摘要：交流電網(wǎng)和電氣設(shè)備的絕緣狀況直接影響艦船電力系統(tǒng)安*全，其絕緣電阻的下降是一個(gè)不可避免的過程，成為了電網(wǎng)安*全的嚴(yán)重隱患。電氣設(shè)備絕緣材料的劣化過程是不可逆的，對艦船交流電網(wǎng)進(jìn)行絕緣在線監(jiān)測及快速定位絕緣故障支路，對保障艦船電力系統(tǒng)的安*全及航行安*全具有重要意義。

  關(guān)鍵詞：交流電網(wǎng)；絕緣電阻；在線監(jiān)測；定位

1引言

  艦船交流電網(wǎng)是船舶的大動(dòng)脈，直接影響艦船的生命力及執(zhí)行力。艦船環(huán)境條件較為惡劣，電網(wǎng)的絕緣易受損害，給艦船電氣設(shè)備的正常運(yùn)行帶來隱患。如果艦船電網(wǎng)絕緣缺乏有效的監(jiān)測手段，絕緣狀況將會(huì)持續(xù)惡化，造成供電系統(tǒng)故障或控制功能紊亂，尤其是在進(jìn)出港或航行于危險(xiǎn)航道時(shí)，釀成安*全事故。因此，建立有效的艦船交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)消除安*全隱患，對保障艦船安*全尤為重要。

2影響交流電網(wǎng)絕緣性能的因素

  艦船交流電網(wǎng)絕緣缺*陷可分為兩種：一種是分布性缺*陷；另一種是集中性缺*陷。一般而言，分布性缺*陷的產(chǎn)生基本是因?yàn)檫^熱、受潮、動(dòng)力負(fù)荷以及長時(shí)間過電壓的工作環(huán)境而造成機(jī)電設(shè)備整體絕緣性能下降。這種缺*陷產(chǎn)生過程緩慢，但卻具有普遍性；集中性缺*陷主要是指絕緣缺*陷集中于某一個(gè)或某幾個(gè)部分或區(qū)域，如區(qū)域局部受潮、設(shè)備局部機(jī)械損傷等，這種缺*陷發(fā)展快，因而危險(xiǎn)性大。

2.1環(huán)境因素

  艦船及其設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣，長期運(yùn)行于鹽、溫、濕和油霧的海洋環(huán)境中，在這樣的環(huán)境條件下霉菌容易大量繁殖，造成絕緣材料性能變差，甚至?xí)菇^緣失效；絕緣材料表面對潮氣的吸附，引起絕緣材料表面積聚粉塵、水蒸汽，在水和電場的作用下產(chǎn)生放電，破壞絕緣材料表面；而空氣中的水分、氧氣、化學(xué)塵埃和陽光輻射，會(huì)加速電氣設(shè)備絕緣材料表面老化。

  艦船電氣設(shè)備所處的工作環(huán)境普遍較差，機(jī)艙安裝設(shè)備眾多，正常航行時(shí)機(jī)艙溫度達(dá)45℃~50℃甚至更，加上內(nèi)部工作艙室通風(fēng)不暢，在這樣的環(huán)境下電氣設(shè)備絕緣性能下降尤為嚴(yán)重；另一方面，艦船在大風(fēng)浪中航行時(shí)，船體持續(xù)地?fù)u擺、傾斜，甚至遭受海浪的猛烈沖擊，船內(nèi)設(shè)備也隨之遭遇不同程度的震動(dòng)。艦船內(nèi)的主機(jī)、輔機(jī)和其他各種機(jī)械設(shè)備在正常運(yùn)行中也不可避免地會(huì)產(chǎn)生不同程度的震動(dòng)，從而導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備及船上各種電纜都受到持續(xù)的沖擊、震動(dòng)，因而產(chǎn)生各種彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)、摩擦等物理形變，使絕緣材料遭到不斷磨損和破壞。

