簡婷

安科瑞電氣股份有限(xian)公司 上(shang)海(hai)嘉(jia)定  201801

摘(zhai)要(yao)：船(chuan)舶(bo)中壓配電(dian)(dian)板弧(hu)光導致(zhi)的設備損壞和停電(dian)(dian)事故，不(bu)僅會造成較大的經濟損失，而且(qie)嚴(yan)重(zhong)影響船(chuan)舶(bo)電(dian)(dian)站(zhan)的安全(quan)穩定運(yun)行(xing)，威(wei)脅船(chuan)舶(bo)電(dian)(dian)站(zhan)操作(zuo)人員(yuan)的安全(quan)。弧(hu)光保(bao)護(hu)是基于電(dian)(dian)力系統(tong)開(kai)關(guan)柜發生(sheng)弧(hu)光時而設計的一套母(mu)線保(bao)護(hu)系統(tong)，能夠快(kuai)速切除開(kai)關(guan)柜體內的及(ji)縮小范(fan)圍。在(zai)船(chuan)舶(bo)中壓配電(dian)(dian)板應用弧(hu)光保(bao)護(hu)，可解決(jue)母(mu)排(pai)短路問題，對于提(ti)高(gao)船(chuan)舶(bo)電(dian)(dian)站(zhan)的安全(quan)性(xing)、穩定性(xing)，降低經濟損失具有重(zhong)要意義。

關鍵詞：船(chuan)舶(bo)；中壓(ya)配電(dian)板；弧光保護(hu)；母排(pai)

0 引言

       艦(jian)船的(de)(de)電(dian)氣化(hua)水平在逐步提高，艦(jian)船電(dian)站容(rong)量在不斷增加，艦(jian)船電(dian)網有(you)向中壓發(fa)展的(de)(de)趨勢。中壓成套設備由于(yu)其(qi)本身的(de)(de)缺陷、異(yi)常的(de)(de)工(gong)作條件、諧振過電(dian)壓、絕緣、載流回路不良、外來(lai)物體的(de)(de)進(jin)入(ru)以及人為操作錯(cuo)誤(wu)等原因，都(dou)可能(neng)(neng)引起弧(hu)光短路，造成氣體間隙擊(ji)穿而引燃電(dian)弧(hu)。 艦(jian)船供電(dian)系統由于(yu)空間有(you)限(xian)，設備較(jiao)多(duo)，發(fa)生(sheng)弧(hu)光的(de)(de)可能(neng)(neng)性大。

1弧光事故(gu)的危害(hai)性

       弧(hu)光產(chan)生時溫(wen)度可達到4500℃，內部溫(wen)度可達到10000～20000℃。弧(hu)光產(chan)生時瞬時功率可達到40MW，弧(hu)光光強(qiang)可超過正常照(zhao)明(ming)光強(qiang)2000多倍。因此中低壓開(kai)關柜內因而產(chan)生電弧(hu)時若不能及(ji)時采取有效(xiao)措(cuo)施，則會產(chan)生諸多危害。

       （1）對設備(bei)的危害：電弧發生時(shi)(shi)產(chan)生大(da)量高溫高壓氣體(ti)，氣體(ti)瞬時(shi)(shi)沖擊波(bo)可(ke)造成開關(guan)柜(ju)體(ti)變形、破碎；沖擊波(bo)爆(bao)破震(zhen)動(dong)可(ke)造成開關(guan)柜(ju)劇烈震(zhen)動(dong)，使(shi)各連接(jie)處緊固(gu)件松脫(tuo)；產(chan)生的高溫可(ke)引起(qi)電纜燃燒、銅排(pai)融化、鋁排(pai)氣化，甚至將開關(guan)柜(ju)外殼(ke)金屬融化、元器件嚴重損壞并引起(qi)火災(zai)。

       （2）對人的危害：高(gao)溫灼傷(shang)皮膚；熔化的金(jin)屬(shu)蒸(zheng)發并(bing)滲入(ru)人的皮膚表層造成皮膚金(jin)屬(shu)化；高(gao)強度弧光傷(shang)害眼睛(jing)，甚至(zhi)造成角膜脫落；高(gao)溫燃燒產(chan)生(sheng)的粉塵和有毒(du)有害氣體損傷(shang)呼吸系統；弧光電(dian)流作用于人體可(ke)使肌肉產(chan)生(sheng)非自主劇烈收(shou)縮，也可(ke)損傷(shang)肌腱、皮膚、血管、神經組織(zhi)等。

       電(dian)弧產(chan)生(sheng)的(de)能量(liang)與(yu)(yu)I 2t成指(zhi)數規(gui)律快(kuai)速上升，其(qi)不僅與(yu)(yu)電(dian)流的(de)大小有關(guan)，還(huan)與(yu)(yu)燃弧時間有關(guan)。根據點的(de)不同，通常情(qing)況下短路電(dian)流會在幾千安(an)至幾十(shi)安(an)，若(ruo)不能及時切除以熄滅電(dian)弧，則(ze)會產(chan)生(sheng)巨大能量(liang)。總之，開(kai)(kai)關(guan)柜發生(sheng)內部電(dian)弧，不論是(shi)對開(kai)(kai)發設備還(huan)是(shi)對附近的(de)工作人員，其(qi)危(wei)險性都很大。

