安(ān)科瑞(ruì) 耿(gěng)敏(mǐn)花(huā)

　　摘(zhāi)要：船(chuán)舶(bó)中壓配電板弧(hú)光故(gù)障導致的(dí)設備(bèi)損壞和停(tíng)電(diàn)事(shì)故(gù)，不(bù)僅(jǐn)會造(zào)成較(jiào)大的(dí)經濟損失，而且(qiě)嚴(yán)重(zhòng)影響船舶(bó)電站的(dí)安全(quán)穩(wěn)定(dìng)運行，威(wēi)脅船舶電站(zhàn)操作人(rén)員的(dí)安(ān)全。弧(hú)光(guāng)保護(hù)是基(jī)於電力(lì)係統開關(guān)櫃發(fā)生(shēng)弧(hú)光故(gù)障(zhàng)時(shí)而設(shè)計的一套母(mǔ)綫保護係統(tǒng)，能夠(gòu)快(kuài)速切(qiē)除(chú)開關(guān)櫃體內的(dí)故(gù)障及(jí)縮(suō)小(xiǎo)故障(zhàng)範圍。在(zài)船舶中(zhōng)壓配電(diàn)板應用弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護，可(kě)解決(jué)母排故(gù)障短(duǎn)路問題，對於提高船舶(bó)電站(zhàn)的安(ān)全性(xìng)
，穩(wěn)定性，降(jiàng)低經(jīng)濟(jì)損(sǔn)失(shī)具有(yǒu)重要意義(yì)。

　　關(guān)鍵(jiàn)詞：船舶(bó)；中壓配電(diàn)板；弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護；母(mǔ)排故(gù)障

　　引(yǐn)言(yán)

　　艦(jiàn)船的(dí)電氣化水平在逐(zhú)步提高(gāo)，艦船(chuán)電站(zhàn)容量在不(bù)斷增加(jiā)，艦船電網(wǎng)有(yǒu)向(xiàng)中壓發展的(dí)趨(qū)勢。中壓(yā)成(chéng)套(tào)設備由(yóu)於其(qí)本(běn)身的缺(quē)陷(xiàn)
，異常的工作條(tiáo)件
，諧(xié)振(zhèn)過電壓
，絕緣(yuán)故(gù)障
，載(zǎi)流回路(lù)不良
，外來物體的進(jìn)入(rù)以(yǐ)及人為操作錯(cuò)誤(wù)等原因，都(dū)可(kě)能(néng)引(yǐn)起弧光短路故(gù)障(zhàng)，造成氣體(tǐ)間隙擊穿而(ér)引(yǐn)燃電弧(hú)。 艦(jiàn)船供(gōng)電係統(tǒng)由於空間(jiān)有(yǒu)限，設(shè)備較(jiào)多(duō)，發生弧光(guāng)故(gù)障(zhàng)的可(kě)能性(xìng)大(dà)。

　　1弧(hú)光(guāng)故(gù)障事(shì)故(gù)的(dí)危害(hài)性

　　弧光產(chǎn)生時(shí)溫度(dù)可(kě)達到4500℃，內部溫(wēn)度(dù)可(kě)達(dá)到10000～20000℃。弧光(guāng)產生時較(jiào)大瞬(shùn)時(shí)功(gōng)率(shuài)可達到40MW，弧(hú)光光(guāng)強可超(chāo)過正(zhèng)常照(zhào)明光強2000多倍。因此(cǐ)中(zhōng)低壓(yā)開關(guān)櫃(guì)內因故(gù)障(zhàng)而(ér)產(chǎn)生電弧(hú)時(shí)若不能及時采取合(hé)理措施，則會產生(shēng)諸多(duō)危害(hài)。

　　（1）對設(shè)備(bèi)的危害：電弧發(fā)生時(shí)產生大量(liáng)高溫高壓氣(qì)體，氣(qì)體瞬(shùn)時(shí)衝(chōng)擊波(bō)可造成(chéng)開(kāi)關櫃(guì)體變形
，破(pò)碎；衝擊波爆(bào)破震動(dòng)可造成開(kāi)關(guān)櫃劇烈(liè)震(zhèn)動，使各(gè)連接處(chǔ)緊(jǐn)固件鬆脫(tuō)；產生的高溫可(kě)引起電纜燃燒(shāo)
，銅排融(róng)化
，鋁排氣化，甚至(zhì)將開關櫃(guì)外殼金(jīn)屬融化
，元器件嚴(yán)重(zhòng)損壞(huài)並(bìng)引(yǐn)起(qǐ)火災(zāi)。

