弧光保護(hù)裝置在船舶中壓配電板設(shè)計(jì)與應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：船舶中壓配電板弧光故障導(dǎo)致的電站設(shè)備損壞和停電事故，不僅會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重影響船舶電站的穩(wěn)定運(yùn)行，威脅船舶電站操作人員的，通過(guò)研究應(yīng)用中壓配電板弧光保護(hù)裝置，采取有效的保護(hù)措施，解決母排故障短路問(wèn)題，對(duì)于提高船舶電站的性、穩(wěn)定性，降低經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。

關(guān)鍵詞：船舶；中壓配電板；弧光保護(hù)

1裝設(shè)電弧光保護(hù)的必要性

1.1適用范圍

弧光保護(hù)裝置適用于船舶中壓配電系統(tǒng)，可供各型船舶中、低壓配電板的弧光保護(hù)使用。

1.2設(shè)計(jì)原則

（1）組成盡量簡(jiǎn)單、可靠，力求操作維修方便。充分利用國(guó)內(nèi)外成熟的技術(shù)，對(duì)弧光保護(hù)裝置性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)及維護(hù)進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)。

（2）在設(shè)計(jì)中突出功能性能和生存能力，同時(shí)考慮可用性、機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性、電磁兼容性和性，充分利用現(xiàn)有成熟技術(shù)和研究成果。

（3）弧光保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)滿足船舶總體設(shè)計(jì)要求，其接口與船舶總體要求匹配。

2、組成及主要功能

2.1組成

弧光保護(hù)裝置由2mm鋼板折彎焊接而成，全封閉設(shè)計(jì)，通過(guò)面板屏蔽玻璃窗時(shí)刻關(guān)注內(nèi)部信息。設(shè)有主單元、傳感器I/O單元、電流I/O單元、CXCH-01系列的電連接器、走線槽等（弧光傳感器安裝在中壓配電板中電纜室、斷路器室、母線室的合適位置）。

2.2主要功能

弧光保護(hù)裝置主要接收中壓配電板中電纜室、斷路器室、母線室的弧光故障信號(hào)、過(guò)電流故障信號(hào)。故障信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器I/O單元、電流I/O單元、主單元邏輯處理后，向故障屏的斷路器或接觸器發(fā)出分閘指令。

（1）主單元

主單元是弧光保護(hù)裝置的核心部件與管理單元，接收I/O單元傳送過(guò)來(lái)的弧光故障信號(hào)和過(guò)電流信號(hào)，根據(jù)弧光傳感器輸送信號(hào)，24h不間斷檢測(cè)各擴(kuò)展單元的運(yùn)行狀況，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)位置，經(jīng)過(guò)邏輯判斷后，發(fā)出跳閘指令。

（2）傳感器I/O單元

傳感器I/O單元作為主單元的擴(kuò)展部分，一個(gè)傳感器I/O單元能夠接入10組弧光傳感器。其中，3個(gè)通道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)故障屏切除；其余7個(gè)通道通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電纜將故障信號(hào)傳送至主單元，再由主單元根據(jù)檢測(cè)過(guò)電流故障信號(hào)結(jié)果，經(jīng)過(guò)邏輯判斷確定是否向其它控制屏發(fā)出跳閘信號(hào)。

（3）電流I/O單元

電流I/O單元是弧光保護(hù)裝置的電流采集擴(kuò)展單元，檢測(cè)過(guò)電流故障信號(hào)，并將檢測(cè)到的過(guò)電流故障信號(hào)傳輸?shù)街鲉卧?，由主單元依?jù)設(shè)定的邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令。

（4）弧光傳感器

弧光傳感器采用特殊光敏電阻材料?；」鈧鞲衅靼惭b在中壓配電板的母線室、斷路器室、電纜室內(nèi)。當(dāng)被監(jiān)控的一次設(shè)備發(fā)生弧光故障時(shí)，弧光傳感器將弧光故障信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，傳輸給傳感器I/O單元。

3、總體方案設(shè)計(jì)

弧光保護(hù)裝置的整體外形尺寸為470×440×350mm（不包括電連接器），內(nèi)部由一個(gè)主單元、兩個(gè)傳感器I/O單元、兩個(gè)電流I/O單元、9個(gè)電連接器、走線槽等組成；外部由20個(gè)弧光傳感器組成，外形如圖1。

內(nèi)部安裝板左側(cè)布置一個(gè)傳感器I/O單元、一個(gè)電流I/O單元；右側(cè)布置一個(gè)傳感器I/O單元、一個(gè)電流I/O單元；各單元之間布置走線槽；安裝板前側(cè)布置帶活動(dòng)門的主單元（主單元嵌裝在活動(dòng)門中）；通過(guò)面板屏蔽觀察窗監(jiān)視弧光保護(hù)裝置的工作狀態(tài)，調(diào)試或檢修時(shí)，先打開(kāi)面板，再打開(kāi)活動(dòng)門。弧光保護(hù)裝置的各單元采用導(dǎo)軌式或者嵌入式方法安裝于裝置內(nèi)。

3.1主單元

主單元整體硬件結(jié)構(gòu)采用目前主流微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)形式，滿足通用化和模塊化要求。

