絕緣檢測在潛水器供電安全的應(yīng)用

摘 要：潛水器在海上作業(yè)時供電安全非常重要。針對潛水器的工作特點，文章通過多個檢測方法的比較，提出了有源檢測方法，在實際中得到較好應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：潛水器；絕緣檢測；供電

1 概述

潛水器作業(yè)過程中面臨復(fù)雜海況和惡劣的工作環(huán)境，且現(xiàn)代潛水器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，因此對可靠性和生存性提出了更高的要求。供電系統(tǒng)作為潛水器各個設(shè)備與電源的橋梁，其健康狀態(tài)是潛水器完成作業(yè)任務(wù)和安全返航的前提。[1]由于電池、設(shè)備、傳輸電纜、傳感器等均會絕緣問題，且由于潛水器工作環(huán)境的特殊性，溫度、鹽度的變化，海水腐蝕都會引起絕緣的損傷和破壞，使絕緣性能下降，電能消耗增加，輕則發(fā)生電化學(xué)腐蝕，影響潛水器正常工作，嚴重時還可能造成次生故障，導(dǎo)致潛水器失事事故。因此，絕緣檢測是潛水器供電系統(tǒng)的一個重要部分。

國外的許多潛水器上均配有絕緣檢測儀，并在設(shè)計和使用上遵循以下要求：

（1）不允許任何設(shè)備將潛水器上的電源和外殼、支架或海水直接導(dǎo)通。

（2）不允許連接到穿艙接插件芯線上的任何設(shè)備將穿艙接插件芯線與潛水器外殼、支架或海水直接導(dǎo)通。

（3）所有連接到穿艙接插件芯線上的設(shè)備都需要在潛水器上的電源和其穿艙線路之間建立通路，以便艙內(nèi)的絕緣檢測儀可以對其進行檢測。

（4）電源隔離的設(shè)備和電池供電的設(shè)備也不能免除上述要求。

2 絕緣檢測方法

潛水器絕緣檢測原理為檢測用電回路與外殼、大地及海水的絕緣關(guān)系，測量通過外殼所產(chǎn)生的電流來評估當(dāng)前絕緣狀況?，F(xiàn)有直流系統(tǒng)絕緣電阻檢測方法主要有電橋法、交流信號注入法、直流漏電流法和有源檢測法，其在潛水器供電系統(tǒng)的應(yīng)用情況如下。

2.1 電橋法

平衡電橋法[2]是一種傳統(tǒng)的接地檢測方法，在潛水器正電源和電源地線上建立一個由等值電阻R組成的電橋，如圖1所示，通過檢測UG的大小可以計算出R1或者R2的電阻值。當(dāng)系統(tǒng)絕緣水平良好時，對地絕緣電阻R1、R2都較大，電橋處于平衡狀態(tài)，此時電壓UG很小。如果R1、R2出現(xiàn)不對等情況，其中一個電阻很小，電壓UG檢測出的數(shù)值將很大。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。但是潛水器電氣系統(tǒng)與陸上電氣系統(tǒng)相比，具有一定的特殊性，如電路比較復(fù)雜，某一供電系統(tǒng)包含多個電平；潛水器漏水多發(fā)生于電源所有極均沒入海水中現(xiàn)象，此時R1、R2等值下降時，由于電橋平衡未被破壞，存在檢測死區(qū)。因此，電橋法較少應(yīng)用于潛水器絕緣性能檢測中。

2.2 交流信號注入法

交流信號注入法[3]的原理如圖2所示，其中R1、R2是供電母線的正負回線對地絕緣電阻。信號發(fā)生器向直流系統(tǒng)中注入2-10Hz的低頻小信號，該信號通過接地故障形成回路，利用交流互感器（CT）檢測穿過其中心的交流漏電流，對CT感應(yīng)出的電壓信號進行放大、檢波后，由控制MCU計算出該線路對地絕緣電阻值，并進行顯示報警。但是，低頻交流信號容易受外界的干擾，另外注入的低頻交流信號增大直流系統(tǒng)的電壓紋波系數(shù)，對于弱電系統(tǒng)影響比較大，不太適合使用在潛水器上。

