船舶電氣接地故障的查找及解決方法

摘要：隨著(zhù)現代船舶電氣自動(dòng)化水平的日益提高，對船舶電力系統供電的安全性和可靠性提

出了更加嚴格的要求。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(zhù)現代船舶電氣自動(dòng)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(lái)的是電網(wǎng)的絕緣問(wèn)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。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。雖然其電流數值不足以觸發(fā)保護，但此故障如長(cháng)期存在，將導致如下后果：1）引起局部發(fā)熱，使絕緣損壞加劇，特別是中壓電系統易產(chǎn)生電弧，甚至引起火災；2）在接地裝置緊固不牢靠或接地電阻＞10m?時(shí)，人員誤觸設備帶電金屬外殼會(huì )引發(fā)觸電危險；3）故障進(jìn)一步擴大，當2根相線(xiàn)接地時(shí)，會(huì )發(fā)生短路故障，造成開(kāi)關(guān)跳閘斷電，對船舶航行和人身安全帶來(lái)不同程度的危害。為保障電力系統的安全可靠，對電氣系統接地故障類(lèi)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）船舶電氣設備工作環(huán)境特殊，其長(cháng)期處于高溫、高濕、高鹽及振動(dòng)環(huán)境。直流電機碳刷產(chǎn)生的“碳粉"往往會(huì )造成電氣設備和電纜的絕緣體老化、破損、絕緣電阻下降，導致接地故障的發(fā)生。

2）艦船建造時(shí)，照明燈具接線(xiàn)“碰殼"問(wèn)題往往會(huì )導致電氣接地故障；使用“自攻螺釘"來(lái)固定安裝在內裝板上的設備時(shí)，經(jīng)常由于刺穿電纜絕緣等問(wèn)題導致電氣接地故障。在船舶建造、修理及日常管理過(guò)程中，需要對電氣設和電網(wǎng)的絕緣性能進(jìn)行定期測量，并將測量數據進(jìn)行對比。必要時(shí)可繪制相應的曲線(xiàn)圖，以此來(lái)判斷絕緣電阻的變化趨勢，進(jìn)而制訂對電氣設備和電纜的檢修、更換及保養計劃。本文將以電力系統中常見(jiàn)的電動(dòng)機和電纜為例，分析其絕緣電阻的變化情況。

1.2電動(dòng)機絕緣性能分析

1）當電動(dòng)機絕緣電阻在1M?以上時(shí)，電機處于正常工作狀態(tài)，可隨時(shí)投入運行。需注意其工作環(huán)境的變化并避免長(cháng)期在過(guò)載臨界值處運行電機。

2）當電動(dòng)機的絕緣電阻在0.1M?～1M?范圍內時(shí)，在電機停止工作后，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(dòng)機重新投入工作前測量其絕緣電阻，若仍未恢復，則嚴禁工作并應及時(shí)進(jìn)行維修保養。

3）當電動(dòng)機的絕緣電阻在0.05M?～0.1M?范圍內時(shí)，應將電動(dòng)機進(jìn)行解體清潔、烘烤、浸漆操作，使其絕緣電阻穩定在1M?以上。在緊急情況，將電動(dòng)機投入使用時(shí)，若電動(dòng)機絕緣性能降低為受潮所致，可采取“點(diǎn)動(dòng)"方法以提高其絕緣性能。

4）當電動(dòng)機遭海水浸漬，絕緣電阻嚴重降低時(shí)，為了避免更換全部繞組，可將海水浸透的電動(dòng)機放在溫度為80℃左右的蒸餾水中，浸15h以上，使電動(dòng)機內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，若絕緣情況改善，則電動(dòng)機可繼續采用。

1.3船用電纜絕緣性能分析

艦船用電纜由于長(cháng)期運行在濕熱、高溫、振動(dòng)、鹽霧和油霧等不良環(huán)境中，其絕緣材料會(huì )逐漸老化，進(jìn)而導致電纜的絕緣性能降低，嚴重時(shí)甚至引起火災，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）將電纜與設備的接線(xiàn)端脫開(kāi)，令電纜的屏蔽層接地，測量導體和屏蔽層之間的絕緣電阻及芯線(xiàn)與芯線(xiàn)之間的電阻值。

1.3.2檢測依據

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

1.3.3電纜絕緣檢測數據應用

一般情況下，電纜絕緣數據檢測只適用于船東計劃延長(cháng)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(lái)的牽連工程。而對于其他情況，則應按相關(guān)標準和規范要求對電纜進(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(guò)絕緣狀態(tài)和性能進(jìn)行判斷。當電網(wǎng)斷電或設備未供電前，可根據便攜式兆歐表測量的靜態(tài)絕緣電阻進(jìn)行判斷；當電網(wǎng)帶電時(shí)，根據配電板式兆歐表或交流絕緣監測裝置測量得到的動(dòng)態(tài)電阻進(jìn)行判斷。動(dòng)態(tài)電阻能較好地反映環(huán)境、介質(zhì)損耗、極化以及機械振動(dòng)等因素對電阻的影響，從而更為真實(shí)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(pán)式絕緣儀表工作原理