　　（2）對人的(dí)危害：高溫灼傷皮(pí)膚；熔化的(dí)金屬(shǔ)蒸發(fā)並滲入人的皮膚表層(céng)造成(chéng)皮膚金(jīn)屬(shǔ)化(huà)；高強度弧光(guāng)傷害眼(yǎn)睛(jīng)，甚(shèn)至造(zào)成(chéng)角(jiǎo)膜脫落(là)；高(gāo)溫(wēn)燃燒產生的(dí)粉塵(chén)和有毒(dú)有害氣體損傷呼吸係(xì)統；弧光(guāng)電流作(zuò)用於人體(tǐ)可使(shǐ)肌(jī)肉產生非自主劇烈(liè)收(shōu)縮(suō)，也可(kě)損傷肌腱
，皮(pí)膚
，血管
，神(shén)經組織(zhī)等。

　　電(diàn)弧產生(shēng)的能量(liáng)與(yǔ)I ²t成指數(shù)規律快速(sù)上升，其(qí)不僅與故障(zhàng)電(diàn)流的大小有關，還與燃弧時(shí)間有關(guān)。根(gēn)據(jù)故障點的(dí)不(bù)同，通常(cháng)情況下故障短路電(diàn)流(liú)會(huì)在(zài)幾千(qiān)安至(zhì)幾十安，故障若(ruò)不能及時切除(chú)以(yǐ)熄(xī)滅電(diàn)弧，則會(huì)產生巨大(dà)能(néng)量。總之(zhī)，開關櫃發(fā)生內(nèi)部電弧(hú)故(gù)障，不論是對開(kāi)發設(shè)備還(huán)是(shì)對附近的工(gōng)作人員，其(qí)危險性(xìng)都(dū)很(hěn)大。

圖1 電弧(hú)能(néng)量-時(shí)間曲(qū)綫(xiàn)

　　將弧光保(bǎo)護應用(yòng)至(zhì)艦船(chuán)電(diàn)力(lì)係統，對(duì)艦(jiàn)船電網(wǎng)中(zhōng)的中壓(yā)電氣(qì)開(kāi)關(guān)設備(bèi)進行(háng)快速(sù)保(bǎo)護(hù)，在短路(lù)故障電弧發(fā)生(shēng)初(chū)始就切(qiē)除故(gù)障，降低(dī)故(gù)障電弧(hú)所造成(chéng)的危(wēi)害(hài)，避(bì)免人員傷亡(wáng)，減少設備(bèi)維(wéi)護(hù)費(fèi)用，提高艦船(chuán)電力(lì)係(xì)統的安全(quán)性及經濟(jì)效益(yì)。

　　2弧光(guāng)保(bǎo)護技術的現狀和原理(lǐ)

　　從20 世紀(jì)60 年代起，國(guó)際上的一些發達(dá)國(guó)家(jiā)已經開始了(liǎo)對弧光短路故(gù)障(zhàng)保(bǎo)護(hù)的(dí)研究，到80 ～ 90 年(nián)代已(yǐ)經對這(zhè)種(zhǒng)故障(zhàng)特(tè)性有了深(shēn)入的(dí)了(liǎo)解(jiě)，並(bìng)且(qiě)提(tí)出各種(zhǒng)弧光(guāng)短路(lù)的(dí)防護措施。20世(shì)紀90年代(dài)，我國(guó)引進了弧光(guāng)保護裝(zhuāng)置。隨(suí)著微電子(zǐ)技(jì)術和(hé)光(guāng)傳(chuán)感器(qì)技(jì)術(shù)的(dí)不斷發(fā)展(zhǎn)，弧光(guāng)保護(hù)技(jì)術(shù)不斷(duàn)成熟(shú)，國(guó)內(nèi)對(duì)弧光保(bǎo)護的(dí)認(rèn)識不斷提高，弧光(guāng)保護的(dí)市場需求不斷擴大(dà)。國內很(hěn)多(duō)單位都(dū)進行(háng)了弧光(guāng)保護技(jì)術的(dí)研發(fā)，如(rú)安(ān)科瑞(ruì)的ARB5係(xì)列弧(hú)光保護。

