工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)方案的應(yīng)用及組成架構(gòu)分析

安科瑞劉鴻鵬

摘要

隨著工業(yè)用電安全要求的不斷提高，絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)在保障低壓配電系統(tǒng)安全運(yùn)行方面發(fā)揮著越來越重要的作用。工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)方案為例，分析其在礦井、礦山、船舶、岸電等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，探討了該技術(shù)在提高供電連續(xù)性、可靠性和安全性方面的突出表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)；IT系統(tǒng)；故障定位；用電安全；

1.引言

在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到生產(chǎn)效率和人員安全。特別是在礦井、船舶、化工等特殊場(chǎng)所，電氣絕緣故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。傳統(tǒng)的接地保護(hù)系統(tǒng)已不能滿足這些特殊場(chǎng)所對(duì)供電連續(xù)性和安全性的高要求。IT系統(tǒng)（不接地系統(tǒng)）因其在發(fā)生單相接地故障時(shí)仍能維持供電的特性，被廣泛應(yīng)用于這些重要場(chǎng)所。而絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)作為IT系統(tǒng)的核心保護(hù)手段，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)日益凸顯。

2. 工業(yè)場(chǎng)所絕緣監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)分析

工業(yè)場(chǎng)所絕緣監(jiān)測(cè)是保障電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但在實(shí)際應(yīng)用中面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)和實(shí)施難點(diǎn)。本文將從環(huán)境因素、系統(tǒng)特性、監(jiān)測(cè)技術(shù)、維護(hù)管理等多個(gè)維度，詳細(xì)剖析工業(yè)場(chǎng)所絕緣監(jiān)測(cè)的主要難點(diǎn)。

2.1 環(huán)境因素帶來的監(jiān)測(cè)挑戰(zhàn)

極端環(huán)境條件影響

溫濕度極端變化：鋼鐵廠高溫（50℃+）、冷庫低溫（30℃）、礦井高濕（RH>95%）等導(dǎo)致絕緣材料性能波動(dòng)

腐蝕性環(huán)境：化工廠酸堿蒸汽、沿海鹽霧加速絕緣劣化，造成監(jiān)測(cè)設(shè)備本身腐蝕

機(jī)械應(yīng)力：礦山機(jī)械振動(dòng)、港口設(shè)備沖擊導(dǎo)致連接松動(dòng)、監(jiān)測(cè)裝置位移

復(fù)雜電磁環(huán)境干擾

大功率設(shè)備干擾：軋鋼機(jī)、電弧爐等產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)（EMI強(qiáng)度可達(dá)100V/m以上）

變頻器諧波污染：導(dǎo)致監(jiān)測(cè)信號(hào)失真（THD常超過15%）

瞬態(tài)過電壓：雷擊、操作過電壓（可達(dá)5kV/μs）損壞監(jiān)測(cè)設(shè)備

2.2 配電系統(tǒng)特性導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)困難

系統(tǒng)拓?fù)鋸?fù)雜性

多級(jí)配電結(jié)構(gòu)：從10kV到400V的多級(jí)變配電造成絕緣故障傳播路徑復(fù)雜

混合接地系統(tǒng)：TNS與IT系統(tǒng)共存時(shí)的相互影響

分布式電源接入：光伏、儲(chǔ)能等新能源接入改變故障電流特征

負(fù)載特性多樣化

非線性負(fù)載占比高：變頻驅(qū)動(dòng)占比超60%的場(chǎng)合

動(dòng)態(tài)負(fù)載變化快：軋機(jī)、起重機(jī)等負(fù)載突變率可達(dá)200%/s

容性負(fù)載影響：長電纜對(duì)地電容可達(dá)1μF/km以上

2.3 監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)施難點(diǎn)

測(cè)量技術(shù)瓶頸

寬范圍測(cè)量需求：需同時(shí)檢測(cè)100kΩ~10GΩ的絕緣電阻

分布參數(shù)影響：500米電纜對(duì)地電容可達(dá)0.5μF，導(dǎo)致信號(hào)衰減20dB+

多參數(shù)耦合：電阻、電容、泄漏電流的相互影響

故障診斷準(zhǔn)確性

閾值設(shè)定困境：不同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)差異（礦井要求<50kΩ，一般工業(yè)<500kΩ）

漸進(jìn)性故障識(shí)別：絕緣緩慢劣化難以早期預(yù)警

間歇性故障捕捉：閃絡(luò)性故障持續(xù)時(shí)間可能僅10ms級(jí)

2.4 系統(tǒng)運(yùn)維管理難點(diǎn)

設(shè)備可靠性要求

連續(xù)運(yùn)行挑戰(zhàn)：要求MTBF>50000小時(shí)

元器件老化：電解電容等元件在高溫下壽命衰減50%/10℃

測(cè)量漂移問題：年漂移量需控制在±2%以內(nèi)

現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)困難

可達(dá)性差：高空、密閉空間等危險(xiǎn)區(qū)域占35%以上

專業(yè)人才缺乏：復(fù)合型運(yùn)維人員缺口達(dá)40%

數(shù)據(jù)利用不足：85%的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未被深度分析

2.5 特殊應(yīng)用場(chǎng)景難點(diǎn)

爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所

防爆要求嚴(yán)格：需滿足ATEX/IECEx標(biāo)準(zhǔn)

本質(zhì)安全限制：監(jiān)測(cè)電流需<100mA

維護(hù)周期短：每3個(gè)月需開蓋檢查

移動(dòng)設(shè)備監(jiān)測(cè)

船舶電力系統(tǒng)：搖擺工況導(dǎo)致接觸電阻變化±15%

礦用移動(dòng)設(shè)備：頻繁插拔造成絕緣磨損率提高3倍

岸電系統(tǒng)：潮濕+機(jī)械振動(dòng)復(fù)合應(yīng)力影響

3. 工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)

