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【摘要】海洋石油平台工作环境恶劣，电气设备的绝缘能力受到很大的影响，容易发生漏电现象，本文分析了海洋石油平台上常用的中性点不接地系统的漏电保护措施，并从电气设计施工的角度提出了一些预防电气设备漏电的建议，为海洋石油平台电气设备的漏电保护提供了参考。
【关键词】海洋石油平台 中性点不接地系统 电气设备 漏电保护
1 引言
海洋石油平台电气设备长期在海上运行，自然环境恶劣，相对湿度大，有盐雾、油雾，霉菌，凝露，甚至腐蚀性气体，这些因素都对电气设备极为不利，或使电气设备的绝缘电阻电阻下降，或使绝缘材料老化受损，增加了电气设备漏电的几率。漏电不仅可能造成相关人员的触电事故，而且漏电还可能引燃平台上易燃气体或油蒸汽造成更大的事故和人员伤亡。因此，对海洋石油平台电气设备采取漏电保护措施十分必要。
2 海洋石油平台上电气设备的漏电保护措施及特点分析
漏电保护的基本原理在于检测、减小甚至切断漏电电流。鉴于中性点不接地系统具有正常运行时安全性较高及供电可靠性高等优点，目前海洋石油平台的电气系统多为中性点不接地系统，本文仅对此种系统的漏电保护措施予以分析和描述。
根据中性点不接地系统的特点，我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，单相接地运行时间不应超过2小时。这样，在发生单相接地故障后，如何快速对发生故障的回路进行定位十分关键。然而，由于总体投资控制和设计习惯等原因，目前海洋石油平台虽然大多采用中性点不接地系统，但在绝缘监测方面，基本上是分段设置总体绝缘监测；当发生单相接地故障时，配电盘中会有公共报警，但无法对故障回路进行精确的定位。维护人员往往需要花费大量的时间和精力查找故障回路，甚至需要停止部分正常运行的设备以方便检查，对海洋石油平台的正常生产和安全都造成了一定的影响。
本文以储油轮“南海胜利”号为例，着重对一种针对中性点不接地系统的能准确定位故障回路的绝缘监测装置予以分析，此种绝缘监测装置适用于所有中性点不接地系统的储油轮或平台等石油设施。
“南海胜利”号位于南海东部海域，属于中海油深圳分公司流花油田的一部分，船上的电力系统采用中性点不接地的方式，主要电源规格为440V AC、220V AC、120V AC、24V DC，交流电源的频率为60Hz；按电源的重要性分类可分为主电源、应急电源、不间断电源（UPS电源）。整套绝缘监测装置为德国“BENDER”（本德尔）品牌，系统简略的单线图及相应配置的绝缘监测装置如图1所示。整个系统的工作情况综述如下：
440V AC：
绝缘监测系统的配置为“主-从”结构，由一套主EDS1000和两套从EDS1000组成，可以一起工作也可以分开单独工作。这些系统对所有440V的输出回路分别予以监测，如果发生单相故障，将使相应的回路跳闸。主EDS1000（E-7091）监测“PSG 配电盘”（PSG switchboard），两个从EDS1000分别监测“SS 配电盘”（Ship Service switchboard）和“应急配电盘“（Emergency switchboard）。当配电盘的母联断路器都闭合时，主EDS1000将控制两套从EDS1000系统；相应的母联断路器打开时，各系统将独立运行。对于PSG配电盘本身来说，如果母联断路器21打开，主EDS1000无法进行监测，此种情况下两个IRDH365将分别负责E-7021和E-7022的总体绝缘监测，如果E-7021或E-7022发生单相接地故障时，系统只给出公共报警，而不断开相应的回路（图1）。
220V AC，120V AC：
（1）对于P S G配电盘（P S G switchboard）和SS配电盘（Ship Service switchboard）一般性的220V AC和120V AC负载及控制电源，由IRDH-365进行绝缘监控，若有一个回路或更多的回路发生接地故障时则给出报警信号。
