绝缘监测及故障定位在码头岸电配电系统的应用
时间：2022-02-28 阅读：406
1、 概述
岸电系统是船舶停靠码头时的供电系统，船舶靠岸后，除了日常生活用电外，船舶上许多电气设备仍然需要工作，这些设备主要同码头的岸电箱来供电。考虑到船舶供电系统为IT系统，为了保护供电系统的安全，岸电系统也多为IT系统（或ITn系统，即引出中性线的IT系统），系统配置绝缘监测装置来监测IT系统的初次接地故障，防止两相同时出现接地故障时，引起岸电保护装置动作。国家行业标准JTS155-2019《码头岸电设施建设技术规范》中也提到码头岸电设施的低压配电系统宜采用IT方式，若采用TN方式的配电系统应通过隔离变压器向船舶供电。
安科瑞AIM-T系统绝缘监测产品及绝缘故障定位产品适用于交流额定电压690V和直流800V及以下的不接地系统，用于实时监测系统对地的绝缘状况，当系统出现绝缘故障时，能发出报警信号，绝缘故障定位产品可以定位出故障回路，方便工作人员进行故障排查。可以应用在岸电的IT（或ITn）系统中，实时监测系统的运行状况。
2、 应用场所
港口码头变电所低压配电系统、岸电箱。
3、 应用方案
下面以某工程为例介绍绝缘监测及定位系统的应用方案。
该工程为新建码头一座，长为480m，宽20m；引桥二座，其中东引桥长194m，宽8m，西引桥长100m，宽8m。工程设计了陆域变电所和码头变电所，其中码头变电所与码头相连，从陆域变电所引来一路10kV电源，内设10kV中压开关柜，2台1000kVA 10/0.4kV干式变压器。 码头变电所内10kV侧采用单母线形式运行，0.4kV采用单母线分段运行方式，正常运行时，0.4kV母线分段断路器打开，两台配电变压器分列运行，各带一段母线，当一台变压器退出运行时，母线分段断路器闭合，由另一台配电变压器供本所内的全部一、二级负荷。当退出运行的变压器恢复供电时，系统自动复位为正常运行方式。码头变电所主要负荷为岸电箱，共设置了7台岸电箱，每个岸电箱功率为250kW，提供一艘靠泊船的供电。
码头变电所低压配电系统接地保护为ITn系统，低压部分设绝缘监测及定位系统。码头变电所低压主接线图及其绝缘监测和绝缘故障定位方案分别如图1和图2所示。
在主接线图上，变压器出线采用中性点引出的IT系统，绝缘监测和测试信号发生器安装在进线柜内，绝缘故障定位仪安装在各配电柜内。绝缘监测仪接在母线与地线之间，用于监测变压器二次侧0.4kV低压系统对地的绝缘状态，若低压母线或某支路出现接地故障，绝缘监测仪将发出故障报警信号，提醒工作人员进行故障排查。信号发生器也接在系统和地之间，在故障时向系统和地之间注入定位信号，由分布于各配电柜内的绝缘故障定位仪定位绝缘故障所在回路。
图1 码头变电所低压主结线图一
图2 码头变电所低压主接线图二
岸电箱为岸侧电力系统向停靠码头的船舶提供电能的重要设备，本系统共设置了7台岸电箱，其输入电源分别引自不同的低压出线柜。图3为岸电箱接线图，配置了绝缘故障定位仪，用于配合变压器出线侧的绝缘监测仪和测试信号发生器，实现本岸电箱内各支路绝缘故障定位功能。
图3 岸电箱接线图
为了方便系统的监测和管理，提高管理效率，本方案在变电所值班室内还配置了Acrel-2000A/L绝缘监测及故障定位系统，该系统通过RS484总线（图中绿色通讯线）将绝缘监测仪与后台主机连接，用于实时监测各ITn系统的绝缘状态及故障回路。绝缘监测仪和测试信号发生器、各绝缘故障定位仪之间通过CAN总线（图中红色通讯线）连接，用于同一ITn系统内，各监测仪表之间的数据交互。后台监护主机采用了1台10.2寸的触摸屏，安装在壁挂式箱内，并配置相应的报警指示装置。该工程绝缘监测及故障定位系统图如图4所示。
图4 绝缘监测及定位系统图
该工程中绝缘监测及定位系统设备选型如下表所示。
表1：
序号 | 设备名称 | 设备型号 | 单位 | 数量 |
1 | 绝缘监测及定位监控器 | Acrel-2000L/A | 套 | 1 |
2 | 绝缘监测仪 | AIM-T500L | 台 | 2 |
3 | 测试信号发生器 | ASG200 | 台 | 2 |
4 | 绝缘故障定位仪 | AIL200-12 | 台 | 14 |
5 | 剩余电流互感器 | AKH-0.66/L-45 | 只 | 14 |
6 | 剩余电流互感器 | AKH-0.66/L-100 | 只 | 35 |
7 | 剩余电流互感器 | AKH-0.66/L-150 | 只 | 7 |
4、 Acrel-2000A/L绝缘监测及故障定位系统功能介绍
Acrel-2000L/A绝缘监测系统设备采用壁挂式安装的方式，可安装于墙壁上，通过通讯总线采集现场的绝缘监测仪的监测数据，实现远程故障报警等功能。具体功能如下：
v 回路监测
Acrel-2000L/A绝缘监测系统设备上电进入工作状态后，默认为“回路监测”界面，在此界面可观察到现场的一次系统图以及具体的数据显示。
v 参数设置
参数设置需要用户点击“用户登录”，默认用户为admin，默认登录密码为 0001，可通过登录界面修改密码。
此界面可以设置更改系统时间，如果主界面时间显示不对，可以登录后进行时间更改，完成后点击保存修改。
登录后，当前用户显示用户名称，此时点击“参数设置”按钮进入参数设置界面，可以单个回路的绝缘监测仪的预警值和告警值。当测得绝缘阻值超出设定值时，触摸屏显示告警并且蜂鸣器鸣叫。设置好参数之后，点击“设置”按钮，更改绝缘监测仪设定值。
v 报警信息
