安科(kē)瑞  陳聰

摘(zhāi)要：船(chuán)舶(bó)中壓(yā)配電(diàn)板弧光故(gù)障導致(zhì)的設(shè)備損壞和(hé)停(tíng)電(diàn)事故，不僅(jǐn)會(huì)造成較大的(dí)經濟(jì)損失(shī)，而且(qiě)嚴重影響船(chuán)舶(bó)電站(zhàn)的安(ān)全(quán)穩定(dìng)運(yùn)行，威脅(xié)船舶電站操(cāo)作(zuò)人(rén)員(yuán)的(dí)安全
。弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護是基於電力係(xì)統開關櫃(guì)發生(shēng)弧光(guāng)故障時而(ér)設(shè)計的(dí)一(yī)套母綫(xiàn)保護(hù)係(xì)統，能夠快速(sù)切除開關(guān)櫃體(tǐ)內(nèi)的故(gù)障及(jí)縮(suō)小故(gù)障範圍(wéi)
。在(zài)船舶(bó)中壓配(pèi)電(diàn)板(bǎn)應(yīng)用弧(hú)光保(bǎo)護(hù)，可解(jiě)決(jué)母排(pái)故障(zhàng)短路(lù)問(wèn)題(tí)，對於提(tí)高(gāo)船舶電站的(dí)安全性(xìng)，穩(wěn)定(dìng)性，降(jiàng)低經濟損(sǔn)失具有重要意(yì)義
。

關(guān)鍵(jiàn)詞(cí)：船舶(bó)；中壓配(pèi)電(diàn)板(bǎn)；弧光保護；母(mǔ)排故(gù)障

引(yǐn)言

艦船的電(diàn)氣(qì)化水(shuǐ)平在逐步(bù)提(tí)高，艦船(chuán)電站(zhàn)容量(liáng)在不(bù)斷增加，艦(jiàn)船電網(wǎng)有(yǒu)向中(zhōng)壓(yā)發展的(dí)趨勢
。中(zhōng)壓(yā)成(chéng)套設備(bèi)由於(yú)其(qí)本(běn)身的缺陷，異(yì)常(cháng)的工(gōng)作(zuò)條(tiáo)件(jiàn)，諧(xié)振(zhèn)過電壓，絕(jué)緣故障，載流回路(lù)不良，外來物(wù)體(tǐ)的(dí)進(jìn)入以及(jí)人為(wéi)操作(zuò)錯誤(wù)等(děng)原因，都可能引起(qǐ)弧(hú)光短(duǎn)路(lù)故(gù)障，造成氣(qì)體(tǐ)間隙擊(jī)穿(chuān)而(ér)引燃電弧(hú)
。 艦(jiàn)船供(gōng)電係統由於空(kōng)間有限，設(shè)備(bèi)較(jiào)多，發生弧光故(gù)障的(dí)可能(néng)性大(dà)
。

1弧(hú)光(guāng)故障事(shì)故的(dí)危(wēi)害性(xìng)

弧光(guāng)產生時溫度(dù)可達(dá)到(dào)4500℃，內部(bù)溫(wēn)度(dù)可(kě)達(dá)到10000～20000℃
。弧光產生時較大瞬(shùn)時(shí)功(gōng)率可達(dá)到40MW，弧(hú)光光強(qiáng)可超(chāo)過正常(cháng)照(zhào)明光(guāng)強2000多(duō)倍(bèi)
。因此中(zhōng)低壓開(kāi)關櫃內因故障(zhàng)而(ér)產(chǎn)生電(diàn)弧時若不能及(jí)時采(cǎi)取(qǔ)合(hé)理措(cuò)施，則會(huì)產生(shēng)諸多危(wēi)害
。

（1）對設備(bèi)的(dí)危害：電(diàn)弧(hú)發(fā)生(shēng)時產生大量高(gāo)溫高壓氣體(tǐ)，氣體瞬時(shí)衝(chōng)擊(jī)波(bō)可(kě)造成開(kāi)關櫃體變(biàn)形，破碎；衝(chōng)擊波爆(bào)破(pò)震(zhèn)動可造成(chéng)開關櫃(guì)劇烈震動(dòng)，使(shǐ)各連接處(chǔ)緊(jǐn)固件鬆脫(tuō)；產(chǎn)生(shēng)的(dí)高溫(wēn)可引起(qǐ)電(diàn)纜燃(rán)燒，銅排融(róng)化(huà)，鋁排氣(qì)化，甚(shèn)至(zhì)將開(kāi)關(guān)櫃外殼(ké)金(jīn)屬融(róng)化(huà)，元(yuán)器件(jiàn)嚴重損壞並(bìng)引起(qǐ)火災
。