　　弧(hú)光(guāng)保護的(dí)動(dòng)作(zuò)判(pàn)據為電(diàn)弧故障時(shí)產生的兩個條(tiáo)件: 弧(hú)光(guāng)和電(diàn)流(liú)增量。當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到弧光和(hé)電流(liú)增(zēng)量時(shí)發出(chū)跳(tiào)閘指令(líng)，當僅(jǐn)檢(jiǎn)測(cè)到弧光(guāng)時亦可隻發出報警信號(hào)。

圖2 弧光保護邏輯原(yuán)理(lǐ)圖

　　3安科(kē)瑞ARB5係列弧(hú)光保護

　　安(ān)科瑞(ruì)ARB5係(xì)列弧光保護裝置主要由(yóu)ARB5-M主(zhǔ)控(kòng)單元
，ARB5-S弧(hú)光探頭及弧(hú)光光(guāng)纖(xiān)（雙股(gǔ)）組成(chéng)。

　　（1）ARB5-M主(zhǔ)控(kòng)單(dān)元

　　1）啟(qǐ)動條件可(kě)選弧光+電流雙判(pàn)據或(huò)弧光(guāng)單判(pàn)據。其中電(diàn)流突變(biàn)量(liáng)啟(qǐ)動係數(shù)可整定(dìng)範圍(wéi)為0.05~10In，電(diàn)流(liú)常(cháng)量(liáng)啟動係(xì)數(shù)可整(zhěng)定(dìng)範(fàn)圍(wéi)為0.05~10In。

　　2）11路可編(biān)程跳閘(zhá)出口。

　　3）4組3相電(diàn)流(liú)采(cǎi)集及CT監測(cè)功(gōng)能。

　　4）支持(chí)20路弧光(guāng)探頭信號(hào)采集(jí)。

　　5）弧光(guāng)故(gù)障點定位。

　　6）弧光光(guāng)纖鏈(liàn)路自檢及(jí)裝(zhuāng)置異常自檢。

　　7）4組失靈(líng)保(bǎo)護。

　　8）支持(chí)IEC61850，便(biàn)於組建數字化智能變電(diàn)站。

　　（2）ARB5-S弧光探頭

　　1）自帶(dài)濾光(guāng)功能(néng)。

　　2）無源型弧光(guāng)傳感(gǎn)器(qì)。

　　3）探(tàn)測角(jiǎo)度≥180°。

圖3 ARB5-S弧光探(tàn)頭(tóu)探(tàn)測角度

　　4 ARB5弧光保(bǎo)護(hù)在某船(chuán)舶中(zhōng)壓(yā)配(pèi)電板的(dí)應用

　　某船務1600T海上(shàng)風電安(ān)裝平(píng)台(tái)，共有3組中壓配(pèi)電板。其中A段(duàn)母綫有(yǒu)兩(liǎng)台(tái)發(fā)電(diàn)機(jī)進綫(xiàn)和一(yī)個(gè)聯絡櫃(guì)，B段(duàn)母綫有(yǒu)兩(liǎng)台發電機(jī)進綫和(hé)兩(liǎng)個聯絡櫃，C段(duàn)母(mǔ)綫有兩台發(fā)電機進(jìn)綫和一個聯(lián)絡(luò)櫃。

　　不難(nán)看出，與陸上(shàng)配電(diàn)係統不(bù)同，船(chuán)舶(bó)電(diàn)力推進(jìn)係統(tǒng)有以下特點：能量來源眾(zhòng)多(duō)（多組(zǔ)發電機進(jìn)綫(xiàn)）
，電(diàn)纜聯結多(duō)采(cǎi)用環狀結(jié)構（母聯開(kāi)關
，跨接(jiē)開關(guān)等(děng)橫(héng)向結構(gòu)較(jiào)多）
，能量流(liú)向不定(dìng)（根據需(xū)要通(tōng)過母聯(lián)開(kāi)關
，跨接開(kāi)關變(biàn)更船(chuán)舶(bó)電力(lì)係(xì)統(tǒng)的能量流(liú)向(xiàng)，以(yǐ)保(bǎo)證(zhèng)供(gōng)電(diàn)係(xì)統的連續性）。

