带故障定位绝缘监测装置在海洋石油平台低压系统的应用

田志强 李长伟

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

0 引言

海洋石油平台电力系统为孤岛系统，常为单一电源，一旦发生故障断电，不仅会导致平台停产，造成经济效益损失，严重故障时还可能发生触电事故，甚至引起火灾，危及平台的安全，所以油气处理用电设备较多的低压系统一般采用IT系统。IT系统发生单相接地故障时故障电流很小，不足以激励保护装置动作，使故障设备自动跳闸，因此可以维持设备的运行状态不中断，供电连续性较好。但若故障不能及时排除，故障电流和过电压可导致相间短路，造成断电停产并增大发生火灾和人身触电事故的风险。长期以来IT系统发生单相接地故障时只能靠人工逐一断开数百个负载回路来排查，不仅耗时费力，还会破坏设备供电的连续性，另外频繁开断断路器也可能会引起操作过电压。因此有必要安装带故障定位的绝缘监测装置，在发生接地故障时立即报警并定位故障点，从而及时排除故障，保证平台的正常生产和人员安全。

1 IT系统优缺点分析

IT系统示意图如图1所示，即电源变压器二次侧中性点不接地，用电设备外壳接地。海洋石油平台低压配电系统一般不引出N线，也无PE线，用电设备外壳直接经平台钢结构接地。

图1 IT系统示意图

1.1 主要优点

系统发生单相绝缘故障时，故障电流为系统对地电容泄漏电流，数值很小，不会引起继电保护装置动作，保证了供电连续性；故障时线电压保持不变，也就不会影响三相用电设备的正常运行；另外，较小的故障电流形成的接触电压很低，不会对人体造成伤害，以230 V系统中的某两相为例，如图2所示。

图2 230 V系统绝缘故障示意图

1.2 主要缺点

系统发生单相绝缘故障时，虽然故障电流数值较小，但若该电流长时间侵袭电缆和设备的绝缘，可能引起故障点绝缘燃烧，导致相与相之间的故障；单相绝缘故障时非故障相的对地电压会由相电压升高为线电压，长时间不排除故障可使非故障相也出现新的故障，形成两相接地短路；当配电线路过长时，线路分布电容较大，IT系统将等效于TT系统，若发生绝缘故障，故障电流会显著变大，产生危险的接触电压，导致人身触电事故的发生，以230 V系统某两相为例，如图3所示。

图3 长线路IT系统绝缘故障示意图

2 绝缘监测装置原理

绝缘监测即监测系统的绝缘阻抗，基于欧姆定律，一般采用低频电流注入法，系统由后台监视器、绝缘监测主机、故障定位装置和传感器即电流互感器组成，如图4所示。

图4 绝缘监测装置原理与系统组成

绝缘监测主机向低压系统注入低频交流信号，主机内含有对工频电流极高而对低频电流极低的阻抗。当系统没有发生绝缘故障时，该主机可测量系统和每个回路的对地绝缘电阻和泄漏电容，通过设置绝缘阻抗预设值可实现对绝缘故障的预防；当系统发生绝缘故障时，低频电流信号通过故障点经大地回到绝缘监测主机，主机通过计算分析后发出故障报警，故障定位装置通过电流互感器定位故障回路。

3 平台低压系统配置方式

海洋石油平台低压系统包括400 V系统和230 V系统。400 V系统电源侧一般为两台变压器供电，双母线带常开母联，正常工况下分列运行，应急工况下由应急柴油发电机供电，主要为油气处理用电设备供电，回路可达数百个。230 V系统电源侧为单台变压器供电，主要为照明小功率和电伴热系统供电，每个230 V照明或伴热系统回路数一般为一百个左右。

400 V系统绝缘监测装置可按图5配置，每个电源进线处配备一台绝缘监测主机，以便满足不同工况下的绝缘监测。需要注意的是，在正常工况和黑启动等工况下，当一个系统内有两台及以上绝缘监测主机时，须保证只能有一台主机向系统注入低频电流，否则会导致绝缘监测结果不准确。因此，有必要把电源进线开关和母联开关的状态接入各监测主机并设置联锁。

图5 平台400 V系统绝缘监测装置配置方式

考虑到400 V系统负载回路较多，若为每个回路都安装绝缘故障定位装置，投资较大，可选择只为工艺流程或安全所需的重要回路安装故障定位装置，其他回路可在故障报警后使用便携故障定位器人工定位，而无需断开每个回路。

230 V系统与单个400 V系统类似，可采用相同的配置方式。

4 结语

为海上石油平台低压IT系统配置绝缘监测装置后，不仅可在线监测系统的绝缘电阻和泄漏电容，还可对部分重要回路的绝缘阻抗进行监测，预防绝缘故障的发生。发生绝缘故障后，绝缘监测装置能发出报警并自动或人工定位故障回路，可及时切除故障回路，杜绝二次故障的发生，保证供电连续性，提高系统安全性。