淺談船舶岸電系統絕緣監測及故障定位需求及應用

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；
0 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，電阻越限時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
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