（2）对于应急配电盘（Emergency switchboard）和UPS的220V AC负载，由一套EDS-470装置进行绝缘监控，若有一个回路或更多的回路发生接地故障时，系统将给出报警信号并显示相应的故障回路
（3）UPS的120V AC配电盘由一套RCM 1000进行绝缘监控，对所有的输出回路都分别进行监测，一旦有单相接地故障发生时，相应的回路将会跳闸。
24V DC：
所有的24V DC充电器配电盘都由IRDH-365进行绝缘监控，若有一个回路或更多的回路发生接地故障时则给出报警信号。
以下以EDS1000（E-7091）为例，说明其工作原理及组成部分，如图2.1（局部）和图2.2所示，系统主要包括：
2块电源供应卡AN 1002
1个绝缘监测仪 IRDH 1025MYX-1
1个测试单元 PGAH 1000
5个评价单元MUAH 1001
2个可编程控制器 AD 1060
27块继电器卡 AK 1010
根据以上配置，可对162个回路进行绝缘监测。系统检测绝缘故障的主要原理为“第二次接地故障”检测法：在中性点不接地系统中，发生第一次接地故障时接地电流通常较小，因此，定位故障点的方法是闭合故障电流回路，具体方法是：测试单元PGAH 1000启动后，其周期性地产生一个可检测的绝缘故障脉波（实际是模拟高阻第二次接地），最大为30mA，此脉波经测试单元、真正接地故障点、PE（接地导线），导线、再回到测试单元，形成一个闭合回路，而此回路将会通过零序电流互感器，其输出接到评价单元MUAH 1001，评价单元做出分析后若为接地故障则给出相应的报警信号。具体运行情况如下： 当负责总体绝缘监测的I R D H 1025MYX-1检测到系统的绝缘电阻低于设定值时（5-50 kOhm可调），将启动两块可编程控制器AD 1060，再由可编程控制器AD 1060启动测试单元 PGAH 1000和继电器卡 AK 1010，进入逐个回路扫描的模式，每个回路的零序电流互感器的输出通过继电器卡AK 1010分别接到评价单元，当有接地故障发生且故障接地电流>10mA时，评价单元即能检测到；此种情况下，评价单元显示“earth fault”（接地故障），并将报警信号转到相应回路的继电器卡AK1010-1，此AK1010-1的红色报警灯“earth fault”（接地故障）将会亮起；然后，按照同样的方法，系统将继续检测其余的回路，直到所有回路的检测完成。
根据以上介绍可知，按照BENDER系统的工作方式，此套绝缘监测系统可以非常及时地发现单相接地故障，并且可以自动显示故障回路或让故障回路跳闸，极大地提高了维护的便利性，对储油轮或石油平台等海洋石油设施的电气设备的安全运行乃至整个设施的安全都发挥了非常重要的作用。
3 预防海洋石油平台上电气设备漏电的一些建议
除了配置合适的绝缘监测装置外，还需要注意其它相关的预防措施，如：确定好主干电缆的走向及通道，使之远离热源及油管线；电缆也不可以与热管线交叉，实在不可避免时，两者要保持一定的安全距离并采取一定的防护措施。设计时要考虑将电力、自控及通信电缆的分层敷设，高压电力电缆与低压电力电缆分层敷设，因此要考虑对电缆桥架的分层布置。电缆束穿舱壁视情况选用电缆筒或电缆框，在电缆经过处有防水、防爆要求时，要选用电缆筒保护电缆穿过舱壁，其他情况可用电缆框保护电缆穿过舱壁；在计算电缆筒、电缆框的规格时，要考虑窗口利用系数。对单根电缆，则选用电缆管或填料函。配电室及主控室内电气设备布置是设计的重点，配电盘柜及配电箱的布置一定要合理，既要符合施工标准规范，又要方便操作及维修。在其上方和后面不可有油管、水管及蒸气管线等可能泄漏的管线或容器（图2、3）。
4 结语
