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淺談船舶電氣接地故障的查找及解決方法

更新時(shí)間:2023-09-12 點(diǎn)擊次數(shù): 368次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定 201801

摘要:隨著現(xiàn)代船舶電氣自動化水平的日益提高,對船舶電力系統(tǒng)供電的安全性和可靠性提

出了更加嚴(yán)格的要求。作為影響供電可靠性因素之一的電氣絕緣性能逐漸成為各方關(guān)注的。文章對電力系統(tǒng)接地故障進(jìn)行分析,并提出查找及解決方法,以期為相關(guān)工程案例提供參考。

關(guān)鍵詞:船舶電氣;接地故障;查找及解決方法

0引言

隨著現(xiàn)代船舶電氣自動化程度的不斷提高,船舶電站容量已由千瓦級發(fā)展到兆瓦級,隨之而來的是電網(wǎng)的絕緣問題更加突出。由于船體之間存在分布電容等因素,電網(wǎng)并非是理想的對“地"絕緣系統(tǒng)。若電網(wǎng)絕緣較差,可能發(fā)生單相接地故障,將產(chǎn)生較大的漏電流或接地故障電流。雖然其電流數(shù)值不足以觸發(fā)保護(hù),但此故障如長期存在,將導(dǎo)致如下后果:1)引起局部發(fā)熱,使絕緣損壞加劇,特別是中壓電系統(tǒng)易產(chǎn)生電弧,甚至引起火災(zāi);2)在接地裝置緊固不牢靠或接地電阻>10m?時(shí),人員誤觸設(shè)備帶電金屬外殼會引發(fā)觸電危險(xiǎn);3)故障進(jìn)一步擴(kuò)大,當(dāng)2根相線接地時(shí),會發(fā)生短路故障,造成開關(guān)跳閘斷電,對船舶航行和人身安全帶來不同程度的危害。為保障電力系統(tǒng)的安全可靠,對電氣系統(tǒng)接地故障類型進(jìn)行分析和快速查找,就顯得尤為重要。

1電氣絕緣電阻對接地故障的影響和解決方法

1.1電纜絕緣性能影響主要因素

1)船舶電氣設(shè)備工作環(huán)境特殊,其長期處于高溫、高濕、高鹽及振動環(huán)境。直流電機(jī)碳刷產(chǎn)生的“碳粉"往往會造成電氣設(shè)備和電纜的絕緣體老化、破損、絕緣電阻下降,導(dǎo)致接地故障的發(fā)生。

2)艦船建造時(shí),照明燈具接線“碰殼"問題往往會導(dǎo)致電氣接地故障;使用“自攻螺釘"來固定安裝在內(nèi)裝板上的設(shè)備時(shí),經(jīng)常由于刺穿電纜絕緣等問題導(dǎo)致電氣接地故障。在船舶建造、修理及日常管理過程中,需要對電氣設(shè)和電網(wǎng)的絕緣性能進(jìn)行定期測量,并將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。必要時(shí)可繪制相應(yīng)的曲線圖,以此來判斷絕緣電阻的變化趨勢,進(jìn)而制訂對電氣設(shè)備和電纜的檢修、更換及保養(yǎng)計(jì)劃。本文將以電力系統(tǒng)中常見的電動機(jī)和電纜為例,分析其絕緣電阻的變化情況。

1.2電動機(jī)絕緣性能分析

1)當(dāng)電動機(jī)絕緣電阻在1M?以上時(shí),電機(jī)處于正常工作狀態(tài),可隨時(shí)投入運(yùn)行。需注意其工作環(huán)境的變化并避免長期在過載臨界值處運(yùn)行電機(jī)。

2)當(dāng)電動機(jī)的絕緣電阻在0.1M?~1M?范圍內(nèi)時(shí),在電機(jī)停止工作后,可利用其自帶的加熱器或燈泡進(jìn)行烘潮操作以提升其絕緣性能。在電動機(jī)重新投入工作前測量其絕緣電阻,若仍未恢復(fù),則嚴(yán)禁工作并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修保養(yǎng)。

3)當(dāng)電動機(jī)的絕緣電阻在0.05M?~0.1M?范圍內(nèi)時(shí),應(yīng)將電動機(jī)進(jìn)行解體清潔、烘烤、浸漆操作,使其絕緣電阻穩(wěn)定在1M?以上。在緊急情況,將電動機(jī)投入使用時(shí),若電動機(jī)絕緣性能降低為受潮所致,可采取“點(diǎn)動"方法以提高其絕緣性能。

