離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)在海上某平臺的應(yīng)用

劉漢文

摘 要：海上石油平臺的電潛泵一般由電動機、保護器、分離器、潛油電等構(gòu)成，其供電電壓為2000V左右，由400V供電通過升壓變壓器后通過地下電纜到海底油井井底的電潛泵，一般分為兩種供電模式：變頻器控制的電潛泵和普通控制的電潛泵，變頻控制的供電流程：400V開關(guān)柜-變頻器-變頻升壓變-電潛泵，普通控制的電潛泵：400V開關(guān)柜-升壓變-電潛泵。由于是升壓變通過電潛泵中壓供電電纜到達電潛泵，其中壓供電電纜即電力供電電纜特別是交聯(lián)聚乙烯電纜已經(jīng)成為輸送電力的主要環(huán)節(jié)，其絕緣故障是供電電纜的主要故障表現(xiàn)形式，該絕緣故障主要由氣隙、雜質(zhì)、毛刺等因素引起，這些因素在電場、熱力、海水、機械力、環(huán)境等的作用下，會發(fā)生局部放電、水樹枝等形態(tài)的老化，最終形成絕緣低甚至接地等故障。而正常情況下對電潛泵中壓供電電纜及其電潛泵的絕緣性進行測試時需要停電后人工手動通過萬用表或者絕緣表進行測試，嚴(yán)重影響工作效率及海上平臺恢復(fù)生產(chǎn)的實效性，急需一種離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在停產(chǎn)檢修或停電狀況下自動監(jiān)測電潛泵中壓供電電纜及電潛泵的絕緣情況，以便及時的恢復(fù)平臺供電和平臺生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：離線式;中壓絕緣;自動監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TE58 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0153-02

0引言

由于電潛泵中壓供電電纜材料本身及電纜制造、敷設(shè)過程中不可避免地存在缺陷，受運行中的電流、發(fā)熱、海水和環(huán)境等因素的影響，地下電纜主絕緣隨著時間的推移會發(fā)生不同程度的老化，最終導(dǎo)致電潛泵中壓供電電纜逐步老化、其絕緣性逐步降低，海上石油平臺電氣專業(yè)人員的常規(guī)檢測手段是通過萬用表或類似絕緣表對電潛泵中壓供電電纜三相分別對地及三相之間兩兩進行絕緣測試，效率偏低且主要依賴于電氣專業(yè)人員的專業(yè)水平，而常規(guī)的、自動的絕緣檢測手段一般只能監(jiān)測400V及其以下電壓等級的絕緣狀況，對于中高壓供電系統(tǒng)則一直沒有較好的自動檢測方法。而離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)能夠在停電的情況下自動檢測具體回路的海底電纜的絕緣性，該系統(tǒng)通過對電潛泵中壓供電電纜和電潛泵的接地狀況進行實時離線監(jiān)測，提前監(jiān)測絕緣故障及時報警并排除故障，否則當(dāng)另一相接地故障來臨時會瞬間形成相間短路而跳閘斷電，這對正在電潛泵損傷很大，一方面影響海上平臺的生產(chǎn)，另一方面對電潛泵造成損傷。離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)有絕緣故障時觸發(fā)自動的常閉/常開節(jié)點進行自動告警，通知中控系統(tǒng)人員或電氣專業(yè)人員及時處理，極大的縮短了絕緣水平的檢測和停產(chǎn)恢復(fù)供電的時間，尤其是無人平臺或少人化平臺，這種自動絕緣監(jiān)測手段尤為重要。

1系統(tǒng)介紹

本離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套針對電潛泵中壓供電電纜和電潛泵的離線絕緣監(jiān)測與診斷的完整解決方案，適用于2500kV及以下電壓等級的電潛泵中壓供電電纜和電潛泵等設(shè)備的絕緣的狀態(tài)監(jiān)測與診斷。系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場測量、數(shù)據(jù)傳輸，只需在被監(jiān)測設(shè)備上安裝漏電流故障監(jiān)測儀和漏電流故障鎖定儀及耦合儀，即可實施現(xiàn)場測量，并通過現(xiàn)場RS485或以太網(wǎng)把監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到中控系統(tǒng)或第三方系統(tǒng)，海上平臺電氣專業(yè)人員可隨時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果。軟件采用虛擬化技術(shù)，可對漏電流故障監(jiān)測儀和漏電流故障鎖定儀采集到的數(shù)據(jù)進行算法計算、數(shù)據(jù)比對和處理，通過算法對絕緣信號和其它信號進行有效區(qū)分，并通過幅值、絕緣圖譜、絕緣趨勢等數(shù)據(jù)判斷絕緣的嚴(yán)重程度，具有數(shù)據(jù)實時顯示功能，可實時顯示各監(jiān)測點的絕緣狀態(tài)，同時具有歷史數(shù)據(jù)查詢和歷史報警數(shù)據(jù)查詢功能。系統(tǒng)結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可將數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器里，數(shù)據(jù)庫可通過RS485或以太網(wǎng)及通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)庫接入中控系統(tǒng)或第三方系統(tǒng)。