海洋石油平台电气设备工作环境恶劣，合适的中性点接地方式及相应的漏电保护措施十分必要。在越来越倡导人性化设计以及对安全有更高要求的今天，在进行平台电气设计时考虑类似本文所述的自动化程度更高并可以识别故障回路的绝缘监测装置有着非常重要的现实意义。
【关键词】海洋石油平台 中性点不接地系统 电气设备 漏电保护
1 引言
海洋石油平台电气设备长期在海上运行，自然环境恶劣，相对湿度大，有盐雾、油雾，霉菌，凝露，甚至腐蚀性气体，这些因素都对电气设备极为不利，或使电气设备的绝缘电阻电阻下降，或使绝缘材料老化受损，增加了电气设备漏电的几率。漏电不仅可能造成相关人员的触电事故，而且漏电还可能引燃平台上易燃气体或油蒸汽造成更大的事故和人员伤亡。因此，对海洋石油平台电气设备采取漏电保护措施十分必要。
2 海洋石油平台上电气设备的漏电保护措施及特点分析
漏电保护的基本原理在于检测、减小甚至切断漏电电流。鉴于中性点不接地系统具有正常运行时安全性较高及供电可靠性高等优点，目前海洋石油平台的电气系统多为中性点不接地系统，本文仅对此种系统的漏电保护措施予以分析和描述。
根据中性点不接地系统的特点，我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，单相接地运行时间不应超过2小时。这样，在发生单相接地故障后，如何快速对发生故障的回路进行定位十分关键。然而，由于总体投资控制和设计习惯等原因，目前海洋石油平台虽然大多采用中性点不接地系统，但在绝缘监测方面，基本上是分段设置总体绝缘监测；当发生单相接地故障时，配电盘中会有公共报警，但无法对故障回路进行精确的定位。维护人员往往需要花费大量的时间和精力查找故障回路，甚至需要停止部分正常运行的设备以方便检查，对海洋石油平台的正常生产和安全都造成了一定的影响。
本文以储油轮“南海胜利”号为例，着重对一种针对中性点不接地系统的能准确定位故障回路的绝缘监测装置予以分析，此种绝缘监测装置适用于所有中性点不接地系统的储油轮或平台等石油设施。
“南海胜利”号位于南海东部海域，属于中海油深圳分公司流花油田的一部分，船上的电力系统采用中性点不接地的方式，主要电源规格为440V AC、220V AC、120V AC、24V DC，交流电源的频率为60Hz；按电源的重要性分类可分为主电源、应急电源、不间断电源（UPS电源）。整套绝缘监测装置为德国“BENDER”（本德尔）品牌，系统简略的单线图及相应配置的绝缘监测装置如图1所示。整个系统的工作情况综述如下：
440V AC：
绝缘监测系统的配置为“主-从”结构，由一套主EDS1000和两套从EDS1000组成，可以一起工作也可以分开单独工作。这些系统对所有440V的输出回路分别予以监测，如果发生单相故障，将使相应的回路跳闸。主EDS1000（E-7091）监测“PSG 配电盘”（PSG switchboard），两个从EDS1000分别监测“SS 配电盘”（Ship Service switchboard）和“应急配电盘“（Emergency switchboard）。当配电盘的母联断路器都闭合时，主EDS1000将控制两套从EDS1000系统；相应的母联断路器打开时，各系统将独立运行。对于PSG配电盘本身来说，如果母联断路器21打开，主EDS1000无法进行监测，此种情况下两个IRDH365将分别负责E-7021和E-7022的总体绝缘监测，如果E-7021或E-7022发生单相接地故障时，系统只给出公共报警，而不断开相应的回路（图1）。
220V AC，120V AC：
（1）对于P S G配电盘（P S G switchboard）和SS配电盘（Ship Service switchboard）一般性的220V AC和120V AC负载及控制电源，由IRDH-365进行绝缘监控，若有一个回路或更多的回路发生接地故障时则给出报警信号。
