淺談海洋石油平臺電氣設(shè)備漏電保護措施

李文年

（中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

海洋石油平臺電氣設(shè)備長期在海上運行，自然環(huán)境惡劣，相對濕度大，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，對海洋石油平臺電氣設(shè)備采取漏電保護措施十分必要。

1 海洋石油平臺上電氣設(shè)備的漏電保護措施及特點分析

漏電保護的基本原理在于檢測、減小甚至切斷漏電電流。鑒于中性點不接地系統(tǒng)具有正常運行時安全性較高及供電可靠性高等優(yōu)點，目前海洋石油平臺的電氣系統(tǒng)多為中性點不接地系統(tǒng)，本文僅對此種系統(tǒng)的漏電保護措施予以分析和描述。

根據(jù)中性點不接地系統(tǒng)的特點，我國電力規(guī)程規(guī)定,中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,單相接地運行時間不應(yīng)超過2小時。這樣，在發(fā)生單相接地故障后，如何快速對發(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)計習(xí)慣等原因，目前海洋石油平臺雖然大多采用中性點不接地系統(tǒng)，但在絕緣監(jiān)測方面，基本上是分段設(shè)置總體絕緣監(jiān)測；當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，配電盤中會有公共報警，但無法對故障回路進(jìn)行精確的定位。維護人員往往需要花費大量的時間和精力查找故障回路，甚至需要停止部分正常運行的設(shè)備以方便檢查，對海洋石油平臺的正常生產(chǎn)和安全都造成了一定的影響。

本文以儲油輪“南海勝利”號為例，著重對一種針對中性點不接地系統(tǒng)的能準(zhǔn)確定位故障回路的絕緣監(jiān)測裝置予以分析，此種絕緣監(jiān)測裝置適用于所有中性點不接地系統(tǒng)的儲油輪或平臺等石油設(shè)施。

“南海勝利”號位于南海東部海域，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)測裝置為德國“BENDER”（本德爾）品牌，系統(tǒng)簡略的單線圖及相應(yīng)配置的絕緣監(jiān)測裝置如圖1所示。

整個系統(tǒng)的工作情況綜述如下：

1.1 440V AC系統(tǒng)

絕緣監(jiān)測系統(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單獨工作。這些系統(tǒng)對所有440V的輸出回路分別予以監(jiān)測，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“PSG配電盤”（PSG switchboard），兩個從EDS1000分別監(jiān)測“SS配電盤”（Ship Service switchboard）和“ 應(yīng) 急 配 電 盤“（Emergency switchboard）。當(dāng)配電盤的母聯(lián)斷路器都閉合時，主EDS1000將控制兩套從EDS1000系統(tǒng)；相應(yīng)的母聯(lián)斷路器打開時，各系統(tǒng)將獨立運行。對于PSG配電盤本身來說，如果母聯(lián)斷路器21打開，主EDS1000無法進(jìn)行監(jiān)測，此種情況下兩個IRDH365將分別負(fù)責(zé)E-7021和E-7022的總體絕緣監(jiān)測，如果E-7021或E-7022發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)只給出公共報警，而不斷開相應(yīng)的回路。

1.2 220V AC，120V AC系統(tǒng)

對于 PSG配電盤（PSG switchboard）和 SS配電盤（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，若有一個回路或更多的回路發(fā)生接地故障時則給出報警信號。對于應(yīng)急配電盤（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，若有一個回路或更多的回路發(fā)生接地故障時，系統(tǒng)將給出報警信號并顯示相應(yīng)的故障回路。UPS的120V AC配電盤由一套RCM 1000進(jìn)行絕緣監(jiān)控，對所有的輸出回路都分別進(jìn)行監(jiān)測，一旦有單相接地故障發(fā)生時，相應(yīng)的回路將會跳閘。

1.3 24V DC系統(tǒng)