       將弧(hu)光保(bao)護(hu)(hu)應用(yong)至艦船(chuan)電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)，對艦船(chuan)電(dian)(dian)網中(zhong)的(de)中(zhong)壓電(dian)(dian)氣開關設(she)備進行(xing)快速(su)保(bao)護(hu)(hu)，在短路電(dian)(dian)弧(hu)發生初始就切除，降低電(dian)(dian)弧(hu)所造成的(de)危害，避免人(ren)員傷亡(wang)，減少設(she)備維護(hu)(hu)費(fei)用(yong)，提高(gao)艦船(chuan)電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)的(de)安全性及經濟效益。

2 弧光保(bao)護技術的現(xian)狀和原理

       從(cong)20 世紀60 年代起，國(guo)(guo)際上的(de)一(yi)些(xie)發(fa)達(da)國(guo)(guo)家已經(jing)開始了對弧(hu)(hu)光(guang)短(duan)路(lu)保(bao)(bao)護(hu)的(de)研(yan)(yan)究，到8 年代已經(jing)對這(zhe)種(zhong)特性(xing)有了深入的(de)了解，并且提出各種(zhong)弧(hu)(hu)光(guang)短(duan)路(lu)的(de)防護(hu)措施。20世紀90年代，我(wo)國(guo)(guo)引進(jin)了弧(hu)(hu)光(guang)保(bao)(bao)護(hu)裝置。隨(sui)著微(wei)電子技(ji)術和光(guang)傳感器技(ji)術的(de)不斷(duan)發(fa)展，弧(hu)(hu)光(guang)保(bao)(bao)護(hu)技(ji)術不斷(duan)成(cheng)熟，國(guo)(guo)內(nei)對弧(hu)(hu)光(guang)保(bao)(bao)護(hu)的(de)認識不斷(duan)提高，弧(hu)(hu)光(guang)保(bao)(bao)護(hu)的(de)市(shi)場(chang)需求(qiu)不斷(duan)擴大。國(guo)(guo)內(nei)很多單位(wei)都進(jin)行了弧(hu)(hu)光(guang)保(bao)(bao)護(hu)技(ji)術的(de)研(yan)(yan)發(fa)，如安(an)科瑞的(de)ARB5系列弧(hu)(hu)光(guang)保(bao)(bao)護(hu)。

       弧(hu)(hu)光(guang)保護的(de)動(dong)作判據為電(dian)弧(hu)(hu)時產(chan)生的(de)兩個條(tiao)件: 弧(hu)(hu)光(guang)和電(dian)流(liu)(liu)增(zeng)量。當(dang)同時檢(jian)測到弧(hu)(hu)光(guang)和電(dian)流(liu)(liu)增(zeng)量時發(fa)出跳閘指令，當(dang)僅檢(jian)測到弧(hu)(hu)光(guang)時亦可只發(fa)出報警信號(hao)。

3 安科瑞ARB5系列弧光保護(hu)

       安科(ke)瑞ARB5系列弧(hu)光(guang)保護(hu)裝置主要由(you)ARB5-M主控單元、ARB5-S弧(hu)光(guang)探頭及(ji)弧(hu)光(guang)光(guang)纖（雙股）組(zu)成(cheng)。

（1）ARB5-M主控單元

       1）啟動條件可選弧光+電流(liu)(liu)雙判據或弧光單(dan)判據。其中電流(liu)(liu)突變量(liang)啟動系數(shu)可整定范(fan)圍(wei)為0.05~10In，電流(liu)(liu)常量(liang)啟動系數(shu)可整定范(fan)圍(wei)為0.05~10In。

       ;2）11路(lu)可編程跳(tiao)閘出口(kou)。

       3）4組(zu)3相電流采集及CT監測功能(neng)。

       4）支持20路弧光探頭信號采集(ji)。

       5）弧光(guang)點定位。

       6）弧光光纖(xian)鏈(lian)路自(zi)檢(jian)(jian)及(ji)裝(zhuang)置(zhi)異常自(zi)檢(jian)(jian)。

       7）4組(zu)失(shi)靈保護(hu)。

       8）支持(chi)IEC61850，便于組建數(shu)字化(hua)智能變電站(zhan)。

（2）ARB5-S弧(hu)光探頭

       1）自(zi)帶濾光功(gong)能(neng)。

       2）無源型弧光傳感器。

       3）探測(ce)角度(du)≥180°。

圖1 ARB5-S弧光探頭探測(ce)角度

4 ARB5弧光保護在某船舶中壓(ya)配電板(ban)的應用

       某(mou)船務1600T海上風電(dian)安裝平臺，共(gong)有(you)(you)3組(zu)中(zhong)壓配電(dian)板(ban)。其中(zhong)A段(duan)(duan)母線(xian)有(you)(you)兩臺發電(dian)機(ji)進(jin)線(xian)和一個聯絡(luo)(luo)柜(ju)(ju)，B段(duan)(duan)母線(xian)有(you)(you)兩臺發電(dian)機(ji)進(jin)線(xian)和兩個聯絡(luo)(luo)柜(ju)(ju)，C段(duan)(duan)母線(xian)有(you)(you)兩臺發電(dian)機(ji)進(jin)線(xian)和一個聯絡(luo)(luo)柜(ju)(ju)。