2.3 直流漏電流法

直流漏電流檢測法采用的是差流檢測的思想如圖3所示：對于任意無節(jié)點支路，流入該支路的電流和流出該支路的電流相等，即差流為0。同理，在一條沒有接地的電源線中，差流為0；如果電源線接地，相當(dāng)于在該支路上增加了一個節(jié)點，差流不等于0。利用安裝在電源線接入端的穿心式直流漏電流傳感器檢測差流的大小和方向，即可以定量監(jiān)測電源線的絕緣狀態(tài)。這種測量方法常應(yīng)用電力供電電路檢測中。但是，潛水器的絕緣性能下降并不一定會在外殼上形成漏電電流，所以也不太適合在潛水器上使用。

2.4 有源檢測法

有源檢測法是一種潛水器上使用的比較理想的檢測方法，如圖4所示。其原理就是相對某一供電回路，通過加裝一個外接電源，設(shè)置一個相對這個回路更低的一個電平測量點。當(dāng)供電回路其中任一個線路或元器件出現(xiàn)絕緣問題，就會通過外殼相對低電平測量點形成電流，通過測量電流則可明確潛水器的絕緣情況。

采用該種有源檢測的方法來測量絕緣情況簡單有效，主要表現(xiàn)在：

（1）設(shè)備裝置原理簡單，元器件很少。

（2）設(shè)備體積較小，一個電路通過波段開關(guān)可以檢測潛水器上的很多供電回路。

（3）不對潛水器上的用電回路產(chǎn)生干擾。

（4）操作方便，運行可靠。

3 應(yīng)用實例

美國ALVIN號載人潛水器在一次連續(xù)兩次的下潛任務(wù)中，當(dāng)潛水器到達海底后均發(fā)生了接地故障。采用有源檢測法兩次故障都得到了準(zhǔn)確定位，即發(fā)生在A組蓄電池組的地端和進入載人球殼的穿艙件之間。為了不影響作業(yè)，潛航員切斷A組蓄電池組的供電回路，下潛繼續(xù)進行。潛水器回收后，機組人員經(jīng)過幾個小時的徹底排查，發(fā)現(xiàn)在某個穿艙件的導(dǎo)線由于水滴滴入導(dǎo)致接地故障。采用油浸泡穿艙件，并用酒精清洗，徹底解決接地故障。

我國某潛水器在下潛過程中，在未達到指定深度時接地電流突然上升到報警值。經(jīng)過潛航員的排查，發(fā)現(xiàn)有一個水下攝像機的供電回路出現(xiàn)漏水問題，潛水器緊急返回。經(jīng)過詳細檢查，發(fā)現(xiàn)水下攝像機水密接插件在壓力作用下出現(xiàn)損壞，事后進行更換，故障點徹底清除。

4 結(jié)束語

絕緣檢測作為潛水器供電安全狀態(tài)評估的重要指標(biāo)，是未來潛水器不可缺少的環(huán)節(jié)。針對潛水器的工作特點，文章通過多個檢測方法的比較，提出的有源檢測方法，在實際中得到較好應(yīng)用。

參考文獻

[1]劉濤，王璇，王帥，等.深海載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)進展[J].中國造船，2012，53（3）：233-243.

[2]王鵬，李貽濤.直流系統(tǒng)接地檢測方法研究[J].科技資訊，2007.

[3]田偉達.直流系統(tǒng)接地故障檢測方法的研究[J].東北電力大學(xué)學(xué)報，2011，31（1）：65-68.

[4]郭宏榆，姜久春，溫家鵬，等.新型電動汽車絕緣檢測方法研究[J].電子測量與儀器學(xué)報，2011，25（3）：253-257.

作者簡介：楊申申（1981-），男，安徽碭山人，碩士，高級工程師，研究方向：潛水器電氣控制。