邵坤明，張興權(quán)

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通，226116）

0 引言

隨著現(xiàn)代船舶自動化程度的提高，以及船員生活環(huán)境的改善，船舶電氣設(shè)備的數(shù)量逐漸增加，船舶配電網(wǎng)絡(luò)愈發(fā)復雜。此外，船舶電氣設(shè)備的運行環(huán)境較為惡劣，往往會導致船舶電氣設(shè)備出現(xiàn)絕緣故障。當船舶電氣設(shè)備絕緣電阻降低或損壞時，可能造成短路，嚴重時將引發(fā)火災，威脅電網(wǎng)系統(tǒng)和船舶的安全。

以某半潛打撈船為例，對低壓絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)在低壓配電系統(tǒng)中的應用情況進行介紹，以期為各類船舶低壓配電系統(tǒng)的絕緣故障設(shè)計提供一定參考。

1 項目概況

本船為長約250 m、寬約60 m 的四島式，無常規(guī)艏樓，方艉半潛打撈船。船舶航行于無限航區(qū)，具備2 級動力定位（Dynamic Positioning 2，DP2）能力，采用全電力推進，可用于大型船舶的整體打撈，以及大型海洋油氣裝備、超大型海上裝備的運輸工作。

2 本船配電系統(tǒng)設(shè)計

本船采用三相三線絕緣（Isolated Terra，IT）配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的電源中性點不接地，且所有電氣設(shè)備的外露可導電部分設(shè)置保護接地（Protective Earthing，PE）。IT 配電系統(tǒng)示意圖見圖1。IT 配電系統(tǒng)的供電連續(xù)性較好、安全性較高，對電路和電氣設(shè)備絕緣性能的要求也較高。

圖1 IT 配電系統(tǒng)示意圖

IT 配電系統(tǒng)具有特殊的供電特性，當系統(tǒng)第一次出現(xiàn)故障時，不會切斷供電。當系統(tǒng)發(fā)生第二次故障且故障在不同相時，系統(tǒng)對地構(gòu)成相間短路，線路熔斷器或空氣開關(guān)作出響應，線路供電中斷[1]。

綜合考慮IT 配電系統(tǒng)的供電特點以及船級社的相關(guān)要求，本船在400 V 主配電板、230 V 主配電板、應急配電板的匯流排上均設(shè)有絕緣監(jiān)測儀（Insulation Monitoring Device，IMD），用于持續(xù)監(jiān)測本船低壓電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)。IMD 能在絕緣電阻異常時發(fā)出報警信號，IMD 的循環(huán)電流不超過30 mA[2-3]，同一個配電板中只能配備一套IMD。

本船配備了綜合電力推進系統(tǒng)，推進、作業(yè)、船舶日用負載均由船舶主電站供電。本船配電系統(tǒng)由2 套6 600 V 配電板、2 套400 V 配電板、2 套230 V配電板、1 套應急配電板組成。在DP2 動力定位工況下，本船需要運行6 臺主發(fā)電機，分A、B 兩組進行供電，6 臺主發(fā)電機的負荷率超過90%。

與主配電板和應急配電板不同，本船的低壓配電板不宜按相同方式設(shè)置IMD。這是由于當IMD監(jiān)測到某個支路出現(xiàn)絕緣故障時，將立即發(fā)出報警信號，相關(guān)操作人員需要查找并隔離絕緣故障支路以保證電網(wǎng)的安全運行。然而，IMD 并不能檢測出哪個支路出現(xiàn)了絕緣故障，往往需要操作人員逐個排查。本船每套配電板上有150 個開關(guān)，逐個排查不僅需要花費大量的排查時間，還會影響各支路負載的正常運行。

為提升本船低壓配電系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測水平，在不中斷系統(tǒng)運行的情況下能快速準確地查找并定位故障支路，本船低壓配電系統(tǒng)采用了絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)，不僅方便操作人員對絕緣故障進行排查，還能確保電力系統(tǒng)工作的連續(xù)性與可靠性。

3 絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的特點及組成

本船絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)（見圖2）適用于IT 配電系統(tǒng)低壓交流電網(wǎng)的絕緣電阻測量，具有測量準確、定位迅速、操作方便等優(yōu)點。監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至外部中控系統(tǒng)，可進行本地讀取和遠程讀取。

圖2 絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)示意圖

絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)由絕緣監(jiān)測裝置、故障定位裝置和剩余電流互感器等3 部分組成。