4)當(dāng)電動機(jī)遭海水浸漬,絕緣電阻嚴(yán)重降低時(shí),為了避免更換全部繞組,可將海水浸透的電動機(jī)放在溫度為80℃左右的蒸餾水中,浸15h以上,使電動機(jī)內(nèi)的鹽分溶解于蒸餾水。然后,采用真空烤爐加熱干燥繞組,并測量繞組的絕緣值,若絕緣情況改善,則電動機(jī)可繼續(xù)采用。

1.3船用電纜絕緣性能分析

艦船用電纜由于長期運(yùn)行在濕熱、高溫、振動、鹽霧和油霧等不良環(huán)境中,其絕緣材料會逐漸老化,進(jìn)而導(dǎo)致電纜的絕緣性能降低,嚴(yán)重時(shí)甚至引起火災(zāi),危及艦船的航行安全。

1.3.1電纜絕緣電阻測試方法

1)測試設(shè)備:經(jīng)檢定合格的兆歐表。

2)測試電壓選擇:額定電壓為36V~500V的電纜采用500V兆歐表進(jìn)行測量;額定電壓500V~3300V的電纜,采用1000V的兆歐表測量。

3)將電纜與設(shè)備的接線端脫開,令電纜的屏蔽層接地,測量導(dǎo)體和屏蔽層之間的絕緣電阻及芯線與芯線之間的電阻值。

1.3.2檢測依據(jù)

電纜芯線與芯線之間、芯線與地(屏蔽層)之間的冷態(tài)絕緣電阻應(yīng)大于5M?。

1.3.3電纜絕緣檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用

一般情況下,電纜絕緣數(shù)據(jù)檢測只適用于船東計(jì)劃延長艦船使用周期的改裝工程,目的是為了控制改裝成本及避免更換電纜帶來的牽連工程。而對于其他情況,則應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求對電纜進(jìn)行定期更換。

1.4電氣接地故障查找方式

電氣接地故障可通過絕緣狀態(tài)和性能進(jìn)行判斷。當(dāng)電網(wǎng)斷電或設(shè)備未供電前,可根據(jù)便攜式兆歐表測量的靜態(tài)絕緣電阻進(jìn)行判斷;當(dāng)電網(wǎng)帶電時(shí),根據(jù)配電板式兆歐表或交流絕緣監(jiān)測裝置測量得到的動態(tài)電阻進(jìn)行判斷。動態(tài)電阻能較好地反映環(huán)境、介質(zhì)損耗、極化以及機(jī)械振動等因素對電阻的影響,從而更為真實(shí)地反映電網(wǎng)的絕緣狀況。

1.4.1絕緣儀表法查找故障

1)配電盤式絕緣儀表工作原理

配電盤式絕緣儀表電路圖見圖1。當(dāng)船舶電力系統(tǒng)為理想絕緣狀態(tài)時(shí),電網(wǎng)與船體之間無漏電,儀表指針停在∞標(biāo)記處。當(dāng)發(fā)生任意一相接地時(shí),便有電流通過測量電路,電流由整流電源正極到儀表指針正端并通過兆歐表的接地端和電網(wǎng)的接地點(diǎn)構(gòu)成閉合回路。開關(guān)K用于380V和220V網(wǎng)絡(luò)測量轉(zhuǎn)換。配電板式絕緣儀表可指示電網(wǎng)的絕緣電阻數(shù)值,可通過附加聲光報(bào)警器增強(qiáng)報(bào)警的效果。

2)確定故障區(qū)域

在出現(xiàn)接地故障后,首先要確定故障區(qū)域,分析在絕緣儀表發(fā)出報(bào)警時(shí),船舶中分別有哪些電氣設(shè)備正在運(yùn)行、哪些設(shè)備處于惡劣的工作環(huán)境,并對其采用切斷電源的方法進(jìn)行查找。若在切斷相應(yīng)的配電開關(guān)后,報(bào)警消除,則可確定故障發(fā)生點(diǎn)。

通常以線路中每個(gè)開關(guān)作為“結(jié)點(diǎn)"進(jìn)行分段排查[3],排查順序一般為主配電板→區(qū)域配電板→分配電箱→具體用電負(fù)荷。對于照明系統(tǒng),為減少查找的工作量,可使用分割法進(jìn)行排除,將配電開關(guān)后的照明負(fù)載分為2路,利用兆歐表分別測量,然后集中排查電阻較低的一路。

1.4.2交流絕緣測量裝置法查找故障

配電盤絕緣測量儀表只能起到監(jiān)視絕緣狀態(tài)的作用,對于具體故障點(diǎn)還需要人工排查。新型交流絕緣測量裝置不僅能監(jiān)測接地故障,還能快速指出故障位置,進(jìn)而提高了故障排查效率、減輕了艦員的勞動強(qiáng)度。