所有的24V DC充電器配電盤都由IRDH-365進(jìn)行絕緣監(jiān)控，若有一個回路或更多的回路發(fā)生接地故障時則給出報警信號。

以下以EDS1000(E-7091)為例，說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個絕緣監(jiān)測儀IRDH 1025MYX-1

1個測試單元PGAH 1000

5個評價單元MUAH 1001

2個可編程控制器AD 1060

27塊繼電器卡AK 1010

根據(jù)以上配置，可對162個回路進(jìn)行絕緣監(jiān)測。系統(tǒng)檢測絕緣故障的主要原理為“第二次接地故障”檢測法：在中性點不接地系統(tǒng)中，發(fā)生第一次接地故障時接地電流通常較小，因此，定位故障點的方法是閉合故障電流回路，具體方法是：測試單元PGAH 1000啟動后，其周期性地產(chǎn)生一個可檢測的絕緣故障脈波（實際是模擬高阻第二次接地），最大為30mA,此脈波經(jīng)測試單元、真正接地故障點、PE（接地導(dǎo)線），導(dǎo)線、再回到測試單元，形成一個閉合回路，而此回路將會通過零序電流互感器，其輸出接到評價單元MUAH 1001，評價單元做出分析后若為接地故障則給出相應(yīng)的報警信號。具體運行情況如下：

當(dāng)負(fù)責(zé)總體絕緣監(jiān)測的IRDH 1025MYX-1檢測到系統(tǒng)的絕緣電阻低于設(shè)定值時（5-50 kOhm可調(diào)），將啟動兩塊可編程控制器AD 1060，再由可編程控制器AD 1060啟動測試單元PGAH 1000和繼電器卡AK 1010，進(jìn)入逐個回路掃描的模式，每個回路的零序電流互感器的輸出通過繼電器卡AK 1010分別接到評價單元，當(dāng)有接地故障發(fā)生且故障接地電流>10mA時，評價單元即能檢測到；此種情況下，評價單元顯示“earth fault”（接地故障），并將報警信號轉(zhuǎn)到相應(yīng)回路的繼電器卡AK1010-1，此AK1010-1的紅色報警燈“earth fault”（接地故障）將會亮起；然后，按照同樣的方法，系統(tǒng)將繼續(xù)檢測其余的回路，直到所有回路的檢測完成。

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)測系統(tǒng)可以非常及時地發(fā)現(xiàn)單相接地故障，并且可以自動顯示故障回路或讓故障回路跳閘，極大地提高了維護的便利性，對儲油輪或石油平臺等海洋石油設(shè)施的電氣設(shè)備的安全運行乃至整個設(shè)施的安全都發(fā)揮了非常重要的作用。

2 預(yù)防海洋石油平臺上電氣設(shè)備漏電的一些建議

除了配置合適的絕緣監(jiān)測裝置外，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；電纜也不可以與熱管線交叉,實在不可避免時,兩者要保持一定的安全距離并采取一定的防護措施。設(shè)計時要考慮將電力、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)過處有防水、防爆要求時，要選用電纜筒保護電纜穿過艙壁，其他情況可用電纜框保護電纜穿過艙壁；在計算電纜筒、電纜框的規(guī)格時,要考慮窗口利用系數(shù)。對單根電纜，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)計的重點，配電盤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、水管及蒸氣管線等可能泄漏的管線或容器。

3 結(jié)語

海洋石油平臺電氣設(shè)備工作環(huán)境惡劣，合適的中性點接地方式及相應(yīng)的漏電保護措施十分必要。在越來越倡導(dǎo)人性化設(shè)計以及對安全有更高要求的今天，在進(jìn)行平臺電氣設(shè)計時考慮類似本文所述的自動化程度更高并可以識別故障回路的絕緣監(jiān)測裝置有著非常重要的現(xiàn)實意義。

[1]《海洋石油工程設(shè)計指南》編委會.海洋石油工程設(shè)計指南(第三冊)(海洋石油工程電氣，儀控，通信設(shè)計)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2007.

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