【原】弧光保護在船舶中壓配電板的應(yīng)用

acrelzyn 2022-08-23 發(fā)布于江蘇

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安科瑞曾亞妮（壹捌柒陸壹伍玖叁捌伍貳）

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(wǎng)有向中壓發(fā)展的趨勢,。中壓成套設(shè)備由于其本身的缺陷,、異常的工作條件、諧振過電壓,、絕緣故障,、載流回路不良、外來物體的進入以及人為操作錯誤等原因,，都可能引起弧光短路故障,，造成氣體間隙擊穿而引燃電弧。艦船供電系統(tǒng)由于空間有限,，設(shè)備較多,，發(fā)生弧光故障的可能性大,。

1弧光故障事故的危害性

弧光產(chǎn)生時溫度可達到4500℃,，內(nèi)部溫度可達到10000～20000℃,?；」猱a(chǎn)生時較大瞬時功率可達到40MW，弧光光強可超過正常照明光強2000多倍,。因此中低壓開關(guān)柜內(nèi)因故障而產(chǎn)生電弧時若不能及時采取合理措施,，則會產(chǎn)生諸多危害,。

（1）對設(shè)備的危害：電弧發(fā)生時產(chǎn)生大量高溫高壓氣體,，氣體瞬時沖擊波可造成開關(guān)柜體變形,、破碎；沖擊波爆破震動可造成開關(guān)柜劇烈震動，使各連接處緊固件松脫,；產(chǎn)生的高溫可引起電纜燃燒,、銅排融化,、鋁排氣化,，甚至將開關(guān)柜外殼金屬融化,、元器件嚴重損壞并引起火災(zāi),。

（2）對人的危害：高溫灼傷皮膚,；熔化的金屬蒸發(fā)并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化；高強度弧光傷害眼睛,，甚至造成角膜脫落,；高溫燃燒產(chǎn)生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統(tǒng),；弧光電流作用于人體可使肌肉產(chǎn)生非自主劇烈收縮，也可損傷肌腱,、皮膚、血管、神經(jīng)組織等。

電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升，其不僅與故障電流的大小有關(guān),，還與燃弧時間有關(guān),。根據(jù)故障點的不同,，通常情況下故障短路電流會在幾千安至幾十安,，故障若不能及時切除以熄滅電弧，則會產(chǎn)生巨大能量,。總之,，開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障,，不論是對開發(fā)設(shè)備還是對附近的工作人員，其危險性都很大,。

圖1 電弧能量-時間曲線

將弧光保護應(yīng)用至艦船電力系統(tǒng),，對艦船電網(wǎng)中的中壓電氣開關(guān)設(shè)備進行快速保護，在短路故障電弧發(fā)生初始就切除故障,，降低故障電弧所造成的危害,，避免人員傷亡，減少設(shè)備維護費用,，提高艦船電力系統(tǒng)的安全性及經(jīng)濟效益,。

2弧光保護技術(shù)的現(xiàn)狀和原理

從20 世紀(jì)60 年代起，國際上的一些發(fā)達國家已經(jīng)開始了對弧光短路故障保護的研究,，到80 ～ 90 年代已經(jīng)對這種故障特性有了深入的了解,，并且提出各種弧光短路的防護措施。20世紀(jì)90年代,，我國引進了弧光保護裝置,。隨著微電子技術(shù)和光傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，弧光保護技術(shù)不斷成熟,，國內(nèi)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(nèi)很多單位都進行了弧光保護技術(shù)的研發(fā),，如安科瑞的ARB5系列弧光保護,。

弧光保護的動作判據(jù)為電弧故障時產(chǎn)生的兩個條件: 弧光和電流增量。當(dāng)同時檢測到弧光和電流增量時發(fā)出跳閘指令,，當(dāng)僅檢測到弧光時亦可只發(fā)出報警信號,。

圖2 弧光保護邏輯原理圖

3安科瑞ARB5系列弧光保護

安科瑞ARB5系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(jù)或弧光單判據(jù),。其中電流突變量啟動系數(shù)可整定范圍為0.05~10In，電流常量啟動系數(shù)可整定范圍為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(jiān)測功能,。

4）支持20路弧光探頭信號采集。

5）弧光故障點定位,。

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,，便于組建數(shù)字化智能變電站,。

（2）ARB5-S弧光探頭

1）自帶濾光功能。

2）無源型弧光傳感器,。

3）探測角度≥180°,。

圖3 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(yīng)用

某船務(wù)1600T海上風(fēng)電安裝平臺，共有3組中壓配電板,。其中A段母線有兩臺發(fā)電機進線和一個聯(lián)絡(luò)柜，B段母線有兩臺發(fā)電機進線和兩個聯(lián)絡(luò)柜,，C段母線有兩臺發(fā)電機進線和一個聯(lián)絡(luò)柜,。

不難看出，與陸上配電系統(tǒng)不同,，船舶電力推進系統(tǒng)有以下特點：能量來源眾多（多組發(fā)電機進線）,、電纜聯(lián)結(jié)多采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)（母聯(lián)開關(guān)、跨接開關(guān)等橫向結(jié)構(gòu)較多）,、能量流向不定（根據(jù)需要通過母聯(lián)開關(guān),、跨接開關(guān)變更船舶電力系統(tǒng)的能量流向，以保證供電系統(tǒng)的連續(xù)性）,。

為保障船舶電站安全穩(wěn)定可靠運行,，該項目要求裝設(shè)弧光保護，監(jiān)控母線弧光故障,。

圖4 某1600T海上風(fēng)電安裝平臺電力推進系統(tǒng)中壓配電板系統(tǒng)圖

圖5 某1600T海上風(fēng)電安裝平臺電力推進系統(tǒng)中壓配電板平面布局和外形圖

依據(jù)弧光保護原理可知,，需要監(jiān)測每柜的母線室弧光信號，還需采集A段母線的兩臺發(fā)電機進線電流和一組聯(lián)絡(luò)電流,、B段母線的兩臺發(fā)電機進線電流和兩組聯(lián)絡(luò)電流,、C段母線的兩臺發(fā)電機進線電流和一組聯(lián)絡(luò)電流，又由于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(jiān)測,，即每段母線的發(fā)電機進線電流、聯(lián)絡(luò)電流和弧光信號可由一臺ARB5-M采集,，故該項目弧光保護配置方案為：每段母線配置一臺ARB5-M弧光主控單元,，在每柜的母線室放置一個ARB5-S弧光探頭。