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碼頭岸電系統絕緣監測及故障定位解決方案

發布時間： 2022-01-27　　點擊次數： 992次

安科瑞于洋陳聰

1、概述

岸電系統是船舶停靠碼頭時的供電系統，船舶靠岸后，除了日常生活用電外，船舶上許多電氣設備仍然需要工作，這些設備主要同碼頭的岸電箱來供電。考慮到船舶供電系統為IT系統，為了保護供電系統的安全，岸電系統也多為IT系統（或ITn系統，即引出中性線的IT系統），系統配置絕緣監測裝置來監測IT系統的接地故障，防止兩相同時出現接地故障時，引起岸電保護裝置動作。國家行業標準JTS155-2019《碼頭岸電設施建設技術規范》中也提到碼頭岸電設施的低壓配電系統宜采用IT方式，若采用TN方式的配電系統應通過隔離變壓器向船舶供電。

安科瑞AIM-T系統絕緣監測產品及絕緣故障定位產品適用于交流額定電壓690V和直流800V及以下的不接地系統，用于實時監測系統對地的絕緣狀況，當系統出現絕緣故障時，能發出報警信號，絕緣故障定位產品可以定位出故障回路，方便工作人員進行故障排查。可以應用在岸電的IT（或ITn）系統中，實時監測系統的運行狀況。

2、應用場所

港口碼頭變電所低壓配電系統、岸電箱。

3、應用方案

下面以某工程為例介紹絕緣監測及定位系統的應用方案。

該工程為新建碼頭一座，長為480m，寬20m；引橋二座，其中東引橋長194m，寬8m，西引橋長100m，寬8m。工程設計了陸域變電所和碼頭變電所，其中碼頭變電所與碼頭相連，從陸域變電所引來一路10kV電源，內設10kV中壓開關柜，2臺1000kVA 10/0.4kV干式變壓器。碼頭變電所內10kV側采用單母線形式運行，0.4kV采用單母線分段運行方式，正常運行時，0.4kV母線分段斷路器打開，兩臺配電變壓器分列運行，各帶一段母線，當一臺變壓器退出運行時，母線分段斷路器閉合，由另一臺配電變壓器供本所內的全部一、二級負荷。當退出運行的變壓器恢復供電時，系統自動復位為正常運行方式。碼頭變電所主要負荷為岸電箱，共設置了7臺岸電箱，每個岸電箱功率為250kW，提供一艘靠泊船的供電。

碼頭變電所低壓配電系統接地保護為ITn系統，低壓部分設絕緣監測及定位系統。碼頭變電所低壓主接線圖及其絕緣監測和絕緣故障定位方案分別如圖1和圖2所示。

在主接線圖上，變壓器出線采用中性點引出的IT系統，絕緣監測和測試信號發生器安裝在進線柜內，絕緣故障定位儀安裝在各配電柜內。絕緣監測儀接在母線與地線之間，用于監測變壓器二次側0.4kV低壓系統對地的絕緣狀態，若低壓母線或某支路出現接地故障，絕緣監測儀將發出故障報警信號，提醒工作人員進行故障排查。信號發生器也接在系統和地之間，在故障時向系統和地之間注入定位信號，由分布于各配電柜內的絕緣故障定位儀定位絕緣故障所在回路。

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圖1　碼頭變電所低壓主結線圖一

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圖2　碼頭變電所低壓主接線圖二

岸電箱為岸側電力系統向停靠碼頭的船舶提供電能的重要設備，本系統共設置了7臺岸電箱，其輸入電源分別引自不同的低壓出線柜。圖3為岸電箱接線圖，配置了絕緣故障定位儀，用于配合變壓器出線側的絕緣監測儀和測試信號發生器，實現本岸電箱內各支路絕緣故障定位功能。

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圖3　岸電箱接線圖

為了方便系統的監測和管理，提高管理效率，本方案在變電所值班室內還配置了Acrel-2000A/L絕緣監測及故障定位系統，該系統通過RS484總線（圖中綠色通訊線）將絕緣監測儀與后臺主機連接，用于實時監測各ITn系統的絕緣狀態及故障回路。絕緣監測儀和測試信號發生器、各絕緣故障定位儀之間通過CAN總線（圖中紅色通訊線）連接，用于同一ITn系統內，各監測儀表之間的數據交互。后臺監護主機采用了1臺10.2寸的觸摸屏，安裝在壁掛式箱內，并配置相應的報警指示裝置。該工程絕緣監測及故障定位系統圖如圖4所示。

