淺談船舶電氣接地故障的查找及解決方法

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著現(xiàn)代船舶電氣自動化水平的日益提高，對船舶電力系統(tǒng)供電的安全性和可靠性提出了更加嚴(yán)格的要求。作為影響供電可靠性因素之一的電氣絕緣性能逐漸成為各方關(guān)注的。文章對電力系統(tǒng)接地故障進(jìn)行分析，并提出查找及解決方法，以期為相關(guān)工程案例提供參考。

關(guān)鍵詞：船舶電氣；接地故障；查找及解決方法

0引言

    隨著現(xiàn)代船舶電氣自動化程度的不斷提高，船舶電站容量已由千瓦級發(fā)展到兆瓦級，隨之而來的是電網(wǎng)的絕緣問題更加突出。由于船體之間存在分布電容等因素，電網(wǎng)并非是理想的對“地”絕緣系統(tǒng)。若電網(wǎng)絕緣較差，可能發(fā)生單相接地故障，將產(chǎn)生較大的漏電流或接地故障電流。雖然其電流數(shù)值不足以觸發(fā)保護(hù)，但此故障如長期存在，將導(dǎo)致如下后果：1）引起局部發(fā)熱，使絕緣損壞加劇，特別是中壓電系統(tǒng)易產(chǎn)生電弧，甚至引起火災(zāi)；2）在接地裝置緊固不牢靠或接地電阻＞10m?時，人員誤觸設(shè)備帶電金屬外殼會引發(fā)觸電危險；3）故障進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)2根相線接地時，會發(fā)生短路故障，造成開關(guān)跳閘斷電，對船舶航行和人身安全帶來不同程度的危害。為保障電力系統(tǒng)的安全可靠，對電氣系統(tǒng)接地故障類型進(jìn)行分析和快速查找，就顯得尤為重要。

1電氣絕緣電阻對接地故障的影響和解決方法

1.1電纜絕緣性能影響主要因素

1）船舶電氣設(shè)備工作環(huán)境特殊，其長期處于高溫、高濕、高鹽及振動環(huán)境。直流電機(jī)碳刷產(chǎn)生的“碳粉”往往會造成電氣設(shè)備和電纜的絕緣體老化、破損、絕緣電阻下降，導(dǎo)致接地故障的發(fā)生。

2）艦船建造時，照明燈具接線“碰殼”問題往往會導(dǎo)致電氣接地故障；使用“自攻螺釘”來固定安裝在內(nèi)裝板上的設(shè)備時，經(jīng)常由于刺穿電纜絕緣等問題導(dǎo)致電氣接地故障。在船舶建造、修理及日常管理過程中，需要對電氣設(shè)和電網(wǎng)的絕緣性能進(jìn)行定期測量，并將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。必要時可繪制相應(yīng)的曲線圖，以此來判斷絕緣電阻的變化趨勢，進(jìn)而制訂對電氣設(shè)備和電纜的檢修、更換及保養(yǎng)計劃。本文將以電力系統(tǒng)中常見的電動機(jī)和電纜為例，分析其絕緣電阻的變化情況。

1.2電動機(jī)絕緣性能分析

1）當(dāng)電動機(jī)絕緣電阻在1M?以上時，電機(jī)處于正常工作狀態(tài)，可隨時投入運(yùn)行。需注意其工作環(huán)境的變化并避免長期在過載臨界值處運(yùn)行電機(jī)。

2）當(dāng)電動機(jī)的絕緣電阻在0.1M?～1M?范圍內(nèi)時，在電機(jī)停止工作后，可利用其自帶的加熱器或燈泡進(jìn)行烘潮操作以提升其絕緣性能。在電動機(jī)重新投入工作前測量其絕緣電阻，若仍未恢復(fù)，則嚴(yán)禁工作并應(yīng)及時進(jìn)行維修保養(yǎng)。

3）當(dāng)電動機(jī)的絕緣電阻在0.05M?～0.1M?范圍內(nèi)時，應(yīng)將電動機(jī)進(jìn)行解體清潔、烘烤、浸漆操作，使其絕緣電阻穩(wěn)定在1M?以上。在緊急情況，將電動機(jī)投入使用時，若電動機(jī)絕緣性能降低為受潮所致，可采取“點(diǎn)動”方法以提高其絕緣性能。

4）當(dāng)電動機(jī)遭海水浸漬，絕緣電阻嚴(yán)重降低時，為了避免更換全部繞組，可將海水浸透的電動機(jī)放在溫度為80℃左右的蒸餾水中，浸15h以上，使電動機(jī)內(nèi)的鹽分溶解于蒸餾水。然后，采用真空烤爐加熱干燥繞組，并測量繞組的絕緣值，若絕緣情況改*，則電動機(jī)可繼續(xù)采用。

