弧光保護在船舶中壓配電板的應用

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定  201801

摘要：船舶中壓配電板弧光導致的設備損壞和停電事故，不僅(jin) 會(hui) 造成較大的經濟損失，而且嚴(yan) 重影響船舶電站的安全穩定運行，威脅船舶電站操作人員的安全。弧光保護是基於(yu) 電力係統開關(guan) 櫃發生弧光時而設計的一套母線保護係統，能夠快速切除開關(guan) 櫃體(ti) 內(nei) 的及縮小範圍。在船舶中壓配電板應用弧光保護，可解決(jue) 母排短路問題，對於(yu) 提高船舶電站的安全性、穩定性，降低經濟損失具有重要意義(yi) 。

關(guan) 鍵詞：船舶；中壓配電板；弧光保護；母排

0 引言

       艦船的電氣化水平在逐步提高，艦船電站容量在不斷增加，艦船電網有向中壓發展的趨勢。中壓成套設備由於(yu) 其本身的缺陷、異常的工作條件、諧振過電壓、絕緣、載流回路不良、外來物體(ti) 的進入以及人為(wei) 操作錯誤等原因，都可能引起弧光短路，造成氣體(ti) 間隙擊穿而引燃電弧。 艦船供電係統由於(yu) 空間有限，設備較多，發生弧光的可能性大。

1弧光事故的危害性

       弧光產(chan) 生時溫度可達到4500℃，內(nei) 部溫度可達到10000～20000℃。弧光產(chan) 生時瞬時功率可達到40MW，弧光光強可超過正常照明光強2000多倍。因此中低壓開關(guan) 櫃內(nei) 因而產(chan) 生電弧時若不能及時采取有效措施，則會(hui) 產(chan) 生諸多危害。

       （1）對設備的危害：電弧發生時產(chan) 生大量高溫高壓氣體(ti) ，氣體(ti) 瞬時衝(chong) 擊波可造成開關(guan) 櫃體(ti) 變形、破碎；衝(chong) 擊波爆破震動可造成開關(guan) 櫃劇烈震動，使各連接處緊固件鬆脫；產(chan) 生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化，甚至將開關(guan) 櫃外殼金屬融化、元器件嚴(yan) 重損壞並引起火災。

       （2）對人的危害：高溫灼傷(shang) 皮膚；熔化的金屬蒸發並滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化；高強度弧光傷(shang) 害眼睛，甚至造成角膜脫落；高溫燃燒產(chan) 生的粉塵和有毒有害氣體(ti) 損傷(shang) 呼吸係統；弧光電流作用於(yu) 人體(ti) 可使肌肉產(chan) 生非自主劇烈收縮，也可損傷(shang) 肌腱、皮膚、血管、神經組織等。

       電弧產(chan) 生的能量與(yu) I ²t成指數規律快速上升，其不僅(jin) 與(yu) 電流的大小有關(guan) ，還與(yu) 燃弧時間有關(guan) 。根據點的不同，通常情況下短路電流會(hui) 在幾千安至幾十安，若不能及時切除以熄滅電弧，則會(hui) 產(chan) 生巨大能量。總之，開關(guan) 櫃發生內(nei) 部電弧，不論是對開發設備還是對附近的工作人員，其危險性都很大。

       將弧光保護應用至艦船電力係統，對艦船電網中的中壓電氣開關(guan) 設備進行快速保護，在短路電弧發生初始就切除，降低電弧所造成的危害，避免人員傷(shang) 亡，減少設備維護費用，提高艦船電力係統的安全性及經濟效益。

2 弧光保護技術的現狀和原理

       從(cong) 20 世紀60 年代起，國際上的一些發達國家已經開始了對弧光短路保護的研究，到8 年代已經對這種特性有了深入的了解，並且提出各種弧光短路的防護措施。20世紀90年代，我國引進了弧光保護裝置。隨著微電子技術和光傳(chuan) 感器技術的不斷發展，弧光保護技術不斷成熟，國內(nei) 對弧光保護的認識不斷提高，弧光保護的市場需求不斷擴大。國內(nei) 很多單位都進行了弧光保護技術的研發，如安科瑞的ARB5係列弧光保護。