本離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)能有效解決在停電情況下自動檢測電潛泵中壓供電電纜和電潛泵的絕緣，該系統(tǒng)的使用為診斷電潛泵中壓供電電纜及電潛泵的早期缺陷和事故隱患、控制突發(fā)性絕緣事故、監(jiān)測地下電潛泵中壓供電電纜及電潛泵的絕緣性能的好壞提供了有效的信息，并直接影響地下電潛泵中壓供電電纜及電潛泵的安全可靠運行。本系統(tǒng)主要包含：漏電流故障監(jiān)測儀和漏電流故障鎖定儀及耦合儀。

漏電流故障監(jiān)測儀和漏電流故障鎖定儀均采用16位高可靠性工業(yè)級單片機為主體，集成電路采用工業(yè)品或軍品，穩(wěn)定性好、可靠性高，高IP防護等級，滿足防粉塵、防凝露、防鹽霧、防高溫等四防的海洋運行環(huán)境，可長期安全工作于-10℃～+55℃海洋環(huán)境中。全漢化液晶顯示，信息詳細(xì)直觀、操作與調(diào)試方便，尤其帶精確到毫秒級別的時間信息的動作事件記錄便于實時查詢，其事件記錄即使掉電也能保持。時刻監(jiān)視電纜各參數(shù)，對出現(xiàn)的絕緣異常做出準(zhǔn)確的判斷并輸出報警。

漏電流故障監(jiān)測儀和漏電流故障鎖定儀由高性能的單片機控制管理，液晶顯示屏顯示系統(tǒng)當(dāng)前運行狀態(tài)。當(dāng)診斷出地下供電電纜及電潛泵絕緣低時，指示燈及蜂鳴器同時報警、告警繼電器動作，以便于平臺電氣專業(yè)人員及時了解地下電潛泵中壓供電電纜及電潛泵的絕緣狀態(tài)。該裝置具有RS485或以太網(wǎng)通信接口，以便于與中控系統(tǒng)、第三方系統(tǒng)進行通信。

漏電流故障監(jiān)測儀和漏電流故障鎖定儀是一種非破壞性監(jiān)視和測試，由于是離線狀態(tài)下的測試，大大提高了絕緣數(shù)據(jù)的真實性與有效性，有助于及時發(fā)現(xiàn)地下電潛泵中壓供電電纜及電潛泵潛在的絕緣缺陷和故障。

漏電流故障監(jiān)測儀和漏電流故障鎖定儀是針對中性點不接地中壓系統(tǒng)，以監(jiān)測泄露電流及漏電流、介質(zhì)損耗角正切、等值電容等絕緣指標(biāo)為基礎(chǔ)的技術(shù)手段，綜合多種監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點，有效地消除了諧波、零漂、傳感器零飄等帶來的測量誤差，提高了測量的精度和穩(wěn)定性。硬件上采用高精度微電流傳感器檢測中壓電力電纜的泄露電流，通過耦合器提取電壓信號，采用整形濾波放大技術(shù)進行信號處理;軟件上綜合采用了絕對值測量和相對值比較兩種技術(shù)，有效地解決了海上平臺現(xiàn)場干擾環(huán)境下介質(zhì)損耗及阻性電流的精確測量問題，具備較高的絕緣測量精度和較強的抗干擾性能。漏電流故障監(jiān)測儀和漏電流故障鎖定儀的使用能夠有效地絕緣狀況預(yù)診斷告警，防止故障性災(zāi)難的發(fā)生，降低平臺損失，同時可以降低維護成本，減低故障率，減少設(shè)備停運時間、快速恢復(fù)平臺生產(chǎn)。

2系統(tǒng)架構(gòu)