2.2設(shè)備因素

  電氣設(shè)備主要由絕緣材料以及各種導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料構(gòu)成，其中絕緣材料大部分為有機(jī)材料，通過氧化聚合、分解、揮發(fā)等一系列的化學(xué)反應(yīng)而制成。在這個(gè)過程中，絕緣材料變脆、介質(zhì)損耗增加、吸潮性變大、電導(dǎo)變大，從而引起絕緣材料電氣性能產(chǎn)生不可逆的轉(zhuǎn)化。電氣設(shè)備的絕緣性能受自身?xiàng)l件和外界因素影響，總體呈現(xiàn)不斷下降、劣化的趨勢。

  在電氣設(shè)備制造、長途運(yùn)輸及裝卸、運(yùn)行等過程中，電氣設(shè)備的絕緣性能不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種缺*陷。在正常工作中，電氣設(shè)備絕緣材料受電磁場作用，絕緣性能下降：材料的電荷分布不均勻，電容率變大，絕緣性能變差；絕緣材料在直流電場下產(chǎn)生漏電流，電導(dǎo)率變大；電荷在電場中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，不論是前后、左右的移動(dòng)還是轉(zhuǎn)向，均需從電場中吸收能量，使自身的熱振動(dòng)加劇，引起發(fā)熱而加速絕緣老化。因此，電氣設(shè)備的正常工作過程也是一個(gè)自身絕緣性能不斷下降的過程，當(dāng)絕緣性能下降到某一臨界點(diǎn)時(shí)，如果絕緣材料的局部電導(dǎo)急劇增加，就有可能在薄弱的一點(diǎn)或幾點(diǎn)發(fā)生擊穿，致使電氣設(shè)備失去絕緣特性。

3交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)測與定位

  艦船電網(wǎng)的安*全運(yùn)行是艦船安*全航行的基礎(chǔ)。在艦船航行過程中，船舶設(shè)備處于長期工作狀態(tài)，由于溫度、濕度、電壓和頻率不斷變化而引起的發(fā)熱、損耗，以及機(jī)械振動(dòng)等因素都直接影響著絕緣電阻的低，絕緣電阻隨溫度、濕度的升而下降。絕緣性能的不斷降低，嚴(yán)重威脅著艦船的航行安*全，因此絕緣監(jiān)測設(shè)備已成為艦船不能少的設(shè)備。

3.1絕緣電阻測量的原理

  測量交流電網(wǎng)絕緣電阻的基本原理，如下圖1所示。正常情況下，將一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓加入交流電網(wǎng)某相與地之間，測量直流電壓產(chǎn)生的直流電流值，再根據(jù)下式即可以計(jì)算出交流電網(wǎng)對地的絕緣電阻值：

  根據(jù)圖1所示的絕緣電阻測量基本原理，可相應(yīng)地作出一個(gè)在線進(jìn)行絕緣監(jiān)測的技術(shù)方案，進(jìn)而制造出絕緣監(jiān)測儀。絕緣監(jiān)測儀從電網(wǎng)取得交流電源，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，再將此電壓加入到相、地之間，即可實(shí)現(xiàn)測量該交流電網(wǎng)的對地絕緣電阻；如果測得的絕緣電阻達(dá)到預(yù)先設(shè)定的某個(gè)數(shù)值時(shí)，監(jiān)測儀馬上發(fā)出報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)絕緣監(jiān)測報(bào)警的功能。

  根據(jù)絕緣電阻測量基本原理制造的絕緣監(jiān)測裝置，成本低、簡單實(shí)用，同時(shí)還滿足了船級(jí)社關(guān)于艦船電網(wǎng)絕緣監(jiān)測方面的相關(guān)要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但該型絕緣監(jiān)測儀只是監(jiān)測了整個(gè)電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)，當(dāng)整船電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)絕緣值低于設(shè)定值時(shí)，絕緣監(jiān)測即可實(shí)時(shí)發(fā)出絕緣報(bào)警，但卻無法準(zhǔn)確判斷絕緣故障的具體位置，這將會(huì)嚴(yán)重影響艦船的正常航行。