       弧光保護的動作判據為(wei) 電弧時產(chan) 生的兩(liang) 個(ge) 條件: 弧光和電流增量。當同時檢測到弧光和電流增量時發出跳閘指令，當僅(jin) 檢測到弧光時亦可隻發出報警信號。

3 安科瑞ARB5係列弧光保護

       安科瑞ARB5係列弧光保護裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭及弧光光纖（雙股）組成。

（1）ARB5-M主控單元

       1）啟動條件可選弧光+電流雙判據或弧光單判據。其中電流突變量啟動係數可整定範圍為(wei) 0.05~10In，電流常量啟動係數可整定範圍為(wei) 0.05~10In。

       2）11路可編程跳閘出口。

       3）4組3相電流采集及CT監測功能。

       4）支持20路弧光探頭信號采集。

       5）弧光點定位。

       6）弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢。

       7）4組失靈保護。

       8）支持IEC61850，便於(yu) 組建數字化智能變電站。

（2）ARB5-S弧光探頭

       1）自帶濾光功能。

       2）無源型弧光傳(chuan) 感器。

       3）探測角度≥180°。

圖1 ARB5-S弧光探頭探測角度

4 ARB5弧光保護在某船舶中壓配電板的應用

       某船務1600T海上風電安裝平台，共有3組中壓配電板。其中A段母線有兩(liang) 台發電機進線和一個(ge) 聯絡櫃，B段母線有兩(liang) 台發電機進線和兩(liang) 個(ge) 聯絡櫃，C段母線有兩(liang) 台發電機進線和一個(ge) 聯絡櫃。

       不難看出，與(yu) 陸上配電係統不同，船舶電力推進係統有以下特點：能量來源眾(zhong) 多（多組發電機進線）、電纜聯結多采用環狀結構（母聯開關(guan) 、跨接開關(guan) 等橫向結構較多）、能量流向不定（根據需要通過母聯開關(guan) 、跨接開關(guan) 變更船舶電力係統的能量流向，以保證供電係統的連續性）。

       為(wei) 保障船舶電站安全穩定可靠運行，該項目要求裝設弧光保護，監控母線弧光。

圖2 某1600T海上風電安裝平台電力推進係統中壓配電板係統圖

圖3 某1600T海上風電安裝平台電力推進係統中壓配電板平麵布局和外形圖

       依據弧光保護原理可知，需要監測每櫃的母線室弧光信號，還需采集A段母線的兩(liang) 台發電機進線電流和一組聯絡電流、B段母線的兩(liang) 台發電機進線電流和兩(liang) 組聯絡電流、C段母線的兩(liang) 台發電機進線電流和一組聯絡電流，又由於(yu) ARB5-M弧光主控單元支持采集4組3相電流、支持20路弧光信號監測，即每段母線的發電機進線電流、聯絡電流和弧光信號可由一台ARB5-M采集，故該項目弧光保護配置方案為(wei) ：每段母線配置一台ARB5-M弧光主控單元，在每櫃的母線室放置一個(ge) ARB5-S弧光探頭。

       弧光保護邏輯為(wei) ：ARB5-M弧光主控單元接收到弧光光纖傳(chuan) 輸的弧光信號（由ARB5-S弧光探頭采集）後，再結合進線或聯絡電流增量，動作於(yu) 跳閘該段母線的進線櫃和聯絡櫃開關(guan) 。

5結語

       本文簡析了船舶電力推進係統相較於(yu) 陸上配電係統的特點，介紹了安科瑞ARB5係列弧光保護在船舶中壓配電板的應用，並對弧光保護邏輯進行了說明，對弧光保護係統在船舶電力係統上的應用提供了一定的參考作用。

參考文獻

[1].董蕾，宋喜慶.船舶中壓配電板弧光保護裝置設計淺析

[2].王林，王浩.艦船電力係統中電弧光保護的應用分析

[3].李鷹洲.電弧光保護係統在中低壓開關(guan) 櫃中的應用

[4].安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版

[5].AFBR-S10PS01XZ-DS100–April3,2017

作者介紹：

      簡婷，女，現任職於(yu) 韦德1946网址，主要研究方向為(wei) 中低壓電力係統繼電保護和弧光保護。