（2）對人(rén)的危(wēi)害(hài)：高溫(wēn)灼傷皮(pí)膚；熔化(huà)的金屬(shǔ)蒸(zhēng)發並滲(shèn)入人的皮(pí)膚表層(céng)造(zào)成(chéng)皮膚金屬(shǔ)化；高強(qiáng)度弧(hú)光(guāng)傷(shāng)害眼睛，甚(shèn)至(zhì)造成(chéng)角膜脫落(là)；高(gāo)溫(wēn)燃(rán)燒(shāo)產生(shēng)的粉塵和有毒(dú)有(yǒu)害氣(qì)體(tǐ)損(sǔn)傷(shāng)呼吸(xī)係統(tǒng)；弧(hú)光電(diàn)流(liú)作用於人體可使(shǐ)肌肉(ròu)產(chǎn)生(shēng)非自(zì)主(zhǔ)劇(jù)烈收縮(suō)，也(yě)可(kě)損傷(shāng)肌腱(jiàn)，皮膚(fū)，血管，神經(jīng)組織(zhī)等(děng)
。

電弧產生的(dí)能量與I ²t成(chéng)指(zhǐ)數(shù)規律快(kuài)速上(shàng)升(shēng)，其不(bù)僅與故(gù)障電(diàn)流(liú)的大(dà)小有關(guān)，還與燃(rán)弧時(shí)間(jiān)有(yǒu)關
。根據故障點的不同(tóng)，通(tōng)常(cháng)情況下故障(zhàng)短(duǎn)路電(diàn)流會在幾千(qiān)安至(zhì)幾十(shí)安，故(gù)障(zhàng)若不能(néng)及時(shí)切除(chú)以(yǐ)熄滅電弧，則(zé)會(huì)產(chǎn)生巨大(dà)能量(liáng)
。總之(zhī)，開關櫃發(fā)生(shēng)內(nèi)部電(diàn)弧(hú)故(gù)障(zhàng)，不論(lùn)是對開發(fā)設備還(huán)是(shì)對(duì)附近(jìn)的工作人員(yuán)，其(qí)危險性都很大(dà)
。

圖1 電弧能量-時間曲(qū)綫

將弧光保護(hù)應(yīng)用(yòng)至艦(jiàn)船(chuán)電力(lì)係統，對(duì)艦船電網(wǎng)中(zhōng)的中(zhōng)壓(yā)電氣開關設備進行(háng)快速(sù)保護(hù)，在(zài)短路故障(zhàng)電弧發(fā)生(shēng)初(chū)始(shǐ)就(jiù)切(qiē)除故(gù)障，降低(dī)故障電弧所造(zào)成(chéng)的(dí)危(wēi)害，避免人員(yuán)傷亡，減(jiǎn)少設備維(wéi)護費用(yòng)，提(tí)高(gāo)艦船電力係統(tǒng)的安(ān)全(quán)性及(jí)經濟效益(yì)
。

2弧光保護(hù)技(jì)術的現狀和(hé)原(yuán)理

從(cóng)20 世(shì)紀(jì)60 年代(dài)起(qǐ)，國際上(shàng)的一些(xiē)發(fā)達(dá)國(guó)家已經開(kāi)始(shǐ)了對(duì)弧(hú)光(guāng)短路故(gù)障保(bǎo)護(hù)的研究，到80 ～ 90 年代(dài)已(yǐ)經(jīng)對(duì)這種故(gù)障特性有了深入(rù)的了(liǎo)解(jiě)，並且提出各種(zhǒng)弧光短路(lù)的(dí)防護(hù)措(cuò)施
。20世紀90年代，我國(guó)引(yǐn)進了(liǎo)弧光保(bǎo)護裝置
。隨著微電子技(jì)術和(hé)光傳(chuán)感(gǎn)器(qì)技術的不斷(duàn)發展(zhǎn)，弧光保(bǎo)護技(jì)術不斷成(chéng)熟，國內對弧光保護(hù)的認識(shí)不(bù)斷提高(gāo)，弧光(guāng)保(bǎo)護的市場(cháng)需求(qiú)不斷(duàn)擴大
。國內(nèi)很多(duō)單位(wèi)都進行了(liǎo)弧(hú)光(guāng)保護技(jì)術的(dí)研(yán)發，如安(ān)科瑞(ruì)的(dí)ARB5係列弧光(guāng)保護
。