1.3船用電纜絕緣性能分析

    艦船用電纜由于長期運(yùn)行在濕熱、高溫、振動、鹽霧和油霧等不良環(huán)境中，其絕緣材料會逐漸老化，進(jìn)而導(dǎo)致電纜的絕緣性能降低，嚴(yán)重時甚至引起火災(zāi)，危及艦船的航行安全。

1.3.1電纜絕緣電阻測試方法

1）測試設(shè)備：經(jīng)檢定合格的兆歐表。

2）測試電壓選擇：額定電壓為36V～500V的電纜采用500V兆歐表進(jìn)行測量；額定電壓500V～3300V的電纜，采用1000V的兆歐表測量。

3）將電纜與設(shè)備的接線端脫開，令電纜的屏蔽層接地，測量導(dǎo)體和屏蔽層之間的絕緣電阻及芯線與芯線之間的電阻值。

1.3.2檢測依據(jù)

電纜芯線與芯線之間、芯線與地（屏蔽層）之間的冷態(tài)絕緣電阻應(yīng)大于5M?。

1.3.3電纜絕緣檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用

    一般情況下，電纜絕緣數(shù)據(jù)檢測只適用于船東計劃延長艦船使用周期的改裝工程，目的是為了控制改裝成本及避免更換電纜帶來的牽連工程。而對于其他情況，則應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求對電纜進(jìn)行定期更換。

1.4電氣接地故障查找方式

     電氣接地故障可通過絕緣狀態(tài)和性能進(jìn)行判斷。當(dāng)電網(wǎng)斷電或設(shè)備未供電前，可根據(jù)便攜式兆歐表測量的靜態(tài)絕緣電阻進(jìn)行判斷；當(dāng)電網(wǎng)帶電時，根據(jù)配電板式兆歐表或交流絕緣監(jiān)測裝置測量得到的動態(tài)電阻進(jìn)行判斷。動態(tài)電阻能較好地反映環(huán)境、介質(zhì)損耗、極化以及機(jī)械振動等因素對電阻的影響，從而更為真實地反映電網(wǎng)的絕緣狀況。

1.4.1絕緣儀表法查找故障

1）配電盤式絕緣儀表工作原理

    配電盤式絕緣儀表電路圖見圖1。當(dāng)船舶電力系統(tǒng)為理想絕緣狀態(tài)時，電網(wǎng)與船體之間無漏電，儀表指針停在∞標(biāo)記處。當(dāng)發(fā)生任意一相接地時，便有電流通過測量電路，電流由整流電源正極到儀表指針正端并通過兆歐表的接地端和電網(wǎng)的接地點(diǎn)構(gòu)成閉合回路。開關(guān)K用于380V和220V網(wǎng)絡(luò)測量轉(zhuǎn)換。配電板式絕緣儀表可指示電網(wǎng)的絕緣電阻數(shù)值，可通過附加聲光報警器增強(qiáng)報警的效果。

2)確定故障區(qū)域

    在出現(xiàn)接地故障后，首先要確定故障區(qū)域，分析在絕緣儀表發(fā)出報警時，船舶中分別有哪些電氣設(shè)備正在運(yùn)行、哪些設(shè)備處于惡劣的工作環(huán)境，并對其采用切斷電源的方法進(jìn)行查找。若在切斷相應(yīng)的配電開關(guān)后，報警消*，則可確定故障發(fā)生點(diǎn)。

    通常以線路中每個開關(guān)作為“結(jié)點(diǎn)”進(jìn)行分段排查[3]，排查順序一般為主配電板→區(qū)域配電板→分配電箱→具體用電負(fù)荷。對于照明系統(tǒng)，為減少查找的工作量，可使用分割法進(jìn)行排除，將配電開關(guān)后的照明負(fù)載分為2路，利用兆歐表分別測量，然后集中排查電阻較低的一路。

1.4.2交流絕緣測量裝置法查找故障

   配電盤絕緣測量儀表只能起到監(jiān)視絕緣狀態(tài)的作用，對于具體故障點(diǎn)還需要人工排查。新型交流絕緣測量裝置不僅能監(jiān)測接地故障，還能快速指出故障位置，進(jìn)而提高了故障排查效率、減輕了艦員的勞動強(qiáng)度。

1)交流絕緣測量裝置的組成

    如圖2所示，交流絕緣測量裝置通常包括主機(jī)、液晶顯示器、轉(zhuǎn)換器和傳感器。主機(jī)由CPU板、信號源板、繼電器板、電源、電連接器和接線端子等組成。主機(jī)內(nèi)所有電氣信號通過總線通信方式相互聯(lián)系，主機(jī)通過機(jī)箱上的電連接器及接線端子和外部信號相連。轉(zhuǎn)換器由CPU板、信號放大板及電源板組成，主要完成380V和220V各支路傳感器的輸出信號采集，并與主機(jī)通訊聯(lián)系傳送故障支路號及故障支路阻值。液晶顯示器分別顯示絕緣電阻值、故障支路編號和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等信息，具備實時記錄和歷史查詢功能，并配置有操作按鈕。傳感器用于感應(yīng)電網(wǎng)支路的泄漏電流，其輸出信號通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器處理后，向主機(jī)提供故障定位信息。