（2）对于应急配电盘（Emergency switchboard）和UPS的220V AC负载，由一套EDS-470装置进行绝缘监控，若有一个回路或更多的回路发生接地故障时，系统将给出报警信号并显示相应的故障回路
（3）UPS的120V AC配电盘由一套RCM 1000进行绝缘监控，对所有的输出回路都分别进行监测，一旦有单相接地故障发生时，相应的回路将会跳闸。
24V DC：
所有的24V DC充电器配电盘都由IRDH-365进行绝缘监控，若有一个回路或更多的回路发生接地故障时则给出报警信号。
以下以EDS1000（E-7091）为例，说明其工作原理及组成部分，如图2.1（局部）和图2.2所示，系统主要包括：
2块电源供应卡AN 1002
1个绝缘监测仪 IRDH 1025MYX-1
1个测试单元 PGAH 1000
5个评价单元MUAH 1001
2个可编程控制器 AD 1060
27块继电器卡 AK 1010
根据以上配置，可对162个回路进行绝缘监测。系统检测绝缘故障的主要原理为“第二次接地故障”检测法：在中性点不接地系统中，发生第一次接地故障时接地电流通常较小，因此，定位故障点的方法是闭合故障电流回路，具体方法是：测试单元PGAH 1000启动后，其周期性地产生一个可检测的绝缘故障脉波（实际是模拟高阻第二次接地），最大为30mA，此脉波经测试单元、真正接地故障点、PE（接地导线），导线、再回到测试单元，形成一个闭合回路，而此回路将会通过零序电流互感器，其输出接到评价单元MUAH 1001，评价单元做出分析后若为接地故障则给出相应的报警信号。具体运行情况如下： 当负责总体绝缘监测的I R D H 1025MYX-1检测到系统的绝缘电阻低于设定值时（5-50 kOhm可调），将启动两块可编程控制器AD 1060，再由可编程控制器AD 1060启动测试单元 PGAH 1000和继电器卡 AK 1010，进入逐个回路扫描的模式，每个回路的零序电流互感器的输出通过继电器卡AK 1010分别接到评价单元，当有接地故障发生且故障接地电流>10mA时，评价单元即能检测到；此种情况下，评价单元显示“earth fault”（接地故障），并将报警信号转到相应回路的继电器卡AK1010-1，此AK1010-1的红色报警灯“earth fault”（接地故障）将会亮起；然后，按照同样的方法，系统将继续检测其余的回路，直到所有回路的检测完成。
根据以上介绍可知，按照BENDER系统的工作方式，此套绝缘监测系统可以非常及时地发现单相接地故障，并且可以自动显示故障回路或让故障回路跳闸，极大地提高了维护的便利性，对储油轮或石油平台等海洋石油设施的电气设备的安全运行乃至整个设施的安全都发挥了非常重要的作用。
3 预防海洋石油平台上电气设备漏电的一些建议
除了配置合适的绝缘监测装置外，还需要注意其它相关的预防措施，如：确定好主干电缆的走向及通道，使之远离热源及油管线；电缆也不可以与热管线交叉，实在不可避免时，两者要保持一定的安全距离并采取一定的防护措施。设计时要考虑将电力、自控及通信电缆的分层敷设，高压电力电缆与低压电力电缆分层敷设，因此要考虑对电缆桥架的分层布置。电缆束穿舱壁视情况选用电缆筒或电缆框，在电缆经过处有防水、防爆要求时，要选用电缆筒保护电缆穿过舱壁，其他情况可用电缆框保护电缆穿过舱壁；在计算电缆筒、电缆框的规格时，要考虑窗口利用系数。对单根电缆，则选用电缆管或填料函。配电室及主控室内电气设备布置是设计的重点，配电盘柜及配电箱的布置一定要合理，既要符合施工标准规范，又要方便操作及维修。在其上方和后面不可有油管、水管及蒸气管线等可能泄漏的管线或容器（图2、3）。
4 结语
海洋石油平台电气设备工作环境恶劣，合适的中性点接地方式及相应的漏电保护措施十分必要。在越来越倡导人性化设计以及对安全有更高要求的今天，在进行平台电气设计时考虑类似本文所述的自动化程度更高并可以识别故障回路的绝缘监测装置有着非常重要的现实意义。