工业绝缘监测技术的基本组成架构介绍

安科瑞刘鸿鹏

摘要

随着工业用电安全要求的不断提高，绝缘监测技术在保障低压配电系统安全运行方面发挥着越来越重要的作用。工业绝缘监测方案为例，分析其在矿井、矿山、船舶、岸电等工业领域的应用优势，探讨了该技术在提高供电连续性、可靠性和安全性方面的突出表现。

关键词：工业绝缘监测；IT系统；故障定位；用电安全；

1.引言

在工业生产环境中，电力系统的安全稳定运行直接关系到生产效率和人员安全。特别是在矿井、船舶、化工等特殊场所，电气绝缘故障可能导致严重的安全事故。传统的接地保护系统已不能满足这些特殊场所对供电连续性和安全性的高要求。IT系统（不接地系统）因其在发生单相接地故障时仍能维持供电的特性，被广泛应用于这些重要场所。而绝缘监测技术作为IT系统的核心保护手段，其应用优势日益凸显。

2. 工业场所绝缘监测的难点分析

工业场所绝缘监测是保障电气系统安全运行的关键环节，但在实际应用中面临着诸多技术挑战和实施难点。本文将从环境因素、系统特性、监测技术、维护管理等多个维度，详细剖析工业场所绝缘监测的主要难点。

2.1 环境因素带来的监测挑战

极端环境条件影响

温湿度极端变化：钢铁厂高温（50℃+）、冷库低温（30℃）、矿井高湿（RH>95%）等导致绝缘材料性能波动

腐蚀性环境：化工厂酸碱蒸汽、沿海盐雾加速绝缘劣化，造成监测设备本身腐蚀

机械应力：矿山机械振动、港口设备冲击导致连接松动、监测装置位移

复杂电磁环境干扰

大功率设备干扰：轧钢机、电弧炉等产生强电磁场（EMI强度可达100V/m以上）

变频器谐波污染：导致监测信号失真（THD常超过15%）

瞬态过电压：雷击、操作过电压（可达5kV/μs）损坏监测设备

2.2 配电系统特性导致的监测困难

系统拓扑复杂性

多级配电结构：从10kV到400V的多级变配电造成绝缘故障传播路径复杂

混合接地系统：TNS与IT系统共存时的相互影响

分布式电源接入：光伏、储能等新能源接入改变故障电流特征

负载特性多样化

非线性负载占比高：变频驱动占比超60%的场合

动态负载变化快：轧机、起重机等负载突变率可达200%/s

容性负载影响：长电缆对地电容可达1μF/km以上

2.3 监测技术实施难点

测量技术瓶颈

宽范围测量需求：需同时检测100kΩ~10GΩ的绝缘电阻

分布参数影响：500米电缆对地电容可达0.5μF，导致信号衰减20dB+

多参数耦合：电阻、电容、泄漏电流的相互影响

故障诊断准确性

阈值设定困境：不同行业标准差异（矿井要求<50kΩ，一般工业<500kΩ）

渐进性故障识别：绝缘缓慢劣化难以早期预警

间歇性故障捕捉：闪络性故障持续时间可能仅10ms级

2.4 系统运维管理难点

设备可靠性要求

连续运行挑战：要求MTBF>50000小时

元器件老化：电解电容等元件在高温下寿命衰减50%/10℃

测量漂移问题：年漂移量需控制在±2%以内

现场维护困难

可达性差：高空、密闭空间等危险区域占35%以上

专业人才缺乏：复合型运维人员缺口达40%

数据利用不足：85%的监测数据未被深度分析

2.5 特殊应用场景难点

爆炸危险场所

防爆要求严格：需满足ATEX/IECEx标准

本质安全限制：监测电流需<100mA

维护周期短：每3个月需开盖检查

移动设备监测

船舶电力系统：摇摆工况导致接触电阻变化±15%

矿用移动设备：频繁插拔造成绝缘磨损率提高3倍

岸电系统：潮湿+机械振动复合应力影响

3. 工业绝缘监测技术

工业绝缘监测系统主要由绝缘监测仪、信号发生器、故障定位仪和定位用互感器等设备组成。该系统能够实时监测IT配电系统对地的绝缘电阻及等效电容值，并在绝缘故障时发出报警信号。安科瑞的解决方案符合GB/T18216.82015和GB/T18216.92015等国家标准，适用于交流1000V和直流1500V以下的低压配电系统。