3.2傳統(tǒng)的絕緣故障查找與定位方法

  絕緣監(jiān)測儀在發(fā)出聲光報(bào)警后，為了保障艦船的安*全航行，需要查找出故障位置并排除故障。當(dāng)電網(wǎng)某一支路因出現(xiàn)絕緣低而引發(fā)絕緣報(bào)警時(shí)，切斷支路電源，絕緣報(bào)警就會(huì)自行消除。因此目前應(yīng)用較為廣泛的絕緣故障查找與定位方法是支路斷電法。

  支路斷電法是從配電板開始，依次斷開主配電板的各個(gè)開關(guān)，首先排查從主配電板引出的各支路，確認(rèn)無誤后再循著該支路依次斷開各個(gè)分電箱的電源，定位具體故障的分電箱，再從故障分電箱定位具體的故障線路及設(shè)備。由于支路斷電法工作繁瑣，而且在檢查過程中甚至?xí)绊懙街鬏o機(jī)的正常運(yùn)行，因此研究一種更為*效的故障支路查找及定位方法勢在必行。

3.3絕緣故障自動(dòng)定位方法

  現(xiàn)代船舶向著大型化發(fā)展，艦船電網(wǎng)越來越復(fù)雜、支路越來越多，在航行過程中出現(xiàn)絕緣故障時(shí)主要設(shè)備又不允許停電檢查，因此研究絕緣故障支路自動(dòng)定位方法尤為重要。

3.3.1絕緣故障支路的定位方法

 定位絕緣故障支路時(shí)，綜合使用雙頻法與漏電流幅相比較法的混合測量方法較為有效：在檢測到電力網(wǎng)絡(luò)絕緣低于預(yù)設(shè)置值時(shí)，啟動(dòng)定位程序，優(yōu)先啟用漏電流幅相比較法，檢查是否存在支路單相絕緣降低的故障；當(dāng)使用漏電流幅相比較法沒有檢測到故障支路時(shí)，則有可能出現(xiàn)兩相或三相絕緣同時(shí)降低的故障，在此情況下采用雙頻法進(jìn)行故障支路檢測。因此，采用混合測量法可實(shí)現(xiàn)故障支路的準(zhǔn)確定位。

3.3.2單相絕緣故障的定位方法

  現(xiàn)代艦船三相交流電力系統(tǒng)基本采用中性點(diǎn)不接地的方式，電力網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行過程中，電氣設(shè)備單相對地絕緣故障是為常見的電力網(wǎng)絡(luò)故障。隨著艦船電站容量的不斷變大和用電設(shè)備的增多，設(shè)備接地電容和網(wǎng)絡(luò)分布電容隨之變大，因此當(dāng)某個(gè)負(fù)載支路發(fā)生單相對地絕緣故障時(shí)，同處一個(gè)供電區(qū)域的其它各負(fù)載支路都會(huì)產(chǎn)生一定的對地泄漏電流，利用負(fù)載支路發(fā)生單相對地絕緣故障時(shí)各支路漏電流的幅相特性，即可進(jìn)行故障支路的定位。

  三相浮地系統(tǒng)各負(fù)載支路對地參數(shù)等效模型，如圖2所示。圖中供電網(wǎng)絡(luò)由n條支路構(gòu)成，圖中rka、rkb、rkc分別表示各負(fù)載支路A、B、C各相對地絕緣電阻值；cka、ckb、ckc分別表示各負(fù)載支路A、B、C各相對地分布電容和設(shè)備接地電容的總和。

  假設(shè)三相網(wǎng)絡(luò)對稱，其幅值相等且均為Uφ，三相之間的相位相差120°且各相對地總電容相同，則：

  根據(jù)節(jié)點(diǎn)電壓法：

  設(shè)電流傳感器變流比為K，則第k條支路電流傳感器所輸出的電流為：

  假設(shè)供電網(wǎng)絡(luò)各支路絕緣限值為R，若第k條支路A相絕緣故障，即、、，供電網(wǎng)絡(luò)其它各支路絕緣值均為正常數(shù)值時(shí)，經(jīng)過計(jì)算可得：