2)接地故障的查找

    當(dāng)三相負(fù)載平衡或無相線接地時，三相電流的瞬時值之和恒為零，因此，導(dǎo)線周圍的磁通恒為零。當(dāng)發(fā)生單相接地時，三相電流的平衡被破壞，從而引起磁場的變化。傳感器采集磁場變化信息，經(jīng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后提供給主機(jī)，進(jìn)而判斷出故障點(diǎn)。

2電氣接地故障的預(yù)防措施

2.1加強(qiáng)管理，提高思想意識

    船舶電力系統(tǒng)，通常為三相三線絕緣供電系統(tǒng)。當(dāng)線路中發(fā)生一相接地時，只會引起非接地相的電壓升高，電氣設(shè)備仍可正常運(yùn)行。但若不及時排除，當(dāng)再有一相接地時，則會引起短路故障、開關(guān)跳閘，進(jìn)而對電網(wǎng)供電的可靠性造成不利影響。因此，機(jī)電設(shè)備管理人員應(yīng)加強(qiáng)對接地故障的風(fēng)險意識，嚴(yán)格遵守規(guī)章制度，切實避免接地故障的發(fā)生。

2.2定期測量絕緣電阻并做好記錄

1)根據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的電壓等級，選用相應(yīng)的兆歐表。

2)通常情況下，動力網(wǎng)絡(luò)絕緣電阻應(yīng)≥1M?,照明網(wǎng)絡(luò)絕緣電阻應(yīng)≥0.5M?。

3)建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并將數(shù)據(jù)作為維護(hù)保養(yǎng)的基礎(chǔ)。

2.3加強(qiáng)設(shè)備的管理

1)保持電氣設(shè)備密封的完整性。對于安裝在露天環(huán)境與潮濕處所的電氣設(shè)備，應(yīng)定期觀察密封膠圈的老化程度并及時進(jìn)行更換。對于帶有填料函的設(shè)備，在電纜引入密封后可用熱縮膠管進(jìn)行密封，這樣可提高密封性能并避免密封膠圈的老化。

2)避免電氣設(shè)備長時間過載運(yùn)行，防止絕緣部分由于過熱而老化。應(yīng)合理選擇熱繼電器和空氣斷路器并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對過載數(shù)值進(jìn)行整定。

3)設(shè)備接線應(yīng)符合相關(guān)工藝要求，盡量采用冷壓銅頭，避免電纜芯線刺穿絕緣。

4)內(nèi)裝艙室安裝固定相關(guān)設(shè)備時應(yīng)注意電纜分布情況，避免安裝螺釘刺穿電纜絕緣層。

2.4強(qiáng)化技術(shù)保障，防微杜漸

1)采用變壓器進(jìn)行2次隔離

   由于影響電氣設(shè)備絕緣性能的主要因素是潮濕環(huán)境，因此，對于安裝在廚房和浴室等潮濕處所的電氣設(shè)備，采用隔離變壓器進(jìn)行2次隔離，進(jìn)而避免由于上述電氣設(shè)備絕緣性能的降低對電網(wǎng)其他設(shè)備造成影響。

2)采用新*交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)測裝置

   隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)測裝置不僅能對電網(wǎng)的絕緣性能進(jìn)行監(jiān)測，還能快速指出接地故障點(diǎn)位置，進(jìn)而為船員快速排除故障提供了技術(shù)保障。

4 絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

4.1絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀

    AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應(yīng)用在工業(yè)場所IT配電系統(tǒng)中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

    其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

4.2絕緣故障定位產(chǎn)品

    工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測儀使用，主要包括ASG200測試信號發(fā)生器，AIL200-12絕緣故障定位儀，AKH-0.66L系列電流互感器，適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

4.3絕緣監(jiān)測耦合儀

  絕緣監(jiān)測耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測儀使用，主要包括ACPD100，ACPD200，適用于交流電壓高于690V，直流電壓高于800V的IT配電系統(tǒng)。

4 技術(shù)參數(shù)

4.1絕緣監(jiān)測儀技術(shù)參數(shù)

 

4.2測試信號發(fā)生器技術(shù)參數(shù)

4.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)

4.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)

4.5絕緣監(jiān)測耦合儀技術(shù)參數(shù)

5結(jié)論

   船舶電氣接地故障對電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行重要，為了避免接地故障的發(fā)生，應(yīng)從提高安全意識入手，加強(qiáng)對電氣系統(tǒng)絕緣電阻的測量和監(jiān)視。及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，并采取科學(xué)合理的方法迅速排除，確保船舶和人員的安全。

參考文獻(xiàn)：

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.8版

[4]安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)（中英文）2022.8版

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，178 2117 0311,主要研究方向為微電網(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。