配電盤(pán)式絕緣儀表電路圖見(jiàn)圖1。當船舶電力系統為理想絕緣狀態(tài)時(shí)，電網(wǎng)與船體之間無(wú)漏電，儀表指針停在∞標記處。當發(fā)生任意一相接地時(shí)，便有電流通過(guò)測量電路，電流由整流電源正極到儀表指針正端并通過(guò)兆歐表的接地端和電網(wǎng)的接地點(diǎn)構成閉合回路。開(kāi)關(guān)K用于380V和220V網(wǎng)絡(luò )測量轉換。配電板式絕緣儀表可指示電網(wǎng)的絕緣電阻數值，可通過(guò)附加聲光報警器增強報警的效果。

2)確定故障區域

在出現接地故障后，首先要確定故障區域，分析在絕緣儀表發(fā)出報警時(shí)，船舶中分別有哪些電氣設備正在運行、哪些設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。若在切斷相應的配電開(kāi)關(guān)后，報警消除，則可確定故障發(fā)生點(diǎn)。

通常以線(xiàn)路中每個(gè)開(kāi)關(guān)作為“結點(diǎn)"進(jìn)行分段排查[3]，排查順序一般為主配電板→區域配電板→分配電箱→具體用電負荷。對于照明系統，為減少查找的工作量，可使用分割法進(jìn)行排除，將配電開(kāi)關(guān)后的照明負載分為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(pán)絕緣測量?jì)x表只能起到監視絕緣狀態(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(dòng)強度。

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、液晶顯示器、轉換器和傳感器。主機由CPU板、信號源板、繼電器板、電源、電連接器和接線(xiàn)端子等組成。主機內所有電氣信號通過(guò)總線(xiàn)通信方式相互聯(lián)系，主機通過(guò)機箱上的電連接器及接線(xiàn)端子和外部信號相連。轉換器由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運行狀態(tài)等信息，具備實(shí)時(shí)記錄和歷史查詢(xún)功能，并配置有操作按鈕。傳感器用于感應電網(wǎng)支路的泄漏電流，其輸出信號通過(guò)相應的轉換器處理后，向主機提供故障定位信息。

2)接地故障的查找

當三相負載平衡或無(wú)相線(xiàn)接地時(shí)，三相電流的瞬時(shí)值之和恒為零，因此，導線(xiàn)周?chē)拇磐ê銥榱?。當發(fā)生單相接地時(shí)，三相電流的平衡被破壞，從而引起磁場(chǎng)的變化。傳感器采集磁場(chǎng)變化信息，經(jīng)轉換器進(jìn)行相應的數據轉化后提供給主機，進(jìn)而判斷出故障點(diǎn)。

2電氣接地故障的預防措施

2.1加強管理，提高思想意識

船舶電力系統，通常為三相三線(xiàn)絕緣供電系統。當線(xiàn)路中發(fā)生一相接地時(shí)，只會(huì )引起非接地相的電壓升高，電氣設備仍可正常運行。但若不及時(shí)排除，當再有一相接地時(shí)，則會(huì )引起短路故障、開(kāi)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，機電設備管理人員應加強對接地故障的風(fēng)險意識，嚴格遵守規章制度，切實(shí)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)根據系統和設備的電壓等級，選用相應的兆歐表。

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

3)建立數據庫管理系統，并將數據作為維護保養的基礎。

2.3加強設備的管理

1)保持電氣設備密封的完整性。對于安裝在露天環(huán)境與潮濕處所的電氣設備，應定期觀(guān)察密封膠圈的老化程度并及時(shí)進(jìn)行更換。對于帶有填料函的設備，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)避免電氣設備長(cháng)時(shí)間過(guò)載運行，防止絕緣部分由于過(guò)熱而老化。應合理選擇熱繼電器和空氣斷路器并按相關(guān)標準對過(guò)載數值進(jìn)行整定。

3)設備接線(xiàn)應符合相關(guān)工藝要求，盡量采用冷壓銅頭，避免電纜芯線(xiàn)刺穿絕緣。

4)內裝艙室安裝固定相關(guān)設備時(shí)應注意電纜分布情況，避免安裝螺釘刺穿電纜絕緣層。

2.4強化技術(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備絕緣性能的降低對電網(wǎng)其他設備造成影響。

2)采用新型交流電網(wǎng)絕緣監測裝置

隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型交流電網(wǎng)絕緣監測裝置不僅能對電網(wǎng)的絕緣性能進(jìn)行監測，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。

3絕緣監測及絕緣故障定位產(chǎn)品

3.1絕緣監測及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監測儀

AIM-T系列絕緣監測儀主要應用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統中，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。

其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統，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。

3.2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(xiàn)回路較多的IT配電系統。

3.3絕緣監測耦合儀

絕緣監測耦合儀配合AIM-T500絕緣監測儀使用，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。

4技術(shù)參數

4.1絕緣監測儀技術(shù)參數

 4.2測試信號發(fā)生器技術(shù)參數

 4.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數

 4.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數

 4.5絕緣監測耦合儀技術(shù)參數

 5結論

船舶電氣接地故障對電網(wǎng)的安全可靠運行極其重要，為了避免接地故障的發(fā)生，應從提高安全意識入手，加強對電氣系統絕緣電阻的測量和監視。及早發(fā)現潛在的故障隱患，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。

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