李文年
(中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司,廣東 深圳 518067)
海洋石油平臺(tái)電氣設(shè)備長(zhǎng)期在海上運(yùn)行,自然環(huán)境惡劣,相對(duì)濕度大,有鹽霧、油霧,霉菌,凝露,甚至腐蝕性氣體,這些因素都對(duì)電氣設(shè)備極為不利,或使電氣設(shè)備的絕緣電阻電阻下降,或使絕緣材料老化受損,增加了電氣設(shè)備漏電的幾率。漏電不僅可能造成相關(guān)人員的觸電事故,而且漏電還可能引燃平臺(tái)上易燃?xì)怏w或油蒸汽造成更大的事故和人員傷亡。因此,對(duì)海洋石油平臺(tái)電氣設(shè)備采取漏電保護(hù)措施十分必要。
漏電保護(hù)的基本原理在于檢測(cè)、減小甚至切斷漏電電流。鑒于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有正常運(yùn)行時(shí)安全性較高及供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn),目前海洋石油平臺(tái)的電氣系統(tǒng)多為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),本文僅對(duì)此種系統(tǒng)的漏電保護(hù)措施予以分析和描述。
根據(jù)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn),我國(guó)電力規(guī)程規(guī)定,中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),單相接地運(yùn)行時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2小時(shí)。這樣,在發(fā)生單相接地故障后,如何快速對(duì)發(fā)生故障的回路進(jìn)行定位十分關(guān)鍵。然而,由于總體投資控制和設(shè)計(jì)習(xí)慣等原因,目前海洋石油平臺(tái)雖然大多采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),但在絕緣監(jiān)測(cè)方面,基本上是分段設(shè)置總體絕緣監(jiān)測(cè);當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),配電盤(pán)中會(huì)有公共報(bào)警,但無(wú)法對(duì)故障回路進(jìn)行精確的定位。維護(hù)人員往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力查找故障回路,甚至需要停止部分正常運(yùn)行的設(shè)備以方便檢查,對(duì)海洋石油平臺(tái)的正常生產(chǎn)和安全都造成了一定的影響。
本文以?xún)?chǔ)油輪“南海勝利”號(hào)為例,著重對(duì)一種針對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的能準(zhǔn)確定位故障回路的絕緣監(jiān)測(cè)裝置予以分析,此種絕緣監(jiān)測(cè)裝置適用于所有中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的儲(chǔ)油輪或平臺(tái)等石油設(shè)施。
“南海勝利”號(hào)位于南海東部海域,屬于中海油深圳分公司流花油田的一部分,船上的電力系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地的方式,主要電源規(guī)格為440V AC、220V AC、120V AC、24V DC,交流電源的頻率為60Hz;按電源的重要性分類(lèi)可分為主電源、應(yīng)急電源、不間斷電源(UPS電源)。整套絕緣監(jiān)測(cè)裝置為德國(guó)“BENDER”(本德?tīng)枺┢放?,系統(tǒng)簡(jiǎn)略的單線(xiàn)圖及相應(yīng)配置的絕緣監(jiān)測(cè)裝置如圖1所示。
整個(gè)系統(tǒng)的工作情況綜述如下:
絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置為“主-從”結(jié)構(gòu),由一套主EDS1000和兩套從EDS1000組成,可以一起工作也可以分開(kāi)單獨(dú)工作。這些系統(tǒng)對(duì)所有440V的輸出回路分別予以監(jiān)測(cè),如果發(fā)生單相故障,將使相應(yīng)的回路跳閘。主EDS1000(E-7091)監(jiān)測(cè)“PSG配電盤(pán)”(PSG switchboard),兩個(gè)從EDS1000分別監(jiān)測(cè)“SS配電盤(pán)”(Ship Service switchboard)和“ 應(yīng) 急 配 電 盤(pán)“(Emergency switchboard)。當(dāng)配電盤(pán)的母聯(lián)斷路器都閉合時(shí),主EDS1000將控制兩套從EDS1000系統(tǒng);相應(yīng)的母聯(lián)斷路器打開(kāi)時(shí),各系統(tǒng)將獨(dú)立運(yùn)行。對(duì)于PSG配電盤(pán)本身來(lái)說(shuō),如果母聯(lián)斷路器21打開(kāi),主EDS1000無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè),此種情況下兩個(gè)IRDH365將分別負(fù)責(zé)E-7021和E-7022的總體絕緣監(jiān)測(cè),如果E-7021或E-7022發(fā)生單相接地故障時(shí),系統(tǒng)只給出公共報(bào)警,而不斷開(kāi)相應(yīng)的回路。
對(duì)于 PSG配電盤(pán)(PSG switchboard)和 SS配電盤(pán)(Ship Service switchboard)一般性的220V AC和120V AC負(fù)載及控制電源,由IRDH-365進(jìn)行絕緣監(jiān)控,若有一個(gè)回路或更多的回路發(fā)生接地故障時(shí)則給出報(bào)警信號(hào)。對(duì)于應(yīng)急配電盤(pán)(Emergency switchboard)和UPS的220V AC負(fù)載,由一套EDS-470裝置進(jìn)行絕緣監(jiān)控,若有一個(gè)回路或更多的回路發(fā)生接地故障時(shí),系統(tǒng)將給出報(bào)警信號(hào)并顯示相應(yīng)的故障回路。UPS的120V AC配電盤(pán)由一套R(shí)CM 1000進(jìn)行絕緣監(jiān)控,對(duì)所有的輸出回路都分別進(jìn)行監(jiān)測(cè),一旦有單相接地故障發(fā)生時(shí),相應(yīng)的回路將會(huì)跳閘。