1)交流絕緣測量裝置的組成

如圖2所示,交流絕緣測量裝置通常包括主機(jī)、液晶顯示器、轉(zhuǎn)換器和傳感器。主機(jī)由CPU板、信號源板、繼電器板、電源、電連接器和接線端子等組成。主機(jī)內(nèi)所有電氣信號通過總線通信方式相互聯(lián)系,主機(jī)通過機(jī)箱上的電連接器及接線端子和外部信號相連。轉(zhuǎn)換器由CPU板、信號放大板及電源板組成,主要完成380V和220V各支路傳感器的輸出信號采集,并與主機(jī)通訊聯(lián)系傳送故障支路號及故障支路阻值。液晶顯示器分別顯示絕緣電阻值、故障支路編號和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等信息,具備實(shí)時(shí)記錄和歷史查詢功能,并配置有操作按鈕。傳感器用于感應(yīng)電網(wǎng)支路的泄漏電流,其輸出信號通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器處理后,向主機(jī)提供故障定位信息。

2)接地故障的查找

當(dāng)三相負(fù)載平衡或無相線接地時(shí),三相電流的瞬時(shí)值之和恒為零,因此,導(dǎo)線周圍的磁通恒為零。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí),三相電流的平衡被破壞,從而引起磁場的變化。傳感器采集磁場變化信息,經(jīng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后提供給主機(jī),進(jìn)而判斷出故障點(diǎn)。

2電氣接地故障的預(yù)防措施

2.1加強(qiáng)管理,提高思想意識

船舶電力系統(tǒng),通常為三相三線絕緣供電系統(tǒng)。當(dāng)線路中發(fā)生一相接地時(shí),只會引起非接地相的電壓升高,電氣設(shè)備仍可正常運(yùn)行。但若不及時(shí)排除,當(dāng)再有一相接地時(shí),則會引起短路故障、開關(guān)跳閘,進(jìn)而對電網(wǎng)供電的可靠性造成不利影響。因此,機(jī)電設(shè)備管理人員應(yīng)加強(qiáng)對接地故障的風(fēng)險(xiǎn)意識,嚴(yán)格遵守規(guī)章制度,切實(shí)避免接地故障的發(fā)生。

2.2定期測量絕緣電阻并做好記錄

1)根據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的電壓等級,選用相應(yīng)的兆歐表。

2)通常情況下,動力網(wǎng)絡(luò)絕緣電阻應(yīng)≥1M?,照明網(wǎng)絡(luò)絕緣電阻應(yīng)≥0.5M?。

3)建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),并將數(shù)據(jù)作為維護(hù)保養(yǎng)的基礎(chǔ)。

2.3加強(qiáng)設(shè)備的管理

1)保持電氣設(shè)備密封的完整性。對于安裝在露天環(huán)境與潮濕處所的電氣設(shè)備,應(yīng)定期觀察密封膠圈的老化程度并及時(shí)進(jìn)行更換。對于帶有填料函的設(shè)備,在電纜引入密封后可用熱縮膠管進(jìn)行密封,這樣可提高密封性能并避免密封膠圈的老化。

2)避免電氣設(shè)備長時(shí)間過載運(yùn)行,防止絕緣部分由于過熱而老化。應(yīng)合理選擇熱繼電器和空氣斷路器并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對過載數(shù)值進(jìn)行整定。

3)設(shè)備接線應(yīng)符合相關(guān)工藝要求,盡量采用冷壓銅頭,避免電纜芯線刺穿絕緣。

4)內(nèi)裝艙室安裝固定相關(guān)設(shè)備時(shí)應(yīng)注意電纜分布情況,避免安裝螺釘刺穿電纜絕緣層。

2.4強(qiáng)化技術(shù)保障,防微杜漸

1)采用變壓器進(jìn)行2次隔離

由于影響電氣設(shè)備絕緣性能的主要因素是潮濕環(huán)境,因此,對于安裝在廚房和浴室等潮濕處所的電氣設(shè)備,采用隔離變壓器進(jìn)行2次隔離,進(jìn)而避免由于上述電氣設(shè)備絕緣性能的降低對電網(wǎng)其他設(shè)備造成影響。

2)采用新型交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)測裝置

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新型交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)測裝置不僅能對電網(wǎng)的絕緣性能進(jìn)行監(jiān)測,還能快速指出接地故障點(diǎn)位置,進(jìn)而為船員快速排除故障提供了技術(shù)保障。

3絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

3.1絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀

AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應(yīng)用在工業(yè)場所IT配電系統(tǒng)中,主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品,均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng),AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