3.1 技术方案

3.2 技术应用场景

为了提高供电的连续性、可靠性和安全性，许多重要生产场所也采用了IT配电系统（不接地供电系统）。

工业绝缘监测及故障定位产品主要应用于工业领域， 如矿井、矿山、玻璃厂、电炉和试验设备、船舶、海上平台、 岸电、冶金厂、化工厂、爆炸危险场所、计算机中心以及应急电源等。通常装设绝缘监测仪用来实时监测系统对地的绝缘状况 ,当系统出现接地故障时，及时报警，提醒并排查故障。

3.3 工业绝缘方案组成架构

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3.4主要功能

实时监测IT配电系统对地的绝缘及等效电容值， 并在绝缘故障时发出报警信号；

实时监测仪表与系统和地之间的接线状态，当接线断线时发故障断线报警信号。

绝缘故障时，绝缘故障定位装置能定位故障所在回路，方便故障排查；

具有RS485通讯功能，通过通讯网络能将数据上传至监控系统或云平台， 实现远程监测功能。

4. 应用优势

4.1 提高供电连续性和可靠性

在IT系统中，当发生单相接地故障时，系统仍可继续运行，不会立即导致停电。安科瑞的绝缘监测仪能够实时监测系统绝缘状况，在绝缘水平降低到危险值前发出预警，使运维人员有足够时间进行计划性维修，避免了非计划性停电带来的生产损失。例如在云南某金属矿项目中，尽管矿内环境高温高湿，绝缘水平较低，但通过绝缘监测系统仍能维持电力系统的稳定运行。

4.2 故障定位缩短维修时间

传统的绝缘监测只能报警而无法定位故障点，而安科瑞的解决方案集成了故障定位功能。当发生绝缘故障时，系统能够定位到具体故障回路，显著缩短了故障排查时间。在福建某电站UPS配电项目中，系统可以定位到具体的故障回路并显示在绝缘监测仪上，大大提高了维修效率。

4.3 适应多种复杂工业环境

安科瑞的工业绝缘监测方案已成功应用于矿井、矿山、玻璃厂、电炉、船舶、海上平台、冶金厂、化工厂等多种工业环境。这些环境往往存在高温、高湿、腐蚀性气体等恶劣条件，对设备的可靠性和适应性提出了极高要求。例如在船舶配电应用中，系统能够适应船舶振动、盐雾等特殊环境，确保稳定运行。

4.4远程监控与智能化管理

系统具有RS485通讯功能，可以通过通讯网络将数据上传至监控系统或云平台，实现远程监测功能。在云南金属矿项目中，监控值班室设置了远程绝缘监测系统，可以实时查看各竖井配电系统的绝缘状态，实现了集中管理和智能预警。

4.5 符合严格的安全标准

安科瑞的绝缘监测产品严格遵循国家相关标准，如《金属非金属矿山安全规程》(GB164232020)、《码头船舶岸电设施工程技术标准》(GB/T5130052018)等，确保在各种工业应用场景中都能提供可靠的安全保障。

5.典型应用案例分析

5.1 矿井矿山应用

在云南某金属矿项目中，系统在1228m、1080m、690m等不同深度设置了低压绝缘监测故障定位装置。由于矿井环境高温高湿，且运行时间较久，绝缘监测系统能够实时监测绝缘状态，有效预防了因绝缘降低导致的电气事故。

5.2 船舶配电应用

某散货轮船项目采用柴发供电，具有高压岸电接入、低压岸电接入和后备柴油发电机接入。系统在主配电和应急配电板、厨房配电、驾驶室照明配电等位置共配置了6套绝缘监测及故障定位方案，确保了船舶电力系统的安全可靠运行。

5.3 UPS配电应用

福建某电站项目的UPS出线使用了6套绝缘监测及故障定位系统。当发生绝缘状况降低时，装置可以定位到具体的故障回路并显示在绝缘监测仪上，为UPS系统的稳定运行提供了有力保障。

结论

工业绝缘监测方案在保障特殊工业场所用电安全方面具有显著优势：通过实时监测和预警提高了供电连续性；故障定位缩短了维修时间；强大的环境适应性使其能在各种恶劣条件下可靠工作；远程监控功能实现了智能化管理；严格的标准符合性确保了系统的安全性。随着工业自动化程度的不断提高和用电安全要求的日益严格，绝缘监测技术将在更多领域发挥重要作用，为工业生产的安全运行保驾护航。

审核编辑 黄宇