弧(hú)光(guāng)保護(hù)的動作判據(jù)為(wéi)電(diàn)弧故障(zhàng)時(shí)產生的兩個(gè)條(tiáo)件: 弧光和電流增量(liáng)
。當(dāng)同時(shí)檢(jiǎn)測(cè)到(dào)弧(hú)光(guāng)和電(diàn)流增(zēng)量時發出跳(tiào)閘指(zhǐ)令(líng)，當僅(jǐn)檢(jiǎn)測(cè)到(dào)弧(hú)光時亦(yì)可隻(zhī)發出(chū)報警信號
。

圖2 弧(hú)光保(bǎo)護邏輯(jí)原(yuán)理圖(tú)

3安(ān)科(kē)瑞(ruì)ARB5係列弧光保(bǎo)護(hù)

安(ān)科(kē)瑞ARB5係列弧光保護(hù)裝(zhuāng)置主(zhǔ)要(yào)由ARB5-M主控單(dān)元，ARB5-S弧(hú)光(guāng)探頭及弧光(guāng)光(guāng)纖(xiān)（雙(shuāng)股）組成(chéng)
。

（1）ARB5-M主控單元

1）啟動條(tiáo)件可(kě)選弧光(guāng)+電流(liú)雙判(pàn)據或(huò)弧(hú)光(guāng)單判據(jù)
。其(qí)中(zhōng)電(diàn)流突(tū)變量啟(qǐ)動(dòng)係(xì)數可整定範圍為0.05~10In，電流(liú)常(cháng)量啟動(dòng)係數(shù)可(kě)整定範圍(wéi)為0.05~10In
。

2）11路(lù)可編程(chéng)跳閘(zhá)出口
。

3）4組3相電(diàn)流采(cǎi)集及(jí)CT監測(cè)功(gōng)能
。

4）支持20路(lù)弧光探頭(tóu)信號(hào)采集(jí)
。

5）弧光故障點(diǎn)定位
。

6）弧光光纖鏈路自(zì)檢及裝置異常(cháng)自(zì)檢(jiǎn)
。

7）4組失(shī)靈保護(hù)
。

8）支持IEC61850，便於組建數字化智能變(biàn)電(diàn)站
。

（2）ARB5-S弧光探頭

1）自(zì)帶濾(lǜ)光功能(néng)
。

2）無(wú)源型弧光(guāng)傳感器(qì)
。

3）探(tàn)測角度(dù)≥180°
。

圖(tú)3 ARB5-S弧光探(tàn)頭(tóu)探測角度(dù)

4 ARB5弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護在某(mǒu)船舶中壓(yā)配電板的(dí)應用(yòng)

某船(chuán)務1600T海上風電安裝平(píng)台，共有3組中壓(yā)配電(diàn)板(bǎn)
。其中(zhōng)A段母(mǔ)綫(xiàn)有兩台發(fā)電(diàn)機(jī)進(jìn)綫(xiàn)和一(yī)個(gè)聯絡(luò)櫃(guì)，B段(duàn)母(mǔ)綫(xiàn)有(yǒu)兩(liǎng)台發電(diàn)機(jī)進(jìn)綫和(hé)兩個聯(lián)絡(luò)櫃(guì)，C段母綫(xiàn)有兩(liǎng)台發電機(jī)進綫(xiàn)和一個(gè)聯(lián)絡櫃
。

不(bù)難(nán)看出(chū)，與(yǔ)陸上配(pèi)電係(xì)統(tǒng)不同，船(chuán)舶(bó)電(diàn)力推(tuī)進係(xì)統(tǒng)有以(yǐ)下特點(diǎn)：能量來(lái)源眾(zhòng)多（多(duō)組(zǔ)發(fā)電機進綫(xiàn)），電纜聯結多采用環(huán)狀結構（母聯開(kāi)關(guān)，跨接開(kāi)關(guān)等(děng)橫(héng)向(xiàng)結(jié)構較(jiào)多），能(néng)量(liáng)流向(xiàng)不定(dìng)（根據需要通(tōng)過母聯開關，跨(kuà)接開關(guān)變(biàn)更船(chuán)舶電(diàn)力係(xì)統的能量流向，以保證供電(diàn)係統(tǒng)的(dí)連續性）
。

