
5绝缘监测及绝缘故障定位产品
5.1绝缘监测及绝缘故障定位产品
AIM-T系列工业用绝缘监测仪
AIM-T系列绝缘监测仪主要应用在工业场所IT配电系统中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款产品，均适用于纯交流、纯直流以及交直流混合的系统。
其中AIM-T300适用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系统，AIM-T500适用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了绝缘故障定位功能。
5.2绝缘故障定位产品
工业用绝缘故障定位产品配合AIM-T500L绝缘监测仪使用，主要包括ASG200测试信号发生器，AIL200-12绝缘故障定位仪，AKH-0.66L系列电流互感器，适用于出线回路较多的IT配电系统。
5.3绝缘监测耦合仪
绝缘监测耦合仪配合AIM-T500绝缘监测仪使用，主要包括ACPD100，ACPD200，适用于交流电压高于690V，直流电压高于800V的IT配电系统。
6技术参数
6.1绝缘监测仪技术参数
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型号 技术指标 |
AIM-T300 |
AIM-T500 |
AIM-T500L |
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|
辅助电源 |
电压 |
AC 85~265V;DC100~300 |
AC 85~265V;DC100~300 |
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|
功耗 |
＜8W |
＜8W |
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|
被监测IT系统 |
电压 |
480V以下的交流、直流以及交直流混合系统 |
690V以下的交流及交直流混合系统、800V以下直流系统 |
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频率 |
40~60Hz |
40~60Hz |
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绝缘监测 |
测量范围 |
1kΩ~5MΩ |
1kΩ~10MΩ |
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报警值范围 |
10kΩ~5MΩ |
10kΩ~10MΩ |
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相对误差 |
1~10k: 10k；10k~5M: ±10% |
1~10k: 10k；10k~10M: ±10% |
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允许系统泄露电容 |
<150μF |
<500μF |
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|
响应时间 |
<6s |
<5s |
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通讯 |
RS485，Modbus-RTU |
RS485，Modbus-RTU |
RS485，Modbus-RTU； |
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内部参数 |
测量电流 |
<170μA |
<270μA |
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|
绝缘故障定位 |
无 |
无 |
有 |
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电磁兼容/电磁辐射 |
IEC61326-2-4 |
IEC61326-2-4 |
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额定冲击电压/污染等级 |
8kV/Ⅲ |
8kV/Ⅲ |
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内部直流电阻 |
≥120kΩ |
≥180kΩ |
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输出 |
继电器输出 |
预警、报警 |
出错、预警、报警 |
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环境 |
工作温度 |
-20~+60℃ |
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|
存储温度 |
-20~+70℃ |
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相对湿度 |
5%~95%，不结露 |
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|
海拔高度 |
≤2500m |
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6.2测试信号发生器技术参数
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辅助电源 |
电压 |
AC 85~265V DC100~300V |
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功耗 |
<7W |
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IT系统 |
额定电压 |
单相交流AC 220V 三相交流 AC 0~690V 直流DC 0~800V |
|
绝缘故障定位 |
响应时间 |
<5s |
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定位电压 |
20V/5Hz |
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|
定位电流 |
0~10mA |
|
|
环境 |
电磁兼容/电磁辐射 |
IEC61326-2-4 |
|
工作温度 |
-15-+55℃ |
6.3绝缘故障定位仪技术参数
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辅助电源 |
电压 |
AC 85-265V DC100~300V |
|
功耗 |
<5W |
|
|
绝缘故障定位 |
响应时间 |
<12s |
|
定位电压 |
无 |
|
|
定位电流 |
无 |
|
|
响应灵敏度 |
>0.5mA |
|
|
输出 |
继电器输出 |
报警Alarm |
|
环境 |
电磁兼容/电磁辐射 |
IEC61326-2-4 |
|
工作温度 |
-15-+55℃ |
6.4 AKH-0.66L系列电流互感器技术参数
|
型号 |
额定电流 |
变比 |
等级 |
过载倍数 |
|
L-45 |
16-100A |
5A：5mA |
1 |
10 |
|
L-80 |
100-250A |
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L-100 |
250-400A |
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L-150 |
400-800A |
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L-200 |
800-1500A |
6.5绝缘监测耦合仪技术参数
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产品型号 |
ACPD100 |
ACPD200 |
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适用系统 |
单相交、直流不接地系统 |
三相交流、直流不接地系统 |
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电压等级 |
交流0~1150V，直流0~1760V |
交流0~1650V，带直流元件0~1300V |
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直流阻抗 |
≥160kΩ |
AK1≥225kΩ |
|
工作温度 |
-10~+55℃ |
|
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存储温度 |
-20~+70℃ |
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|
防护等级 |
IP30 |
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7结语
目前海上平台400,V低压配电盘原有在线绝缘监测设备，只能实现单相绝缘阻值监测，无法达到当低压设备发生单相接地故障时锁定故障点并方便现场电气人员及时对接地故障进行排查、解决的效果。本套绝缘监测及定位系统不仅能更加精确地测量三相与地之间的绝缘阻值，快速定位到故障点，无需对所有设备进行倒停排查，为故障排除节省时间，而且能通过DMS系统对绝缘进行监测和定位，实现对整个系统绝缘故障情况的在线查看。
参考文献
[1]史保壮.变电站高压设备在线监测与诊断技术展望[M].1版.广东：广东电力出版社
[2]宗孔德.数字信号处理及其应用[M].1版.北京：出版社
［3］安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版；
［4］安科瑞IT系统绝缘监测故障定位装置及监控系统（中英文）2020.01版
作者简介：
宋兵兵，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究中低压综合保护及绝缘监测系统， QQ：3007723194 手机：13482141563（微信同号）