浅谈船舶岸电系统绝缘监测及故障定位需求及应用

2022年11月03日 09:10:30 人气: 423 来源: 安科瑞电气股份有限公司

摘要：随着现代船舶发展，船舶电气化程度越来越高，船舶电站的的容量也越来越大，随之而来的是电网的绝缘问题更加复杂化。船舶电力系统一般采用IT系统，即不接地系统。由于电网是不接地系统，单相接地产生的接地故障电流较小，不足以触发保护设备动作。如果故障状态保持不去排查和处理，将导致局部发热，使得绝缘损坏加剧，严重可能引起火灾。船舶电力供配电系统需要可以实现绝缘监测及故障定位的方案，绝缘监测可以实时监测系统的绝缘情况，故障定位可以在发生故障时查找定位出故障回路，帮助船员快速判断故障点，及时切除故障回路及排查故障。从效益层面来讲，绝缘监测及故障定位方案可以为用户提供绝缘状态报警，提醒设备维护，快速定位节约维护、维修和保养成本。

关键词：船舶电气；IT系统；不接地系统；绝缘监测；故障定位；接地故障；

0 项目背景

随着现代船舶发展，船舶电气化程度越来越高，船舶电站的的容量也越来越大，随之而来的是电网的绝缘问题更加复杂化。船舶电力系统一般采用IT系统，即不接地系统。IT系统的优点是发生单相接地时不会出现TN-S系统直接短路跳闸而导致供电中断，可以短时间带故障运行，直到工作人员排除故障后再次恢复到正常绝缘状态，从而保证了船舶供配电系统的连续性和可靠性。

由于船体之间存在分布电容等因素，电网并非是理想的对“地”绝缘系统。若电网绝缘情况较差，可能会引发绝缘故障，严重时发生单相接地故障。由于电网是不接地系统，单相接地产生的接地故障电流较小，不足以触发保护设备动作。但是如果故障状态保持不去排查和处理，将导致局部发热，使得绝缘损坏加剧，严重可能引起火灾。也可能会将事故进一步扩大，当两根相线接地时，会发生短路故障，造成断路器跳闸，对船舶航行和人身安全带来不同程度的危害。

船舶主配电板及分配电箱一般会配置绝缘监测仪，当发生绝缘故障时，快速反应，及时报警。但是对绝缘故障点的定位（查找）只能依靠人工对数百条负载支路逐条断电来实现，耗费人工和时间，而且需要短暂停电实现判断，无法持续供电。

因此，船舶电力供配电系统需要可以实现绝缘监测及故障定位的方案，绝缘监测可以实时监测系统的绝缘情况，故障定位可以在发生故障时查找定位出故障回路，帮助船员快速判断故障点，及时切除故障回路及排查故障。从效益层面来讲，绝缘监测及故障定位方案可以为用户提供绝缘状态报警，提醒设备维护，快速定位节约维护、维修和保养成本。

1 方案介绍

船舶供配电系统一般采用主配电板（main Switch board）和应急配电板（emergency Switch board）配合的方式，其中，正常情况下，主配电板由多组柴油发电机供电，多个设备正常运行，当主配电板失电或者检修时，应急柴油发电机启动，由应急配电板供电。当船舶在码头时，由高压岸电给船舶供电。

船舶供配电系统简化如下图所示。

在主配电板和应急配电板分别设置绝缘监测及故障定位方案，绝缘监测及故障定位方案主要由绝缘监测仪（IMD：Insulation monitor device）、测试信号发生器（TSG：test signal Generator）、绝缘故障定位仪（IFL：insulation fault locator），监测互感器（ZCT：zero current transformer）组成，如下表所示：

型号及名称	产品图片	说明
AIM-T500L 绝缘监测仪		AIM-T500L绝缘监测仪可以监测IT系统的绝缘状况，当系统发生绝缘故障时，发出信号，启动信号发生器和绝缘故障定位仪，完成定位功能，并将定位结果显示在液晶上。
ASG200 测试信号发生器		ASG200测试信号发生器在被监测IT系统出现绝缘故障时，能及时启动并产生测试信号，配合绝缘故障定位仪实现绝缘故障定位功能，并能发送故障相线。
AIL200-12 绝缘故障定位仪		AIL200-12绝缘故障定位仪和AKH-0.66L系列电流互感器配合，检测ASG200测试信号发生器注入系统中的信号，准确定位绝缘故障所在的回路。
AKH-0.66L系列电流互感器		AKH-0.66L系列电流互感器与AIL200-12绝缘故障定位仪配合使用，一般安装于断路器下端，检测回路中测试信号发生器发出的测试信号。