為保障船舶(bó)電站(zhàn)安(ān)全穩定可靠運(yùn)行(háng)，該項(xiàng)目要求裝(zhuāng)設弧(hú)光保護(hù)，監控母綫弧(hú)光故障(zhàng)

圖(tú)4 某1600T海(hǎi)上風(fēng)電(diàn)安裝(zhuāng)平台電力(lì)推(tuī)進係統(tǒng)中(zhōng)壓配電(diàn)板(bǎn)係(xì)統圖

圖(tú)5 某(mǒu)1600T海(hǎi)上風電(diàn)安(ān)裝平(píng)台(tái)電力(lì)推進係(xì)統(tǒng)中(zhōng)壓(yā)配電板平麵布局和外(wài)形圖(tú)

依據弧(hú)光保(bǎo)護(hù)原理可(kě)知，需(xū)要(yào)監測(cè)每櫃的(dí)母(mǔ)綫室弧(hú)光(guāng)信(xìn)號，還(huán)需采集(jí)A段(duàn)母綫(xiàn)的(dí)兩台發電機進綫電(diàn)流(liú)和一(yī)組(zǔ)聯(lián)絡電流(liú)，B段母綫的兩台(tái)發(fā)電(diàn)機進(jìn)綫(xiàn)電流和(hé)兩組聯(lián)絡電(diàn)流(liú)，C段(duàn)母綫(xiàn)的兩台發(fā)電(diàn)機(jī)進(jìn)綫(xiàn)電流和一組聯(lián)絡電流，又(yòu)由(yóu)於ARB5-M弧光主控(kòng)單元支(zhī)持采集4組3相(xiāng)電流，支持20路弧(hú)光信號(hào)監(jiān)測，即每(měi)段(duàn)母綫的發(fā)電(diàn)機(jī)進綫電流，聯(lián)絡電流和弧光信號可(kě)由一(yī)台(tái)ARB5-M采(cǎi)集(jí)，故該(gāi)項目(mù)弧(hú)光保(bǎo)護配(pèi)置方案(àn)為：每(měi)段母綫(xiàn)配(pèi)置一台(tái)ARB5-M弧(hú)光主(zhǔ)控單元(yuán)，在每櫃的母綫室放置一個ARB5-S弧光(guāng)探(tàn)頭
。

弧光保(bǎo)護(hù)邏(luó)輯(jí)為(wéi)：ARB5-M弧(hú)光(guāng)主控單(dān)元(yuán)接收到弧光(guāng)光(guāng)纖傳(chuán)輸的(dí)弧光信(xìn)號（由(yóu)ARB5-S弧光(guāng)探(tàn)頭采(cǎi)集(jí)）後，再(zài)結(jié)合進(jìn)綫或(huò)聯(lián)絡電流增量，動作(zuò)於(yú)跳閘該(gāi)段(duàn)母(mǔ)綫(xiàn)的進綫櫃(guì)和(hé)聯(lián)絡(luò)櫃開關
。

5結語(yǔ)

本(běn)文(wén)簡(jiǎn)析(xī)了船舶電力(lì)推進(jìn)係統相較於陸上配電(diàn)係統的特點，介紹了安科(kē)瑞ARB5係(xì)列弧(hú)光保護(hù)在(zài)船(chuán)舶中壓配電板的應用，並對弧光(guāng)保護邏輯(jí)進行了說明(míng)，對弧(hú)光保護(hù)係(xì)統在(zài)船(chuán)舶(bó)電力係統上(shàng)的(dí)應(yīng)用(yòng)提(tí)供了(liǎo)一(yī)定的(dí)參考(kǎo)作用(yòng)
。

參考文獻

[1].董蕾，宋(sòng)喜慶.船(chuán)舶(bó)中(zhōng)壓配電(diàn)板弧光保護(hù)裝置(zhì)設計淺(qiǎn)析(xī)

[2].王林(lín)，王浩.艦船(chuán)電力(lì)係(xì)統(tǒng)中電弧光保護(hù)的(dí)應(yīng)用(yòng)分(fēn)析(xī)

[3].李(lǐ)鷹(yīng)洲.電(diàn)弧光保護(hù)係(xì)統在中(zhōng)低壓開(kāi)關櫃中(zhōng)的應用

[4].安科瑞企業(yè)微電網設(shè)計與應(yīng)用(yòng)手冊2022.05版(bǎn)

[5].AFBR-S10PS01XZ-DS100–April3,2017