点击报警记录，进入报警记录界面，显示告警发生情况。当仪表发生报警时，主界面显示报警，并且蜂鸣器鸣叫，此界面显示出报警提示。接触报警后，蜂鸣器关闭。
v 曲线查看
点击曲线查询按钮，进入“曲线查看”界面，每一个页面存有4条曲线，根据现场实际情况显示。每1小时记录一次温度，可以存储30天。具体曲线要求可在屏上自行调节。
5、 产品选型
型号及名称 | 型号 | 功能 |
AIM-T500L 绝缘监测仪 |
| l 可监测690V以下交流及交流混合的不接地系统对地电阻和电容，具有故障预警和报警功能； l 1路RS485通讯，1路CAN通讯，2路继电器输出； l 自检功能；20条事件记录； l 支持绝缘故障定位功能。 |
ASG200 测试信号发生器 |
| l 1路CAN接口，可与其它设备进行数据交互。 l 当系统发生绝缘故障时，可产生故障定位信号注入系统中，配合绝缘故障定位仪定位故障回路。 l 具有绝缘故障所在相线指示功能。 |
AIL200-12 绝缘故障定位仪 |
| l 1路CAN接口，可与其它设备进行数据交互。 l 当系统发生绝缘故障时，配合测试信号发生器实现绝缘故障回路定位功能，可定位12个回路。 |
6、 技术指标
辅助 电源 | 电压 | AC85~265V DC120~370V | 适用电压等级 | 系统电压 | AC0~690V DC 0~800V |
功耗 | <8W | 频率范围 | 40~460Hz | ||
绝缘 监测 | 绝缘电阻测量范围 | 1k~10MΩ | 环境 | 工作温度 | -15~+55℃ |
预警、报警值范围 | 10k~10MΩ | 存储温度 | -20~+70℃ | ||
响应时间(Ce=1uF) | <5s | 相对湿度 | <95%，不结露 | ||
允许系统泄漏电容 | <500μF | 海拔高度 | ≤2500m | ||
内部参数 | 测量电压 | <50V | 输出 | 继电器输出 | 出错、预警、报警 |
测量电流 | <270μA | 通讯 | RS485，Modbus-RTU CAN，自定义 | ||
内部直流阻抗 | ≥180kΩ | 额定冲击电压/污染等级 | 8kV/Ⅲ | ||
辅助电源 | 电压 | AC 85~265V |
功耗 | <7W | |
IT系统 | 电压 | 单相交流220V 三相交流0~690V 直流0~800V |
故障定位 | 响应时间 | <5s |
定位电压 | 20V/5Hz | |
定位电流 | 0~20mA | |
响应灵敏度 | 无 | |
内部参数 | 电磁兼容/电磁辐射 | IEC61326-2-4 |
输出 | 继电器输出 | 无 |
工作环境 | 工作温度 | -15~+55℃ |
辅助电源 | 电压 | AC 85~265V |
功耗 | <5W | |
IT系统 | 电压 | 无 |
故障定位 | 响应时间 | <20s |
定位电压 | 无 | |
定位电流 | 无 | |
响应灵敏度 | >0.5mA | |
内部参数 | 电磁兼容/电磁辐射 | IEC61326-2-4 |
输出 | 继电器输出 | 报警 |
工作环境 | 工作温度 | -15~+55℃ |
7、定位互感器选型
互感器外形 | 型号 | 额定电流 | 额定电流比 | 准确度 | 内孔尺寸（mm） |
| L-35 | 16~100A | 5A/5mA | 0.5 | 35 |
L-70 | 100~250A | 5A/5mA | 0.5 | 70 | |
L-105 | 250~400A | 5A/5mA | 0.5 | 105 | |
| L-45 | 16~100A | 5A/5mA | 1 | 45 |
L-80 | 100~250A | 5A/5mA | 1 | 80 | |
L-100 | 250~400A | 5A/5mA | 1 | 100 | |
L-150 | 400~800A | 5A/5mA | 1 | 150 | |
L-200 | 800~1500A | 5A/5mA | 1 | 200 | |
| L-80X50II | 16~100A | 5A/5mA | 0.5 | 82X52 |
L-100X50II | 16~100A | 5A/5mA | 0.5 | 103X55 | |
L-130X50II | 100~200A | 5A/5mA | 0.5 | 135X55 | |
L-150X130II | 100~300A | 5A/5mA | 0.5 | 150X133 | |
L-180II | 100~200A | 5A/5mA | 0.5 | 182X35 | |
L-200X50II | 250~400A | 5A/5mA | 0.5 | 202X61 | |
L-260X100II | 450~800A | 5A/5mA | 0.5 | 265X104 | |
| L-17030 | 100~200A | 5A/5mA | 1 | 172X34 |
L-210 X160 | 450~800A | 5A/5mA | 0.5 | 210 X160 |
8、结束语
随着航运事业的发展，船舶停靠码头时使用岸电系统具有节能、减排、降噪等优点，具有很强的可操作性，前景广阔。安科瑞AIM-T系统绝缘监测产品运用在该系统中可以保障该系统的安全性、连续性及可靠性，值得推广。
参考文献
[1] 安科瑞IT系统绝缘监测及监控系统（中英文） 2020.1
[2] 李学文，孙可平.船舶接用岸电技术[J]. 上海海事大学，2006，（9）