2 功能介绍

AIM-T500L绝缘监测仪具有以下功能：

实时监测IT系统的对地绝缘电阻，电阻越限启动故障预警或报警功能；继电器报警输出、LED报警输出等多种故障指示方式；事件记录功能，方便操作人员查看分析故障类型和发生时间，判断系统运行状况；自检功能，可一键实现仪表硬件电路的故障自检；断线监测，实时监测PE/KE功能接地线连线状况；一路RS485接口，标准Modbus-RTU协议；一路CAN通讯，自定义协议，用于和信号发生器、故障定位仪信息交互；应用范围广，适用于交流、直流以及交直流混合IT系统。

ASG200测试信号发生器具有以下功能：

指示故障所在相线；支持手动启动定位用于测试通讯线路；采用CAN总线技术，方便与系统内其它设备进行数据交互。

AIL200-12绝缘故障定位仪具有以下功能：

定位并指示故障所在支路；单个AIL200-12多可定位12个回路；每个IT系统多可接90只定位仪，总计定位1080回路；采用CAN总线技术，方便与系统内其它设备进行数据交互。配合使用AKH-0.66L系列电流互感器作为监测互感器，变比1000:1，按照回路额定电流选择合适孔径。

3 技术指标

AIM-T500L绝缘监测仪技术指标

项目		指标
辅助电源	电压	AC85~265V；DC100~300V
	功耗	<8W
电压等级	系统电压	AC 0~690V；DC 0~800V
	频率范围	40~460Hz
绝缘监测	绝缘电阻测量范围	1k~10MΩ
	预警、报警值范围	10k~10MΩ
	响应时间(Ce=1uF)	<5s
	允许系统泄漏电容	<500μF
内部参数	测量电压	<50V
	测量电流	<270μA
	内部直流阻抗	≥180kΩ
输出	继电器输出	出错、报警、预警
通讯	通讯参数	RS485，Modbus-RTU；CAN，自定义
环境	工作温度	-15~+55℃
	存储温度	-20~+70℃
	相对湿度	<95%，不结露
	海拔高度	≤2500m

ASG200信号发生器技术指标

项目		指标
辅助电源	电压	AC85~265V；DC100~300V
	功耗	<7W
电压等级	系统电压	单相交流220V，三相交流0~690V，直流0~800V
内部参数	定位电压	1k~10MΩ
	定位电流	10k~10MΩ
	响应时间	<5s
通讯	通讯参数	CAN，自定义

AIL200-12绝缘故障定位仪技术指标

项目		指标
辅助电源	电压	AC85~265V；DC100~300V
	功耗	<5W
内部参数	响应时间	<12s
	响应电流	0.5mA
输出	继电器输出	报警
通讯	通讯参数	CAN，自定义

4 结论

船舶供配电系统的绝缘及接地故障对电网的安全可靠运行极其重要，为了避免接地故障及短路故障的发生，应提高安全意识，加强对电气系统绝缘电阻的测量和监视。及早发现潜在的故障隐患，并采取科学合理的方法迅速排除，确保船舶和人员的安全。对船舶供配电系统进行绝缘监测及故障定位，对保障船舶电力系统的安全及航行安全具有重要意义。

参考文献

[1]孙张慧.船舶电气接地故障的查找及解决方法[J].船舶标准化工程师,2021,第54卷(6): 59-62

[2]邱伟伟.船舶电气接地故障的查找及防治探讨[J].科技风,2020,(1): 129-130

[3]吕锦钊，冯凯，李俊玮，刘峰.舰船交流电网绝缘监测及故障定位研究[J].广东造船,2021,第40卷(3): 95-98

作者介绍：

陈芳芳，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为低压配电安全用电领域。

关键词：变电所运维云平台,电能管理系统,电力监控系统,电能质量治理系统,安全用电管理云平台

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