硬件主要包括保護(hù)模塊、監(jiān)控模塊、輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊和電源模塊5大部分。各模塊之間通過(guò)光電隔離或串行通信線連接，互相之間盡可能減少直接的電氣聯(lián)系，提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。流程圖如圖2。

3.2電流I/O單元

電流I/O單元硬件部分包括保護(hù)模塊、監(jiān)控模塊、輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊和電源模塊5大部分。各模塊之間通過(guò)串行通信線連接，提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。軟件保護(hù)部分程序包括保護(hù)模塊的硬件初始化與驅(qū)動(dòng)程序、軟件初始化、各種保護(hù)算法與保護(hù)邏輯功能的實(shí)現(xiàn)以及各種通信接口的驅(qū)動(dòng)與協(xié)議。監(jiān)控部分程序包括監(jiān)控模塊的硬件初始化與驅(qū)動(dòng)、軟件初始化、各種通信接口的驅(qū)動(dòng)與協(xié)議針對(duì)不同保護(hù)顯示程序。

3.3傳感器I/O單元

傳感器I/O單元硬件主要包括保護(hù)模塊、監(jiān)控模塊、輸入輸出模塊和電源模塊4大部分。各模塊之間通過(guò)串行通信線連接，提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。軟件保護(hù)程序主要包括保護(hù)模塊的硬件初始化與驅(qū)動(dòng)程序、軟件初始化、各種保護(hù)邏輯功能的實(shí)現(xiàn)以及各通信接口的驅(qū)動(dòng)與協(xié)議。

監(jiān)控程序主要包括監(jiān)控模塊的硬件初始化與驅(qū)動(dòng)、軟件初始化、各種通信接口的驅(qū)動(dòng)與協(xié)議及針對(duì)不同保護(hù)的顯示程序。

3.4弧光傳感器

當(dāng)中壓配電板內(nèi)發(fā)生絕緣損壞放電故障，光照度達(dá)到8000勒克斯（Lux）時(shí)，弧光傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。

4關(guān)鍵技術(shù)

4.1電磁兼容技術(shù)

為了滿足電磁兼容要求，外部所有的電纜均通過(guò)屏蔽的電連接器進(jìn)入到弧光保護(hù)裝置箱體內(nèi)；箱體門框邊緣采用不銹鋼翻邊焊接，門內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)箱體翻邊的四周焊1mm不銹鋼條，在不銹鋼條上粘屏蔽條，使得箱體和門具有良好的接連；箱體面板設(shè)有觀察窗，觀察窗玻璃采用導(dǎo)電玻璃，在導(dǎo)電玻璃內(nèi)側(cè)焊有1mm不銹鋼條，在不銹鋼條與導(dǎo)電玻璃間設(shè)有屏蔽條，在導(dǎo)電玻璃的外側(cè)設(shè)有裝飾框。裝置采取可靠的接地措施。

4.2弧光判據(jù)的確定

弧光保護(hù)裝置的弧光故障動(dòng)作判據(jù)將直接影響到其功能能否正常實(shí)現(xiàn)；光照度選小，將會(huì)引起中壓配電板在無(wú)gu障的情況下誤動(dòng)作；光照度選大，當(dāng)中壓配電板真正發(fā)生短路故障時(shí)，又無(wú)法實(shí)現(xiàn)切除任務(wù)，釀成重大事故。因此選擇合適的光照度，是弧光保護(hù)裝置的關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)調(diào)研情況的分析，國(guó)外弧光保護(hù)裝置的弧光傳感器的照度動(dòng)作值設(shè)定為8,000勒克斯（Lux），而一般數(shù)碼相機(jī)閃光燈的光照度已達(dá)到8,000勒克斯（Lux）。經(jīng)過(guò)模擬試驗(yàn)，用數(shù)碼相機(jī)拍攝時(shí)的光照度能將弧光傳感器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。經(jīng)過(guò)實(shí)際燃弧爆炸試驗(yàn)證明：在燃弧爆炸時(shí)，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將弧光傳感器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，故將8,000勒克斯（Lux）確定為弧光保護(hù)裝置的光照度判據(jù)。

5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說(shuō)明

ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費(fèi)用1500元。

（2）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過(guò)20米。

（4）如有特殊要求，請(qǐng)?zhí)貏e注明。

6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

7安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

8結(jié)論

弧光保護(hù)裝置總體功能設(shè)計(jì)的結(jié)果將直接影響中壓配電板保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，弧光保護(hù)裝置的功能設(shè)計(jì)借鑒施耐德的弧光保護(hù)裝置成功經(jīng)驗(yàn)，立足國(guó)內(nèi)現(xiàn)有成熟技術(shù)展開(kāi)，充分考慮弧光保護(hù)裝置布置的科學(xué)性、合理性、性、可靠性，采取有效的電磁兼容屏蔽措施，充分化解質(zhì)量、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)研究應(yīng)用中壓配電板弧光保護(hù)裝置，對(duì)船舶中壓配電板可靠穩(wěn)定運(yùn)行，起到積作用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.

作者簡(jiǎn)介：

任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護(hù)及絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。