弧光保護裝置在船舶中壓配電板設計與應用

摘要：船舶中壓配電板電弧故障造成的電站設備損壞和停電事故，不僅會造成較大的經濟損失，而且嚴重影響船舶電站的穩定運行，威脅船舶電站操作人員，通過中壓配電板電弧保護裝置的研究和應用，采取有效的保護措施，解決母線故障短路問題，對提船舶電站的性能和穩定性，減少經濟損失具有重要意義。

關鍵詞：船舶；中壓配電板；弧光保護

1安裝電弧光保護的必要性

1.1適用范圍

弧光保護裝置適用于船舶中壓配電系統，可用于各種船舶中低壓配電板的弧光保護。

1.2設計原則

（1）組成應盡可能簡單可靠，并努力方便操作和維護。充分利用國內外成熟的技術，設計弧光保護裝置的性能參數、結構和維護。

(2)在設計中突出功能性能和生存能力，充分利用現有成熟的技術和研究成果，考慮可用性、機動性、穩定性、電磁兼容性和性。

(3)弧光保護裝置的設計符合船舶的總體設計要求，其接口與船舶的總體要求相匹配。

2、組成和主要功能

2.1組成

弧光保護裝置采用2mm鋼板彎曲焊接而成，全封閉設計，通過面板屏蔽玻璃窗始終關注內部信息。主單元、傳感器I/O單元、電流I/O單元、CXCH-01系列電連接器、接線槽等。(弧光傳感器安裝在電纜室、斷路器室、中壓配電板母線室的合適位置)。

2.2主要功能

弧光保護裝置主要接收電纜室、斷路器室、中壓配電板母線室的弧光故障信號和過電流故障信號。故障信號經傳感器I/O單元、電流I/O單元、主單元邏輯處理后，向故障屏幕的斷路器或接觸器發出分閘指令。

（1）主單元

主單元是弧光保護裝置的核心部件和管理單元。接收I/O單元傳輸的弧光故障信號和過電流信號。根據弧光傳感器傳輸信號，每個擴展單元的運行狀態應在24小時內不間斷檢測，故障點位置應準確判斷。邏輯判斷后，應發出跳閘指令。

(2)傳感器I/O單元

傳感器I/O單元作為主單元的擴展部分，一個傳感器I/O單元可以連接到10組弧光傳感器。其中，三個通道點對點切除故障屏幕；其余7個通道通過標準電纜將故障信號傳輸到主單元，然后根據檢測過電流故障信號結果，通過邏輯判斷是否向其他控制屏幕發出跳閘信號。

(3)電流I/O單元

電流I/O單元是弧光保護裝置的電流采集和擴展單元，檢測過電流故障信號，并將檢測到的過電流故障信號傳輸到主單元，主單元根據設定的邏輯判斷是否發出跳閘指令。

(4)弧光傳感器

弧光傳感器采用特殊的光敏電阻材料?；」鈧鞲衅靼惭b在中壓配電板的母線室、斷路器室和電纜室。當一次監測設備發生弧光故障時，弧光傳感器將弧光故障信號轉換為電流信號，并傳輸給傳感器I/O單元。

3、總體方案設計

弧光保護裝置的整體形狀尺寸為470×440×350mm(不包括電連接器)由一個主單元、兩個傳感器I/O單元、兩個電流I/O單元、9個電連接器、布線槽等組成。外部由20個弧光傳感器組成，形狀如圖1所示。

內部安裝板左側布置傳感器I/O單元和電流I/O單元；右側布置傳感器I/O單元和電流I/O單元；每個單元之間布置一個接線槽；安裝板前側布置帶活動門的主單元（主單元嵌入活動門）；弧光保護裝置的工作狀態通過面板屏蔽觀察窗進行監控。調試或維護時，先打開面板，再打開活動門?；」獗Ｗo裝置的各單元采用導軌或嵌入式方法安裝在裝置內。

3.1主單元

主單元的整體硬件結構采用主流微機保護裝置的結構形式，滿足通用化和模塊化的要求。

硬件主要包括五個部分：保護模塊、監控模塊、輸入輸出模塊、模擬輸入模塊和電源模塊。通過光電隔離或串行通信線連接，盡可能減少直接電氣連接，提系統的可靠性和抗干擾能力。流程圖如圖2所示。

3.2電流I/O單元

電流I/O單元硬件包括五個部分：保護模塊、監控模塊、輸入輸出模塊、模擬輸入模塊和電源模塊。通過串行通信線連接，提了系統的可靠性和抗干擾能力。軟件保護程序包括硬件初始化和驅動程序、軟件初始化、實現各種保護算法和保護邏輯功能以及各種通信接口的驅動和協議。對于不同的保護顯示程序，監控程序包括監控模塊的硬件初始化和驅動、軟件初始化、各種通信接口的驅動和協議。

3.3傳感器I/O單元

傳感器I/O硬件主要包括四個部分：保護模塊、監控模塊、輸入輸出模塊和電源模塊。通過串行通信線連接，提系統的可靠性和抗干擾性。軟件保護程序主要包括保護模塊的硬件初始化和驅動程序、軟件初始化、各種保護邏輯功能的實現以及各通信接口的驅動和協議。

監控程序主要包括不同保護的硬件初始化和驅動、軟件初始化、各種通信接口的驅動和協議以及顯示程序。

3.4弧光傳感器

絕緣損壞和放電故障發生在中壓配電板中，光照達到8000勒克斯（Lux）弧光傳感器將光信號轉換為電信號輸出。

4關鍵技術

4.1電磁兼容技術

為滿足電磁兼容性要求，所有外部電纜通過屏蔽電連接器進入弧光保護裝置箱；箱門框邊緣采用不銹鋼翻轉焊接，門內側焊接1mm不銹鋼條，使箱門連接良好；箱面板設有觀察窗，觀察窗玻璃采用導電玻璃，導電玻璃內焊接1mm不銹鋼條，不銹鋼條與導電玻璃之間設有屏蔽條，導電玻璃外側設有裝飾框。該裝置采取可靠的接地措施。

確定4.2弧光判斷

弧光保護裝置的弧光故障動作判斷將直接影響其功能是否正常實現；光照選擇小，正常會導致中壓配電板誤動作；光照選擇大，當中壓配電板真正短路故障時，切除任務無法實現，造成重大事故。因此，選擇合適的光照是弧光保護裝置的關鍵。根據調查分析，國外弧光保護裝置弧光傳感器的照度動作值設定為8000勒克斯（Lux），一般數碼相機閃光燈的光照度已達到8000勒克斯（Lux）。通過模擬試驗，用數碼相機拍攝的光照度可以將弧光傳感器的光信號轉換為電信號。實際燃弧爆炸試驗證明，在燃弧爆炸時，弧光傳感器的光信號可以在規定的時間內轉換為電信號輸出，因此8000勒克斯（Lux）確定為弧光保護裝置的光照度判斷。

安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

6安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數

7安科瑞ARB5-M弧光保護產品現場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

8結論

弧光保護裝置總體功能設計的結果將直接影響中壓配電板保護功能的實現，弧光保護裝置的功能設計借鑒施耐德的弧光保護裝置成功經驗，立足國內現有成熟技術展開，充分考慮弧光保護裝置布置的科學性、合理性、性、可靠性，采取有效的電磁兼容屏蔽措施，充分化解質量、技術風險，通過研究應用中壓配電板弧光保護裝置，對船舶中壓配電板可靠穩定運行，起到積作用，具有重要的現實意義。

參考文獻：

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