工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由絕緣監(jiān)測(cè)儀、信號(hào)發(fā)生器、故障定位儀和定位用互感器等設(shè)備組成。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)IT配電系統(tǒng)對(duì)地的絕緣電阻及等效電容值，并在絕緣故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。安科瑞的解決方案符合GB/T18216.82015和GB/T18216.92015等國家標(biāo)準(zhǔn)，適用于交流1000V和直流1500V以下的低壓配電系統(tǒng)。

3.1 技術(shù)方案

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3.2 技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

為了提高供電的連續(xù)性、可靠性和安全性，許多重要生產(chǎn)場(chǎng)所也采用了IT配電系統(tǒng)（不接地供電系統(tǒng)）。

工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)及故障定位產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域， 如礦井、礦山、玻璃廠、電爐和試驗(yàn)設(shè)備、船舶、海上平臺(tái)、 岸電、冶金廠、化工廠、爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所、計(jì)算機(jī)中心以及應(yīng)急電源等。通常裝設(shè)絕緣監(jiān)測(cè)儀用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)地的絕緣狀況  ,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，及時(shí)報(bào)警，提醒并排查故障。

3.3 工業(yè)絕緣方案組成架構(gòu)

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3.4 主要功能

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IT配電系統(tǒng)對(duì)地的絕緣及等效電容值， 并在絕緣故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀表與系統(tǒng)和地之間的接線狀態(tài)，當(dāng)接線斷線時(shí)發(fā)故障斷線報(bào)警信號(hào)。

絕緣故障時(shí)，絕緣故障定位裝置能定位故障所在回路，方便故障排查；

具有RS485通訊功能，通過通訊網(wǎng)絡(luò)能將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)或云平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。

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4. 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

4.1 提高供電連續(xù)性和可靠性

在IT系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)仍可繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)立即導(dǎo)致停電。安科瑞的絕緣監(jiān)測(cè)儀能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)絕緣狀況，在絕緣水平降低到危險(xiǎn)值前發(fā)出預(yù)警，使運(yùn)維人員有足夠時(shí)間進(jìn)行計(jì)劃性維修，避免了非計(jì)劃性停電帶來的生產(chǎn)損失。例如在云南某金屬礦項(xiàng)目中，盡管礦內(nèi)環(huán)境高溫高濕，絕緣水平較低，但通過絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍能維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 故障定位縮短維修時(shí)間

傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)只能報(bào)警而無法定位故障點(diǎn)，而安科瑞的解決方案集成了故障定位功能。當(dāng)發(fā)生絕緣故障時(shí)，系統(tǒng)能夠定位到具體故障回路，顯著縮短了故障排查時(shí)間。在福建某電站UPS配電項(xiàng)目中，系統(tǒng)可以定位到具體的故障回路并顯示在絕緣監(jiān)測(cè)儀上，大大提高了維修效率。

4.3 適應(yīng)多種復(fù)雜工業(yè)環(huán)境

安科瑞的工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)方案已成功應(yīng)用于礦井、礦山、玻璃廠、電爐、船舶、海上平臺(tái)、冶金廠、化工廠等多種工業(yè)環(huán)境。這些環(huán)境往往存在高溫、高濕、腐蝕性氣體等惡劣條件，對(duì)設(shè)備的可靠性和適應(yīng)性提出了極高要求。例如在船舶配電應(yīng)用中，系統(tǒng)能夠適應(yīng)船舶振動(dòng)、鹽霧等特殊環(huán)境，確保穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控與智能化管理

系統(tǒng)具有RS485通訊功能，可以通過通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)或云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。在云南金屬礦項(xiàng)目中，監(jiān)控值班室設(shè)置了遠(yuǎn)程絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)查看各豎井配電系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了集中管理和智能預(yù)警。

4.5 符合嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)

安科瑞的絕緣監(jiān)測(cè)產(chǎn)品嚴(yán)格遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB164232020)、《碼頭船舶岸電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T5130052018)等，確保在各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中都能提供可靠的安全保障。

5.典型應(yīng)用案例分析

5.1 礦井礦山應(yīng)用

在云南某金屬礦項(xiàng)目中，系統(tǒng)在1228m、1080m、690m等不同深度設(shè)置了低壓絕緣監(jiān)測(cè)故障定位裝置。由于礦井環(huán)境高溫高濕，且運(yùn)行時(shí)間較久，絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)絕緣狀態(tài)，有效預(yù)防了因絕緣降低導(dǎo)致的電氣事故。

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5.2 船舶配電應(yīng)用

某散貨輪船項(xiàng)目采用柴發(fā)供電，具有高壓岸電接入、低壓岸電接入和后備柴油發(fā)電機(jī)接入。系統(tǒng)在主配電和應(yīng)急配電板、廚房配電、駕駛室照明配電等位置共配置了6套絕緣監(jiān)測(cè)及故障定位方案，確保了船舶電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

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5.3 UPS配電應(yīng)用

福建某電站項(xiàng)目的UPS出線使用了6套絕緣監(jiān)測(cè)及故障定位系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生絕緣狀況降低時(shí)，裝置可以定位到具體的故障回路并顯示在絕緣監(jiān)測(cè)儀上，為UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

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結(jié)論

工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)方案在保障特殊工業(yè)場(chǎng)所用電安全方面具有顯著優(yōu)勢(shì)：通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警提高了供電連續(xù)性；故障定位縮短了維修時(shí)間；強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性使其能在各種惡劣條件下可靠工作；遠(yuǎn)程監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)了智能化管理；嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)符合性確保了系統(tǒng)的安全性。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和用電安全要求的日益嚴(yán)格，絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為工業(yè)生產(chǎn)的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。