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圖4　絕緣監測及定位系統圖

該工程中絕緣監測及定位系統設備選型如下表所示。

表1：

序號	設備名稱	設備型號	單位	數量
1	絕緣監測及定位監控器	Acrel-2000L/A	套	1
2	絕緣監測儀	AIM-T500L	臺	2
3	測試信號發生器	ASG200	臺	2
4	絕緣故障定位儀	AIL200-12	臺	14
5	剩余電流互感器	AKH-0.66/L-45	只	14
6	剩余電流互感器	AKH-0.66/L-100	只	35
7	剩余電流互感器	AKH-0.66/L-150	只	7

4、 Acrel-2000A/L絕緣監測及故障定位系統功能介紹

Acrel-2000L/A絕緣監測系統設備采用壁掛式安裝的方式，可安裝于墻壁上，通過通訊總線采集現場的絕緣監測儀的監測數據，實現遠程故障報警等功能。具體功能如下：

回路監測

Acrel-2000L/A絕緣監測系統設備上電進入工作狀態后，默認為“回路監測"界面，在此界面可觀察到現場的一次系統圖以及具體的數據顯示。

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參數設置

參數設置需要用戶點擊“用戶登錄"，默認用戶為admin，默認登錄密碼為 0001，可通過登錄界面修改密碼。

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此界面可以設置更改系統時間，如果主界面時間顯示不對，可以登錄后進行時間更改，完成后點擊保存修改。

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登錄后，當前用戶顯示用戶名稱，此時點擊“參數設置"按鈕進入參數設置界面，可以單個回路的絕緣監測儀的預警值和告警值。當測得絕緣阻值超出設定值時，觸摸屏顯示告警并且蜂鳴器鳴叫。設置好參數之后，點擊“設置"按鈕，更改絕緣監測儀設定值。

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報警信息

點擊報警記錄，進入報警記錄界面，顯示告警發生情況。當儀表發生報警時，主界面顯示報警，并且蜂鳴器鳴叫，此界面顯示出報警提示。接觸報警后，蜂鳴器關閉。

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曲線查看

點擊曲線查詢按鈕，進入“曲線查看"界面，每一個頁面存有4條曲線，根據現場實際情況顯示。每1小時記錄一次溫度，可以存儲30天。具體曲線要求可在屏上自行調節。

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5、產品選型

型號及名稱

型號

功能

AIM-T500L

絕緣監測儀

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l 可監測690V以下交流及交流混合的不接地系統對地電阻和電容，具有故障預警和報警功能；

l 1路RS485通訊，1路CAN通訊，2路繼電器輸出；

l 自檢功能；20條事件記錄；

l 支持絕緣故障定位功能。

ASG200

測試信號發生器

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l 1路CAN接口，可與其它設備進行數據交互。

l 當系統發生絕緣故障時，可產生故障定位信號注入系統中，配合絕緣故障定位儀定位故障回路。

l 具有絕緣故障所在相線指示功能。　

AIL200-12

絕緣故障定位儀

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l 1路CAN接口，可與其它設備進行數據交互。

l 當系統發生絕緣故障時，配合測試信號發生器實現絕緣故障回路定位功能，可定位12個回路。

6、技術指標

AIM-T500L絕緣監測儀

輔助電源	電壓	AC85~265V DC120~370V	適用電壓等級	系統電壓	AC0~690V DC 0~800V
輔助電源	功耗	<8W	適用電壓等級	頻率范圍	40~460Hz
絕緣監測	絕緣電阻測量范圍	1k~10MΩ	環境	工作溫度	-15~+55℃
	預警、報警值范圍	10k~10MΩ		存儲溫度	-20~+70℃
	響應時間(Ce=1uF)	<5s		相對濕度	<95%，不結露
	允許系統泄漏電容	<500μF		海拔高度	≤2500m
內部參數	測量電壓	<50V	輸出	繼電器輸出	出錯、預警、報警
	測量電流	<270μA	通訊		RS485，Modbus-RTU CAN，自定義
	內部直流阻抗	≥180kΩ	額定沖擊電壓/污染等級		8kV/Ⅲ

ASG200測試信號發生器

輔助電源	電壓	AC 85~265V
輔助電源	功耗	<7W
IT系統	電壓	單相交流220V 三相交流0~690V 直流0~800V
故障定位	響應時間	<5s
	定位電壓	20V/5Hz
	定位電流	0~20mA
	響應靈敏度	無
內部參數	電磁兼容/電磁輻射	IEC61326-2-4
輸出	繼電器輸出	無
工作環境	工作溫度	-15~+55℃

AIL200-12絕緣故障定位儀

輔助電源	電壓	AC 85~265V
輔助電源	功耗	<5W
IT系統	電壓	無
故障定位	響應時間	<20s
	定位電壓	無
	定位電流	無
	響應靈敏度	>0.5mA
內部參數	電磁兼容/電磁輻射	IEC61326-2-4
輸出	繼電器輸出	報警
工作環境	工作溫度	-15~+55℃

7、定位互感器選型

互感器外形	型號	額定電流	額定電流比	準確度	內孔尺寸（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

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