1）絕緣監(jiān)測裝置

絕緣監(jiān)測裝置是絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的處理中心，自帶發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）操作屏，方便船員日常維護。

絕緣監(jiān)測裝置具有如下主要功能：（1）不間斷監(jiān)測單套低壓配電板對地絕緣電阻；（2）當出現(xiàn)絕緣故障時，能觸發(fā)本地報警裝置；（3）與故障定位裝置間具備數(shù)據(jù)通信功能，當某支路出現(xiàn)絕緣故障時能快速啟動故障定位裝置，查找和定位故障支路，并在LED 操作屏上顯示相應的數(shù)據(jù)；（4）與中控系統(tǒng)間具備數(shù)據(jù)通信功能，支持中控系統(tǒng)讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)等。

2）故障定位裝置

故障定位裝置是絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集中心，每個故障定位裝置最多可采集16 個支路的相關(guān)數(shù)據(jù)，為每個支路配置唯一的地址，并將采集到的數(shù)據(jù)傳遞至絕緣監(jiān)測裝置。各個故障定位裝置可通過內(nèi)部控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）通信的形式傳遞數(shù)據(jù)。故障定位裝置可根據(jù)設(shè)定的故障閾值，對絕緣故障進行檢測并對絕緣故障支路自動定位。

3）剩余電流互感器

剩余電流互感器是絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的基層測量裝置。在測量前，將被測支路的3 相電纜或銅排穿過剩余電流互感器。剩余電流互感器會對通過主電路的剩余電流進行檢測，并配合故障定位裝置和絕緣監(jiān)測裝置對剩余電流進行分析和判斷。

在絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的運行過程中，當出現(xiàn)絕緣故障報警時，啟用故障定位裝置，故障定位裝置通過剩余電流互感器對絕緣故障的支路進行檢測和自動定位，并將內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞至絕緣監(jiān)測裝置。絕緣監(jiān)測裝置可顯示本地絕緣電阻值、漏電電流值、絕緣故障支路信息，并能將相關(guān)報警及故障支路信息通過RS485 串口傳遞至中控系統(tǒng)。

4 絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的應用

以本船A 組低壓配電系統(tǒng)為例，對絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)在本船的應用情況進行介紹。本船A組低壓配電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖3 本船A 組低壓配電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)示意圖

本船A 組低壓配電系統(tǒng)由1 號400 V 低壓配電板、1 號230 V 低壓配電板及相應的分電箱組成。綜合考慮絕緣故障對電網(wǎng)及船舶安全運行的影響，本船僅在400 V 低壓配電板和230 V 低壓配電板上使用了絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)。

1）1 號230 V 低壓配電板

1 號230 V 低壓配電板共有42 個開關(guān)，為每個開關(guān)的進線3 相電纜或銅排安裝1 個剩余電流互感器，用于測量各個支路的漏電電流。1 號230 V 低壓配電板配備了3 套16 路故障定位裝置，用于采集各支路上剩余電流互感器的剩余電流。在變壓器進線屏上安裝絕緣監(jiān)測裝置，用于絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取及顯示。

2）1 號400 V 低壓配電板

1 號400 V 低壓配電板共有150 個開關(guān)，為每個開關(guān)的進線3 相電纜或銅排安裝1 個剩余電流互感器，用于測量各個支路的漏電電流。1 號400 V低壓配電板配備了10 套16 路故障定位裝置，用于采集各支路上剩余電流互感器的剩余電流。在變壓器進線屏上安裝絕緣監(jiān)測裝置，用于絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取及顯示。中控系統(tǒng)對A 組電配電系統(tǒng)的絕緣情況進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)生絕緣故障，會發(fā)出聲光報警提示，方便工作人員及時處理相關(guān)故障。

5 結(jié)論

本文以某半潛打撈船為例，對低壓絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)在低壓配電系統(tǒng)中的應用情況進行介紹，可得到如下結(jié)論：

1）相對于傳統(tǒng)的斷電排查絕緣故障的方法，絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)更適用于船舶電網(wǎng)較為復雜的工況。

2）當某支路出現(xiàn)絕緣故障時，絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)可在短時間內(nèi)自動定位故障支路，極大提高了現(xiàn)場人員的檢修時間，改善了電網(wǎng)系統(tǒng)的運行情況，增強了船舶的運行安全性。