在電潛泵上口的變壓器出線處安裝一臺漏電流故障監(jiān)測儀和一臺離線式漏電流故障鎖定儀，如圖1，分別通過耦合器連至2000V的供電系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測2000V供電系統(tǒng)的地下電潛泵中壓供電電纜及電潛泵的絕緣情況，當(dāng)檢測到系統(tǒng)的絕緣阻值低于設(shè)定值如2M或3M或其它設(shè)定值時，漏電流故障監(jiān)測儀發(fā)出警報，分為絕緣低告警和絕緣低低告警，平臺電氣專業(yè)人員手動斷開該供電回路，離線式漏電流故障鎖定儀隨即啟動，不帶電自動檢測本回路的絕緣情況，檢測到絕緣故障時，離線式漏電流故障鎖定儀發(fā)出警報。

漏電流故障監(jiān)測儀主要特點有：集成定位電流注入器及電壓采集，包括U12、U23、U31、V1、V2、V3、f，電壓不平衡，電能質(zhì)量、THD U、THD V、單次諧波分析U/V、電壓驟降、驟升和中斷（EN 50160）、越限報警等，首創(chuàng)將絕緣監(jiān)測與電力參數(shù)監(jiān)控合二為一的系統(tǒng)。系統(tǒng)采用歐姆OhmScanner技術(shù)，能檢測每個回路的詳細(xì)絕緣值、電阻值和電容值。

耦合器的詳細(xì)參數(shù)主要特點有：額定絕緣電壓等級高達6.3kV、最高電壓可達7.2kV，寬頻率范圍50-400Hz、阻燃等級UL94V-HB，內(nèi)部組件防護等級達到IP64。

漏電流故障鎖定儀主要特點有：最大容許系統(tǒng)泄漏電容是10μF，兩個獨立的可調(diào)響應(yīng)值100kΩ-10MΩ，自帶2個無源節(jié)點的報警繼電器。

離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)具備如下主要特點：采用高精度微電流傳感器，能充分保證絕緣監(jiān)測的精度和線性度;抗電磁沖擊及電網(wǎng)操作沖擊能力強;采用“同步測量、相對比較、趨勢判斷”的動態(tài)診斷機制，提高監(jiān)測系統(tǒng)運行及診斷的可靠性;將微弱泄漏電流采集技術(shù)、EMC技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)應(yīng)用于中壓設(shè)備的絕緣監(jiān)測，用準(zhǔn)確的指標(biāo)反映供電電纜及電潛泵的絕緣狀況。

離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)如下主要功能：實時監(jiān)測供電電纜及電潛泵的泄露電流;實時監(jiān)測供電電纜及電潛泵的三相不平衡度;介質(zhì)損耗實時監(jiān)測及超值報警;地下電潛泵中壓供電電纜及電潛泵絕緣阻值實時監(jiān)測及超值報警。

離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)實時相線對地的絕緣故障阻值，還可監(jiān)測直流電壓組件，它可自適應(yīng)不同的對地容性放電量，最大可達到500pF，響應(yīng)值或臨界值可在規(guī)定的范圍內(nèi)進行設(shè)定并可根據(jù)時間的推移供電電網(wǎng)的分布電容的變化隨時進行調(diào)整。一旦相線對地出現(xiàn)絕緣故障，離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)立即報警，在絕緣阻值低于具體某設(shè)定值時給出報警信號但不中斷輸出，提示平臺電氣專業(yè)人員盡快找出并排除故障，其監(jiān)測的阻抗范圍高達50-2200kΩ。

3結(jié)語

該平臺通過離線式中壓絕緣自動監(jiān)測系統(tǒng)能夠在停電的情況下自動檢測具體回路的地下電潛泵中壓供電電纜及電潛泵的絕緣值，在永久性主絕緣故障發(fā)生以前，能盡早監(jiān)測到主絕緣自恢復(fù)故障及其位置，即可達到2000V海底供電電纜的絕緣的離線監(jiān)測與故障預(yù)警的目的，當(dāng)絕緣阻值低壓有效設(shè)定值時自動告警，極大的縮短了地下電潛泵中壓供電電纜及電潛泵在停電狀況下絕緣的檢測時間和停產(chǎn)恢復(fù)供電的時間，給油田的生產(chǎn)帶了顯著的綜合效益，為其它無人平臺或少人化平臺的中壓設(shè)備的離線式中壓絕緣自動監(jiān)測方案提供了參考思路。

參考文獻

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