  考慮到此時(shí)有，并且一般情況下對于較大型艦艇電力網(wǎng)絡(luò)而言c>>ck，則有：

  從公式(6)可知：當(dāng)rka=0時(shí)，即可判斷發(fā)生單相接地故障，故有Ik>>K3jwcUj。在假設(shè)其它各負(fù)載支路絕緣正常的情況下，該支路漏電流的異常主要由該支路對地電容變化引起?？紤]第m(1≤m≤n,m≠k)條支路，該支路對應(yīng)傳感器輸出電流為：

  綜上可知，故障支路與正常運(yùn)行支路兩者之間的漏電流幅值，存在如下關(guān)系：

  在交流電力系統(tǒng)中，一般c>>cm，由此判斷故障支路漏電流與正常支路漏電流值明顯不一致；再結(jié)合前文計(jì)算，可知二者的相位相差180°，即二者漏電流方向相反，因此采用幅相比較法能夠準(zhǔn)確地定位單相故障支路。

3.3.3多相絕緣故障的定位方法

  當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)載支路發(fā)生兩相或三相絕緣同時(shí)降低時(shí)，幅相比較法就無法準(zhǔn)確定位故障支路，這時(shí)可考慮采用雙頻法進(jìn)行故障支路定位，其工作原理如圖3所示。

  根據(jù)圖3所示原理圖，在艦船交流電網(wǎng)中分別加入交流信號(hào)f1、f2，兩個(gè)交流信號(hào)的頻率不相同。設(shè)該支路等效絕緣電阻為R，等效分布電容為C，所加兩個(gè)交流信號(hào)的電壓為us1、us2，所加兩個(gè)交流信號(hào)產(chǎn)生的支路漏電流為i1、i2。

  該支路的絕緣電阻，可用下式表示；

  分布電容值，可用下式表示：

  運(yùn)用傅立葉方法，即可計(jì)算出注入信號(hào)的電壓及流經(jīng)電力系統(tǒng)各負(fù)載支路的電流，從而準(zhǔn)確地計(jì)算出電力系統(tǒng)中各負(fù)載支路的對地絕緣電阻值，通過電阻值即能快速判斷故障支路，從而實(shí)現(xiàn)故障支路的定位。

3.3.4絕緣監(jiān)測裝置

  絕緣監(jiān)測及其故障定位的功能主要取決于其數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、邏輯判斷的能力，再運(yùn)行事先確定的程序即可快速、準(zhǔn)確地定位電網(wǎng)故障支路。目前，幅相比較法與雙頻法理論較為成熟，技術(shù)可靠，因此可采用這兩種技術(shù)設(shè)計(jì)一種絕緣監(jiān)測裝置，其硬件架構(gòu)如圖4所示。

  絕緣監(jiān)測裝置硬件組成復(fù)雜，主要由CPU板、信號(hào)源板、顯示板以及各支路傳感器等組成。其中：傳感器是能檢測到微弱電流的敏感器件，置于被檢測負(fù)載支路的前端；傳感器信號(hào)處理器，采用具有精度、低漂移儀器放大器件組成，通過放大、變換傳感器輸出的信號(hào)，計(jì)算后即可得到該支路漏電流的實(shí)時(shí)值。

  根據(jù)艦船實(shí)際使用情況，設(shè)定絕緣報(bào)警值，監(jiān)測裝置在正常運(yùn)行過程中按照一定的采樣周期對各支路進(jìn)行信號(hào)采樣；CPU板根據(jù)設(shè)定的程序，自動(dòng)計(jì)算各供電支路對地絕緣電阻值；當(dāng)計(jì)算得到的電網(wǎng)絕緣電阻低于預(yù)設(shè)值時(shí)，裝置驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)故障定位程序，根據(jù)幅相比較法或雙頻法對各支路進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然后將故障支路的相關(guān)信息發(fā)送至顯示板，從而實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)的絕緣監(jiān)測與故障支路定位功能。

4絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

4.1絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀

          AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應(yīng)用在工業(yè)場所IT配電系統(tǒng)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(tǒng)。

  其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)，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。

4.2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(jiān)測儀使用，主要包括ASG200測試信號(hào)發(fā)生器，AIL200-12絕緣故障定位儀，AKH-0.66L系列電流互感器，適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

4.3絕緣監(jiān)測耦合儀

  絕緣監(jiān)測耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測儀使用，主要包括ACPD100，ACPD200，適用于交流電壓于690V，直流電壓于800V的IT配電系統(tǒng)。

5技術(shù)參數(shù)

5.1絕緣監(jiān)測儀技術(shù)參數(shù)

5.2測試信號(hào)發(fā)生器技術(shù)參數(shù)

5.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)

5.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)

5.5絕緣監(jiān)測耦合儀技術(shù)參數(shù)

6結(jié)語

  定位故障支路、提船員排除電網(wǎng)絕緣故障效率，能夠有效地保障艦船電力系統(tǒng)供電安*全。在平時(shí)將存儲(chǔ)每條支路的絕緣電阻測量值，經(jīng)過一段時(shí)間的數(shù)據(jù)積累，船員可通過分析得到各支路絕緣狀態(tài)的變化趨勢，并在平常維護(hù)保養(yǎng)中對絕緣性能下降較快的設(shè)備作為重點(diǎn)對象加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，延緩其下降趨勢，在其發(fā)生故障之前排除故障或進(jìn)行修換，避免在艦船航行中發(fā)生故障，保證航行安*全。

參考文獻(xiàn)

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1.       【技術(shù)支持衛(wèi)星：CDD-9888】【公從號(hào)：安科瑞能效管理解決方案】

2.       云平臺(tái)：變電所運(yùn)維云平臺(tái)、分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)、建筑能耗云平臺(tái)、企業(yè)能源管控平臺(tái)、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)、宿舍預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)、充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)、智慧消防云平臺(tái)、安全用電管理云平臺(tái)、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺(tái)；

3.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達(dá)保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)；無線測溫系統(tǒng)；

4.       中壓測控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護(hù)裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、線路保護(hù)裝置、配電變保護(hù)裝置、電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置、備自投保護(hù)裝置、電容器保護(hù)裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護(hù)裝置、電流互感器過電壓保護(hù)器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

5.       電力監(jiān)控與保護(hù)：弧光保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電氣接點(diǎn)在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動(dòng)機(jī)(馬達(dá)）保護(hù)器、低壓線路保護(hù)器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

6.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、精度網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測電表、電子式電能表、導(dǎo)軌式電能表、面板表嵌入式電表、預(yù)付費(fèi)表、多用戶計(jì)量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無線多回路計(jì)量交流/直流表、無線多回路環(huán)保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉(zhuǎn)換器、智能照明控制裝置；

7.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線安防保護(hù)器、諧波保護(hù)器、靜止無功發(fā)生器、濾波補(bǔ)償裝置、電力電容補(bǔ)償裝置、集成式諧波抑制電力電容補(bǔ)償裝置、投切開關(guān)、功率因數(shù)補(bǔ)償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

8.       電氣安全：電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、剩余電流探測器、電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計(jì)量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測裝置、醫(yī)療機(jī)構(gòu)絕緣報(bào)警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測裝置、電氣防火限流式保護(hù)器；

9.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

10.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

11.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機(jī)、無線通信終端（無線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務(wù)器；

12.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級(jí)電流互感器、低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號(hào)隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護(hù)器；

13.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測儀、環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；

進(jìn)儲(chǔ)能群、電力群、光伏群；找供應(yīng)商、找客戶、找圈子，

衛(wèi)星：CDD-9888（分享資源 合作共贏）