3.2絕緣故障定位產(chǎn)品

工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測儀使用,主要包括ASG200測試信號發(fā)生器,AIL200-12絕緣故障定位儀,AKH-0.66L系列電流互感器,適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

3.3絕緣監(jiān)測耦合儀

絕緣監(jiān)測耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測儀使用,主要包括ACPD100,ACPD200,適用于交流電壓高于690V,直流電壓高于800V的IT配電系統(tǒng)。

4技術(shù)參數(shù)

4.1絕緣監(jiān)測儀技術(shù)參數(shù)

型號

技術(shù)指標(biāo)

AIM-T300

AIM-T500

AIM-T500L

輔助電源

電壓

AC 85~265V;DC100~300

AC 85~265V;DC100~300

功耗

<8W

<8W

被監(jiān)測IT系統(tǒng)

電壓

480V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)

690V以下的交流及交直流混合系統(tǒng)、800V以下直流系統(tǒng)

頻率

40~60Hz

40~60Hz

絕緣監(jiān)測

測量范圍

1kΩ~5MΩ

1kΩ~10MΩ

報(bào)警值范圍

10kΩ~5MΩ

10kΩ~10MΩ

相對誤差

1~10k: 10k;10k~5M: ±10%

1~10k: 10k;10k~10M: ±10%

允許系統(tǒng)泄露電容

<150μF

<500μF

響應(yīng)時(shí)間

<6s

<5s

通訊

RS485,Modbus-RTU

RS485,Modbus-RTU

RS485,Modbus-RTU;

內(nèi)部參數(shù)

測量電流

<170μA

<270μA

絕緣故障定位

電磁兼容/電磁輻射

IEC61326-2-4

IEC61326-2-4

額定沖擊電壓/污染等級

8kV/Ⅲ

8kV/Ⅲ

內(nèi)部直流電阻

≥120kΩ

≥180kΩ

輸出

繼電器輸出

預(yù)警、報(bào)警

出錯、預(yù)警、報(bào)警

環(huán)境

工作溫度

-20~+60℃

-15~+55℃

存儲溫度

-20~+70℃

-20~+70℃

相對濕度

5%~95%,不結(jié)露

5%~90%,不結(jié)露

海拔高度

≤2500m

≤2500m

4.2測試信號發(fā)生器技術(shù)參數(shù)

輔助電源

電壓

AC 85~265V DC100~300V

功耗

<7W

IT系統(tǒng)

額定電壓

單相交流AC 220V

三相交流 AC 0~690V

直流DC 0~800V

絕緣故障定位

響應(yīng)時(shí)間

<5s

定位電壓

20V/5Hz

定位電流

0~10mA

環(huán)境

電磁兼容/電磁輻射

IEC61326-2-4

工作溫度

-15-+55℃

4.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)

輔助電源

電壓

AC 85-265V DC100~300V

功耗

<5W

絕緣故障定位

響應(yīng)時(shí)間

<12s

定位電壓

定位電流

響應(yīng)靈敏度

>0.5mA

輸出

繼電器輸出

報(bào)警Alarm

環(huán)境

電磁兼容/電磁輻射

IEC61326-2-4

工作溫度

-15-+55℃

4.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)

型號

額定電流

變比

等級

過載倍數(shù)

L-45

16-100A

5A:5mA

1

10

L-80

100-250A

L-100

250-400A

L-150

400-800A

L-200

800-1500A

4.5絕緣監(jiān)測耦合儀技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)品型號

ACPD100

ACPD200

適用系統(tǒng)

單相交、直流不接地系統(tǒng)

三相交流、直流不接地系統(tǒng)

電壓等級

交流0~1150V,直流0~1760V

交流0~1650V,帶直流元件0~1300V

直流阻抗

≥160kΩ

AK1≥225kΩ

工作溫度

-10~+55℃

存儲溫度

-20~+70℃

防護(hù)等級

IP30

5結(jié)論

船舶電氣接地故障對電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行極其重要,為了避免接地故障的發(fā)生,應(yīng)從提高安全意識入手,加強(qiáng)對電氣系統(tǒng)絕緣電阻的測量和監(jiān)視。及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患,并采取科學(xué)合理的方法迅速排除,確保船舶和人員的安全。

參考文獻(xiàn):

[1]黃喬鈴.船舶電氣的接地故障及其對應(yīng)處理探究[J].建材與裝飾,2017(30):229-230.

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.8版

[4]安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)(中英文)2022.8版

作者簡介:

劉細(xì)鳳,女,安科瑞電氣股份限公司,主要從事工業(yè)絕緣監(jiān)測的研究和應(yīng)用


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