       不難看出，與陸上(shang)配電(dian)(dian)系(xi)統不同，船(chuan)舶電(dian)(dian)力推進系(xi)統有以(yi)下特點：能量(liang)來源眾多（多組(zu)發(fa)電(dian)(dian)機進線）、電(dian)(dian)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(jiao)多）、能量(liang)流(liu)向不定（根據需要(yao)通(tong)過母聯開關(guan)、跨接開關(guan)變更(geng)船(chuan)舶電(dian)(dian)力系(xi)統的能量(liang)流(liu)向，以(yi)保證(zheng)供電(dian)(dian)系(xi)統的連續性）。

       為保障船舶電站安全穩定可靠(kao)運行，該項目(mu)要求(qiu)裝設弧光(guang)保護，監控母線弧光(guang)。

圖(tu)2 某1600T海上風(feng)電(dian)安裝平臺電(dian)力推(tui)進(jin)系統中壓(ya)配(pei)電(dian)板系統圖(tu)

圖3 某1600T海上風(feng)電安裝平(ping)臺電力推進系統中(zhong)壓配電板平(ping)面布局和(he)外形(xing)圖

       依(yi)據弧光(guang)(guang)保(bao)護(hu)原(yuan)理可(ke)知(zhi)，需要(yao)監測每柜(ju)的(de)母(mu)(mu)線室(shi)弧光(guang)(guang)信號，還需采(cai)集(ji)A段母(mu)(mu)線的(de)兩臺(tai)(tai)(tai)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)進線電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)和(he)一(yi)組(zu)聯(lian)絡電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)、B段母(mu)(mu)線的(de)兩臺(tai)(tai)(tai)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)進線電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)和(he)兩組(zu)聯(lian)絡電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)、C段母(mu)(mu)線的(de)兩臺(tai)(tai)(tai)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)進線電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)和(he)一(yi)組(zu)聯(lian)絡電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)，又由(you)于(yu)ARB5-M弧光(guang)(guang)主控單元(yuan)支持(chi)采(cai)集(ji)4組(zu)3相電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)、支持(chi)20路弧光(guang)(guang)信號監測，即每段母(mu)(mu)線的(de)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)進線電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)、聯(lian)絡電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)和(he)弧光(guang)(guang)信號可(ke)由(you)一(yi)臺(tai)(tai)(tai)ARB5-M采(cai)集(ji)，故該(gai)項(xiang)目弧光(guang)(guang)保(bao)護(hu)配置(zhi)方案為(wei)：每段母(mu)(mu)線配置(zhi)一(yi)臺(tai)(tai)(tai)ARB5-M弧光(guang)(guang)主控單元(yuan)，在每柜(ju)的(de)母(mu)(mu)線室(shi)放置(zhi)一(yi)個ARB5-S弧光(guang)(guang)探頭。

       弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)保護邏輯(ji)為：ARB5-M弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)主(zhu)控單(dan)元接收到(dao)弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)纖傳輸(shu)的(de)弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)信(xin)號（由ARB5-S弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)探頭采集）后，再結合進線或聯絡電流增量，動(dong)作(zuo)于跳閘該(gai)段(duan)母線的(de)進線柜和聯絡柜開關(guan)。

5結(jie)語(yu)

       本(ben)文(wen)簡析了(le)船舶電(dian)力(li)推進系統相較于陸(lu)上(shang)配電(dian)系統的特點，介紹了(le)安科瑞ARB5系列弧(hu)光保(bao)護(hu)在船舶中壓配電(dian)板的應用，并(bing)對弧(hu)光保(bao)護(hu)邏(luo)輯進行了(le)說(shuo)明，對弧(hu)光保(bao)護(hu)系統在船舶電(dian)力(li)系統上(shang)的應用提供了(le)一定(ding)的參考作用。

參考文獻

[1].董蕾(lei)，宋喜慶.船(chuan)舶(bo)中壓配電板弧光保護(hu)裝置(zhi)設計淺(qian)析

[2].王林，王浩.艦船電力系統中(zhong)電弧(hu)光保護的應用分(fen)析(xi)

[3].李鷹洲.電(dian)弧光保護系統(tong)在中(zhong)低壓開關柜中(zhong)的應用

[4].安(an)科瑞(rui)企業微(wei)電網設計(ji)與應用(yong)手冊2022.05版

[5].AFBR-S10PS01XZ-DS100–April3,2017

作者(zhe)介紹(shao)：

      簡(jian)婷，女(nv)，現任(ren)職于安科瑞電(dian)氣(qi)股份有限公司，主要研究方向為中低壓電(dian)力系(xi)統繼(ji)電(dian)保護和弧光保護。