涠洲12-2WHPA平台在线绝缘监测可视化故障定位系统

涠洲12-2WHPA平台在线绝缘监测可视化故障定位系统

郭伟坚

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司）

摘要：IT配电系统应用在海上平台等重要场所，因意外导致的电源接地会造成人员伤亡、设备故障、生产关停等造成重大损失。安装在线绝缘监测可视化故障定位系统，可在电网发生故障瞬间发出告警，并详细显示发生故障的位置，能迅速引导人员切断故障源、排除问题。不但提高了排障效率，还缩短了电网发生二次故障的隐患时间。

关键词：在线绝缘监测、可视化、故障定位系统

1、概述

涠洲12-2WHPA平台为IT配电系统供电的重要生产场所，交流低压盘400V、230V及115V含有多个变压器及分段母排，电网复杂、用电设备众多。IT配电系统应用在海上平台等重要场所。IT系统如果出现单相接地故障，对地漏电流只能经过系统泄露电容对系统相线构成回路，而系统泄露电容引起的容抗远远大于TN系统中的接地电阻，因此IT系统中的漏电流非常的小，出现第一次漏电故障时，故障电流很小，不会对人或设备造成危险，系统可带故障运行。但此时已处于非正常状态，必须马上予以处理，避免第二次故障的出现。这时会升高母排另外两相的对地电压，造成人员触电风险及设备损坏风险，生产人员须尽快找到并排除绝缘故障点，否则当另外两相发生绝缘低或接地故障时会引起相间短路，造成电网、设备故障及生产关停，如果不安装在线绝缘故障定位系统，不允许大面积停电检查的情况下，生产人员是不可能马上找出故障发生位置的。用电设备中除了有以电动机为主要负载的线性感性负荷外，还含有多台大功率变频器、软启动器、SVG等产生高次谐波的非线性负荷，这些有害的谐波还会严重影响传统母排绝缘检测器的测量结果，造成误报现象。针对以上两个疑难问题，在线绝缘监测可视化故障定位系统不但能从技术上避免谐波的干扰，还能通过可视化界面直观地向生产人员描述出发生绝缘故障的位置，能迅速引导人员切断故障源排除问题，不但提高了维修效率，还缩短了电网发生二次故障的隐患时间。

2、技术思路

2.1.在线绝缘监测故障定位原理

使用VigilohmXML308／XML316绝缘监测定位装置，在每段母排变压器二次侧注入电压，并在接受监测的负载电缆处安装环形互感器，通过检测互感器电流，判断各个负载的绝缘情况。故障定位器通过检测IMD注入的2.5Hz信号，来判别故障电流流经哪个回路。当发现故障时，能通过互感器对故障点进行精确定位。

2.2.设备组网方式

每个变压器二次侧配置一个VigilohmXML308／XML316绝缘监测定位装置，多个绝缘检测定位装置分别在不同母排中，通过XTU300接口（该接口用于多母线安装方式），用于Vigilohm系统和上位机通信。该接口要求安装点有多个母线以及母线断路器。它能排斥同一安装点的其他绝缘监测装置，连接定位器和相应的绝缘监测装置。该接口允许Vigilohm系统和上位机或者PLC通Modbus协议进行通信。传送Vigilohm系统发出的信息，其中包括：1、来自XM300C或者XML308/316检测装置的预报警和故障报警；2、来自XML308/316或者XM308/316故障定位器的故障报警；3、绝缘电阻和电容；4、阈值设置；5、来自XD308C检测器的故障报警和故障回路识别。

2.3.人机界面应用

通过西门子TP1200comfortHMI与S7-1200/S7-300PLC进行组态，将Vigilohm系统发出的信息保存在PLC背景存储器中，通过HMI读取DB数据库，在画面中直观显示受检测设备的状态，用颜色（绿色正常、黄色预警、红色故障等）醒目的提示生产人员哪里发生了故障，在紧急情况下快速给出故障判断，为排除故障减少了漫长的检查时间和停电风险。同时，可根据历史记录，按照故障率高低对设备进行分类，从而分析出故障发生的原因及给出解决方法。

图2.3a

如图2.3a所示，左侧视图为按钮选择区域，通过点按触摸屏切换监控画面。右侧视图为监控阵列，纵向、横向序号分别为受监控设备控制柜的列号、行号，方便查询。当绝缘监测结果都正常时，全部显示绿色（颜色可自定义）。灰色部分无设备故不作绝缘监测，后期如果增加设备后需重新组态参数才能使用。

图2.3b

如图2.3b所示，其中两个设备控制柜编号为003-4、004-4显示黄色，表明该位置设备绝缘虽然没有发生故障，但处于监控预警阀值范围，需要关注并伺机排查隐患。其中一个设备控制柜编号为005-5显示红色，表明该设备绝缘发生故障接地，须立即进行处理。当生产人员对设备故障排查处理完毕后，可通过“确认／复位”触摸按键进行消除报警的操作。

图2.3c

如图2.3c所示，画面右侧显示受绝缘监测故障的历史记录，在横坐标与纵坐标可定位设备序号，通过在对应设备框内的数值显示，告知操作人员设备发生故障的历史次数，该次数不能更改，由系统自动记录；通过在对应设备框内的颜色显示，告知操作人员设备绝缘故障率的高低，在画面右下角有颜色注释。依照此规则，可以看出设备序号为003-4的设备历史发生了3次绝缘故障、设备序号为004-4的设备历史发生了2次绝缘故障，设备序号为020-3的设备历史发生了3次绝缘故障，这三个设备绝缘故障率为中的水平；设备序号为005-5的设备历史发生了6次绝缘故障，设备序号为017-1的设备历史发生了10次绝缘故障，这两个设备绝缘故障率为高的水平，其他设备没有发生过绝缘故障，绝缘故障率为低的水平。

3、作业实施结果

涠洲12-2WHPA平台在充分分析、研究技术可行性的基础上，现场成功实施安装了具有自主研究特色及知识产权的在线绝缘监测可视化故障定位系统。该系统做到了全面监测：8组UPS230V关键设备、8组UPS115V关键设备、40组400V低压设备，其中72路230V低压设备、185个400V低压负载。

4、总结

该系统综合应用了在线绝缘监测、故障定位设备，PLC与Modbus协议通信技术以及先进的人机界面组态画面，完美解决了绝缘故障定位难的问题，适用于所有IT供电系统的场合。该系统随着国内行业对IT供电系统越来越重视将在未来具有极大的发展潜力和应用空间。

参考文献

［1］李刚、蔡旭，《煤矿自动化》，2001年第5期，一种新型的直流绝缘监测及接地点定位综合装置

［2］刘国平，船舶电气与通信，第一版，北京：海洋出版社，2004

［3］周赞强、沈标、李平，一种应用于交流IT系统的高精度绝缘监测仪设计，《电气应用》2015年8期

［4］IEC61557-8Electricalsafetyinlowvoltagedistributionsystemsupto1000Va.c.and1500Vd.c.-Equipmentfortesting,measuringormonitoringofprotectivemeasures–Part8:InsulationmonitoringdevicesforITsystems