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淺談船舶岸電系統絕緣監測及故障定位需求及應用

發表時間:2022-12-08  |  點擊率:137
  摘 要:隨著現代船舶發展,船舶電氣化程度越來越高,船舶電站的的容量也越來越大,隨之而來的是電網的絕緣問題更加復雜化。船舶電力系統一般采用IT系統,即不接地系統。由于電網是不接地系統,單相接地產生的接地故障電流較小,不足以觸發保護設備動作。如果故障狀態保持不去排查和處理,將導致局部發熱,使得絕緣損壞加劇,嚴重可能引起火災。船舶電力供配電系統需要可以實現絕緣監測及故障定位的方案,絕緣監測可以實時監測系統的絕緣情況,故障定位可以在發生故障時查找定位出故障回路,幫助船員快速判斷故障點,及時切除故障回路及排查故障。從效益層面來講,絕緣監測及故障定位方案可以為用戶提供絕緣狀態報警,提醒設備維護,快速定位節約維護、維修和保養成本。
 
  關鍵詞:船舶電氣;IT系統;不接地系統;絕緣監測;故障定位;接地故障;
 
  項目背景
 
  隨著現代船舶發展,船舶電氣化程度越來越高,船舶電站的的容量也越來越大,隨之而來的是電網的絕緣問題更加復雜化。船舶電力系統一般采用IT系統,即不接地系統。IT系統的優點是發生單相接地時不會出現TN-S系統直接短路跳閘而導致供電中斷,可以短時間帶故障運行,直到工作人員排除故障后再次恢復到正常絕緣狀態,從而保證了船舶供配電系統的連續性和可靠性。
 
  由于船體之間存在分布電容等因素,電網并非是理想的對“地”絕緣系統。若電網絕緣情況較差,可能會引發絕緣故障,嚴重時發生單相接地故障。由于電網是不接地系統,單相接地產生的接地故障電流較小,不足以觸發保護設備動作。但是如果故障狀態保持不去排查和處理,將導致局部發熱,使得絕緣損壞加劇,嚴重可能引起火災。也可能會將事故進一步擴大,當兩根相線接地時,會發生短路故障,造成斷路器跳閘,對船舶航行和人身安全帶來不同程度的危害。
 
  船舶主配電板及分配電箱一般會配置絕緣監測儀,當發生絕緣故障時,快速反應,及時報警。但是對絕緣故障點的定位(查找)只能依靠人工對數百條負載支路逐條斷電來實現,耗費人工和時間,而且需要短暫停電實現判斷,無法持續供電。
 
  因此,船舶電力供配電系統需要可以實現絕緣監測及故障定位的方案,絕緣監測可以實時監測系統的絕緣情況,故障定位可以在發生故障時查找定位出故障回路,幫助船員快速判斷故障點,及時切除故障回路及排查故障。從效益層面來講,絕緣監測及故障定位方案可以為用戶提供絕緣狀態報警,提醒設備維護,快速定位節約維護、維修和保養成本。
 
  1 方案介紹
 
  船舶供配電系統一般采用主配電板(main Switch board)和應急配電板(emergency Switch board)配合的方式,其中,正常情況下,主配電板由多組柴油發電機供電,多個設備正常運行,當主配電板失電或者檢修時,應急柴油發電機啟動,由應急配電板供電。當船舶在碼頭時,由高壓岸電給船舶供電。
 
  船舶供配電系統簡化如下圖所示。
 
  在主配電板和應急配電板分別設置絕緣監測及故障定位方案,絕緣監測及故障定位方案主要由絕緣監測儀(IMD:Insulation monitor device)、測試信號發生器(TSG:test signal Generator)、絕緣故障定位儀(IFL:insulation fault locator),監測互感器(ZCT:zero current transformer)組成,如下表所示:
 
       2 0L絕緣監測儀具有以下功能:
 
  實時監測IT系統的對地絕緣電阻,電阻越限定時間啟動故障預警或報警功能;繼電器報警輸出、LED報警輸出等多種故障指示方式;事件記錄功能,方便操作人員查看分析故障類型和發生時間,判斷系統運行狀況;自檢功能,可一鍵實現儀表硬件電路的故障自檢;斷線監測,實時監測PE/KE功能接地線連線狀況;一路RS485接口,標準Modbus-RTU協議;一路CAN通訊,自定義協議,用于和信號發生器、故障定位儀信息交互;應用范圍廣,適用于交流、直流以及交直流混合IT系統。
 
  ASG200測試信號發生器具有以下功能:
 
  指示故障所在相線;支持手動啟動定位用于測試通訊線路;采用CAN總線技術,方便與系統內其它設備進行數據交互。
 
  AIL200-12絕緣故障定位儀具有以下功能:
 
  定位并指示故障所在支路;單個AIL200-12多可定位12個回路;每個IT系統多可接90只定位儀,總計定位1080回路;采用CAN總線技術,方便與系統內其它設備進行數據交互。配合使用AKH-0.66L系列電流互感器作為監測互感器,變比1000:1,按照回路額定電流選擇合適孔徑。
 
  3 技術指標
 
  AIM-T500L絕緣監測儀技術指標
 
       4 結論
 
  船舶供配電系統的絕緣及接地故障對電網的安全可靠運行很重要,為了避免接地故障及短路故障的發生,應提高安全意識,加強對電氣系統絕緣電阻的測量和監視。及早發現潛在的故障隱患,并采取科學合理的方法迅速排除,確保船舶和人員的安全。對船舶供配電系統進行絕緣監測及故障定位,對保障船舶電力系統的安全及航行安全具有重要意義。
 
  參考文獻
 
  [1]孫張慧.船舶電氣接地故障的查找及解決方法[J].船舶標準化工程師,2021,第54卷(6): 59-62
 
  [2]邱偉偉.船舶電氣接地故障的查找及防治探討[J].科技風,2020,(1): 129-130
 
  [3]呂錦釗,馮凱,李俊瑋,劉峰.艦船交流電網絕緣監測及故障定位研究[J].廣東造船,2021,第40卷(3): 95-98
 
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