海洋平台中控接地故障回路检测系统的设计

摘 要:在海洋平台油气安全生产中,中控系统起着大脑和中枢神经般的重要作用,而对于接地故障的自动监控并排除隐患对于安全生产关系重大.但目前鲜见在中控系统对接地故障进行高效准确的回路监控,针对这一现状,本文通过方案优化,对比分析了不同做法的优缺点,引进应用电流互感器和接地故障评估仪,搭建中控接地故障回路检测系统,并对整个系统进行原理介绍,选型设计和效益与应用推广.

关 键 词:接地故障卡件级别检测电流互感器评估仪回路有效测量范围

1引言

在海洋平台油气安全生产中,中控系统对现场故障的自动检测,报警与安全高效地处理至关重要.而随着现场仪表电缆的绝缘老化,机械划伤,使用接线箱等中间结点的漏地等因素会造成中控接地故障或引起设备误动作,从而带来安全隐患或严重后果.同时根据NFPA火气消防系统安全规范,不允许中控火气信号现场接地.但目前在建和已投产的海洋平台项目中,鲜见在中控系统对接地故障进行高效准确的回路监控,针对这一现状,本文通过方案优化,对比分析了不同做法的优缺点,引进应用电流互感器和接地故障评估仪,搭建中控接地故障回路检测系统,并对整个系统进行原理介绍,选型设计和效益与应用推广.

2常规海洋平台项目对接地故障的做法及优缺点比较

(1)常规项目对接地故障的处理一般采用系统接地检测.优点:经济投入较少,缺点:后期接地故障点排除极其困难,大大增加了维护工作量,无法对开路或短路外的微小电流泄漏等接地故障进行准确判断或定位.(2)理想方案则为对单点(每个卡件中每个回路)进行接地故障检测.优点:可快速查找出接地故障回路,优化了后期维护的工作量,缺点:大大增加了经济的前期投入和中控系统的盘柜数量及规模.(3)通过方案对比优化,结合经济性、可靠性及操作性,在海洋石油平台项目中首次设计应用电流互感器和评估仪,科学选用卡件作为故障检测单元,实现卡件级别的故障诊断报警,满足QHSE要求,达到经济投入较少、见效佳的优点,进一步保障火气相关设备安全可靠运行.

3中控接地故障回路检测系统设计原理:

3.1系统组成

系统结构参见图3-1,主要由电流互感器(CT-currenttranormer)和评估仪(RCMS-groundfaultleakagecurrentmonitor)组成.根据法拉第电磁感应原理及IEC60755等标准规范:当导线未漏电时经过同一回路的两根导线的电流矢量和为0,而当导线漏电时,回路出现微电流(m)分支,这时电流矢量和不为0,其差值将被电流互感器测量上传并经评估仪评估定位.

3.2系统原理及测量回路搭建

海洋平台中控系统(PCS,ESD,FGS)中的火气系统每块I/O卡件的控制电缆依次通过电流互感器的测量线圈(1块I/O卡件对应一个互感器),然后所有互感器向上接入到接地故障评估仪(一个评估仪最多可接12个互感器),系统扫描时间均在10秒以内.通过测量进和出电流互感器所有电缆的电流差值(正常时电流差值为0~4mA,故障时电流差值可根据实测或推荐经验值设定,如取>14mA)来自动诊断卡件内所有控制回路是否发生了接地故障,接地故障评估仪LED显示屏会自动跳出故障卡件编号,同时向中控系统送出干触点报警.

3.3回路有效测量范围的识别与优化设计

自动探测定位的准确度取决于电流互感器所测的回路数量,经过方案优化,综合考虑设备投资成本,系统安全性,可操作性等因素,在项目中采用卡件级别的接地诊断(一个互感器测量一块卡件内的所有回路)并配合以定位卡件内的人工校线,可以较快实现回路定位.

对于不同类型的I/O卡件,有效测量回路的判断与选择也至关重要,如何实现它的有效性和最大化,它将直接影响中控至现场回路发生接地故障位置的有效测量范围.如图3-1中所示,对于两线制的AI,AO,DI与三线制的AI而言,有效测量回路为图中黑色线型部分:因接地检测系统中的电流互感器是测量进与出互感线圈的电流差值的,若在黑色线型上游或下游部分发生接地故障,互感线圈的测量结果为0,即无法感知接地故障处的微弱电流溢出,同时将电流互感器接入到卡件底板出口可使此类卡件回路测量范围达到最大.而对于三线制的AI卡件而言,因设备用电分配须将三条线(信号线和电源线)全部穿入互感线圈才能如实测量.对于需外配电源DOR继电器输出卡件类型,黑色线型部分测量的是外部电源回路,而对于中控DOR卡件到中控继电器的一侧则无法测量.故通过分析不同类型的卡件内部结构和信号回路与电源回路特点,采用优化设计,可以使回路的有效测量范围最优化.


4推广与总结

该系统的设计应用实现了无扰在线测量,优选出卡件作为故障监测单元,结合已有的中控软硬件配置综合提高了火气系统的安全性能,同时配合预防性的维护操作,可综合提高系统的安全性和平台设备生产效率,进一步满足了QHSE的要求,具备良好的应用前景.

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