所有的24V DC充電器配電盤(pán)都由IRDH-365進(jìn)行絕緣監(jiān)控,若有一個(gè)回路或更多的回路發(fā)生接地故障時(shí)則給出報(bào)警信號(hào)。
以下以EDS1000(E-7091)為例,說(shuō)明其工作原理及組成部分,如圖2(局部)和圖3所示。
系統(tǒng)主要包括:
2塊電源供應(yīng)卡AN 1002
1個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)儀IRDH 1025MYX-1
1個(gè)測(cè)試單元PGAH 1000
5個(gè)評(píng)價(jià)單元MUAH 1001
2個(gè)可編程控制器AD 1060
27塊繼電器卡AK 1010
根據(jù)以上配置,可對(duì)162個(gè)回路進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)檢測(cè)絕緣故障的主要原理為“第二次接地故障”檢測(cè)法:在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,發(fā)生第一次接地故障時(shí)接地電流通常較小,因此,定位故障點(diǎn)的方法是閉合故障電流回路,具體方法是:測(cè)試單元PGAH 1000啟動(dòng)后,其周期性地產(chǎn)生一個(gè)可檢測(cè)的絕緣故障脈波(實(shí)際是模擬高阻第二次接地),最大為30mA,此脈波經(jīng)測(cè)試單元、真正接地故障點(diǎn)、PE(接地導(dǎo)線(xiàn)),導(dǎo)線(xiàn)、再回到測(cè)試單元,形成一個(gè)閉合回路,而此回路將會(huì)通過(guò)零序電流互感器,其輸出接到評(píng)價(jià)單元MUAH 1001,評(píng)價(jià)單元做出分析后若為接地故障則給出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。具體運(yùn)行情況如下:
當(dāng)負(fù)責(zé)總體絕緣監(jiān)測(cè)的IRDH 1025MYX-1檢測(cè)到系統(tǒng)的絕緣電阻低于設(shè)定值時(shí)(5-50 kOhm可調(diào)),將啟動(dòng)兩塊可編程控制器AD 1060,再由可編程控制器AD 1060啟動(dòng)測(cè)試單元PGAH 1000和繼電器卡AK 1010,進(jìn)入逐個(gè)回路掃描的模式,每個(gè)回路的零序電流互感器的輸出通過(guò)繼電器卡AK 1010分別接到評(píng)價(jià)單元,當(dāng)有接地故障發(fā)生且故障接地電流>10mA時(shí),評(píng)價(jià)單元即能檢測(cè)到;此種情況下,評(píng)價(jià)單元顯示“earth fault”(接地故障),并將報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)到相應(yīng)回路的繼電器卡AK1010-1,此AK1010-1的紅色報(bào)警燈“earth fault”(接地故障)將會(huì)亮起;然后,按照同樣的方法,系統(tǒng)將繼續(xù)檢測(cè)其余的回路,直到所有回路的檢測(cè)完成。
根據(jù)以上介紹可知,按照BENDER系統(tǒng)的工作方式,此套絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以非常及時(shí)地發(fā)現(xiàn)單相接地故障,并且可以自動(dòng)顯示故障回路或讓故障回路跳閘,極大地提高了維護(hù)的便利性,對(duì)儲(chǔ)油輪或石油平臺(tái)等海洋石油設(shè)施的電氣設(shè)備的安全運(yùn)行乃至整個(gè)設(shè)施的安全都發(fā)揮了非常重要的作用。
除了配置合適的絕緣監(jiān)測(cè)裝置外,還需要注意其它相關(guān)的預(yù)防措施,如:確定好主干電纜的走向及通道,使之遠(yuǎn)離熱源及油管線(xiàn);電纜也不可以與熱管線(xiàn)交叉,實(shí)在不可避免時(shí),兩者要保持一定的安全距離并采取一定的防護(hù)措施。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮將電力、自控及通信電纜的分層敷設(shè),高壓電力電纜與低壓電力電纜分層敷設(shè),因此要考慮對(duì)電纜橋架的分層布置。電纜束穿艙壁視情況選用電纜筒或電纜框,在電纜經(jīng)過(guò)處有防水、防爆要求時(shí),要選用電纜筒保護(hù)電纜穿過(guò)艙壁,其他情況可用電纜框保護(hù)電纜穿過(guò)艙壁;在計(jì)算電纜筒、電纜框的規(guī)格時(shí),要考慮窗口利用系數(shù)。對(duì)單根電纜,則選用電纜管或填料函。配電室及主控室內(nèi)電氣設(shè)備布置是設(shè)計(jì)的重點(diǎn),配電盤(pán)柜及配電箱的布置一定要合理,既要符合施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,又要方便操作及維修。在其上方和后面不可有油管、水管及蒸氣管線(xiàn)等可能泄漏的管線(xiàn)或容器。
海洋石油平臺(tái)電氣設(shè)備工作環(huán)境惡劣,合適的中性點(diǎn)接地方式及相應(yīng)的漏電保護(hù)措施十分必要。在越來(lái)越倡導(dǎo)人性化設(shè)計(jì)以及對(duì)安全有更高要求的今天,在進(jìn)行平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)時(shí)考慮類(lèi)似本文所述的自動(dòng)化程度更高并可以識(shí)別故障回路的絕緣監(jiān)測(cè)裝置有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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