　　為保障船舶電站安全(quán)穩(wěn)定可(kě)靠(kào)運(yùn)行(háng)，該(gāi)項(xiàng)目要求(qiú)裝設弧(hú)光保護，監(jiān)控母(mǔ)綫(xiàn)弧(hú)光(guāng)故障(zhàng)。

　　圖4 某1600T海(hǎi)上(shàng)風電安裝平台電力推進係統(tǒng)中壓配電板係統圖(tú)

　　圖(tú)5 某1600T海上風電安裝(zhuāng)平台電力(lì)推(tuī)進係(xì)統(tǒng)中(zhōng)壓配電板平麵布局和外(wài)形圖

　　依據弧光保(bǎo)護(hù)原理(lǐ)可知(zhī)，需要(yào)監測(cè)每(měi)櫃的(dí)母綫室(shì)弧(hú)光信號(hào)，還需采(cǎi)集A段母綫的(dí)兩(liǎng)台發電機進綫電流和一組聯(lián)絡(luò)電流
，B段(duàn)母(mǔ)綫的兩台發(fā)電機(jī)進(jìn)綫電流和(hé)兩組聯絡電流
，C段母綫(xiàn)的兩台發電(diàn)機(jī)進綫(xiàn)電流(liú)和一(yī)組聯絡電流(liú)，又(yòu)由於ARB5-M弧光主控單元(yuán)支(zhī)持(chí)采集4組(zǔ)3相(xiāng)電流
，支持(chí)20路弧光(guāng)信號(hào)監測，即(jí)每段母(mǔ)綫的發(fā)電(diàn)機(jī)進綫電(diàn)流(liú)
，聯絡電流和弧光信號可(kě)由(yóu)一(yī)台ARB5-M采集，故(gù)該(gāi)項(xiàng)目(mù)弧(hú)光(guāng)保護(hù)配(pèi)置(zhì)方案為：每段母綫(xiàn)配置(zhì)一(yī)台ARB5-M弧(hú)光(guāng)主控(kòng)單元(yuán)，在每(měi)櫃的母綫(xiàn)室(shì)放置一個ARB5-S弧光(guāng)探頭。

　　弧(hú)光(guāng)保護(hù)邏輯(jí)為：ARB5-M弧光主(zhǔ)控(kòng)單元(yuán)接(jiē)收到(dào)弧光光纖傳(chuán)輸的弧光信(xìn)號（由ARB5-S弧光探頭(tóu)采集）後(hòu)，再結合進綫或聯絡電(diàn)流增(zēng)量(liáng)，動(dòng)作(zuò)於(yú)跳閘(zhá)該(gāi)段(duàn)母(mǔ)綫(xiàn)的(dí)進(jìn)綫櫃(guì)和聯(lián)絡(luò)櫃(guì)開(kāi)關(guān)。

　　5結語(yǔ)

　　本文簡析了船舶電力推進係統相(xiāng)較於陸(lù)上配電係統的(dí)特點，介紹了安科瑞ARB5係(xì)列(liè)弧(hú)光(guāng)保護在船舶中(zhōng)壓配電(diàn)板(bǎn)的(dí)應(yīng)用(yòng)，並對弧光保(bǎo)護邏(luó)輯(jí)進(jìn)行(háng)了(liǎo)說明，對(duì)弧(hú)光(guāng)保護係統在船舶電力係統上的(dí)應用提供了(liǎo)一定(dìng)的參考(kǎo)作(zuò)用(yòng)。

　　參(cān)考(kǎo)文獻

　　[1].董(dǒng)蕾，宋(sòng)喜慶.船(chuán)舶中壓配(pèi)電(diàn)板弧光保(bǎo)護裝置設計(jì)淺(qiǎn)析

　　[2].王林，王浩(hào).艦船電力係統中電(diàn)弧(hú)光保護(hù)的(dí)應(yīng)用分析(xī)

　　[3].李鷹洲(zhōu).電(diàn)弧光(guāng)保護係(xì)統(tǒng)在中(zhōng)低壓開(kāi)關櫃中(zhōng)的(dí)應用(yòng)

　　[4].安(ān)科(kē)瑞企業(yè)微電網設計與應用(yòng)手(shǒu)冊2022.05版

　　[5].AFBR-S10PS01XZ-DS100–April3,2017