摘要:随着船舶工业的发展,船舶电网中中低压成套设备越来越多。中低压成套设备由于其本身的缺陷、异常的工作条件、谐振过电压、绝缘故障、载流回路不良、外来物体的进入以及人为操作错误等原因,都可能引起弧光短路故障,造成气体间隙击穿而引燃电弧,船舶供电系统由于空间有限,设备较多,发生故障的概率可能增加。弧光短路释放巨大的,产生各种电弧效应,使设备中的压力和温度迅速增加,电弧光温度约7000-8000℃,超过太阳表面的温度,伴随着巨大的光能和释放,如不能及时切除,电弧可将成套设备内的器件点燃,引起火灾,大面积烧毁配电设备,造成严重的损失和重大人身伤亡事故。
将电弧光保护应用至船舶电力系统,对船用电网中的开关柜进行快速保护,即在弧光短路故障发生后立即采取保护动作,在电弧燃烧之前切除故障,可提高故处理速度,解决弧光短路故障所造成的危害,减少设备维护及人员伤亡,提高电力系统的安全及经济效益。如何在设备产生电弧故障时,快速切除故障,将事故的危害降到是一个值得研究的内容。
1.电弧光保护的原理
电弧光保护的动作判据为电弧故障时产生的两个条件:弧光和电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时系统发出跳闸指令,当仅检测到弧光或者电流增量时发出报警信号,而不会发出跳闸指令。
2.弧光保护装置简介
针对船舶电力系统的特点,提出了弧光保护装置,装置由主控单元、弧光单元、电流单元和弧光传感器等组成,采用光纤星型连接方式,主控单元和电流单元、主控单元和弧光单元之间采用单模通信光缆连接,主控单元和弧光传感器、弧光单元和弧光传感器之间采用光缆连接。
船用弧光保护装置采用模块化设计,由于配置模块化,装置适合于各种不同场合的电弧光保护应用,可组成从只有一个主控单元的简单系统,到包含多个单元能用于选择性电弧光保护的复杂系统。装置采用弧光检测和过电流检测双判据原理,保护动作速度快、可靠性高,装置综合弧光保护和高速通信网络技术,吸收弧光保护、电流保护的特点,是一种基于选择性的快速保护装置系统。
1)主控单元
主控单元是系统的主控部分,负责输入量的采集、测量、计算及逻辑判断,实现系统的各项保护逻辑、与上位机通讯、自检及其他辅助功能,主控单元可检测6路弧光信息,具有2路跳闸接点输出,具备基本保护功能,可实现简单区域的保护。
2)电流单元
电流单元用于电流采集,可以就近安装在开关柜电流互感器旁,就地采集3路来自电流互感器的电流信息,省去大量电缆,避免电流回路来回转接,电流单元具备2路跳闸接点输出,可实现本地跳闸,电流单元通过光纤与主控单元连接。
3)弧光单元
弧光单元用于弧光传感器扩展,具备24个弧光检测点,2个级联接口,弧光单元可通过光纤级联扩展。
4)弧光传感器
弧光传感器为光感应元件,可采集母线室、断路器室和电缆室的弧光信息,在发生弧光故障时检测突然增加的光强,并通过光纤将光信号传送给主控单元或弧光单元。
3.船舶电力系统弧光保护系统配置策略
从总体上来说,船舶电力系统弧光保护系统一般有两种配置方法:集中式配置和分布式配置。集中式配置方法是指系统设置一台主机,其他配套单元都是从属该主机,整个系统的所有保护动作都是由主机集中控制。集中式的优点是:
主机掌握整个被保护系统的构成及逻辑关系,能够根据故障发生的部位从整个系统角度有选择的切除故障,适用于复杂的多层树状结构系统;只有主机具有逻辑判断、操作显示、通讯等功能,其他配套单元只作扩展出口用,硬件使用率较高。集中式的缺点是:主机功能强大,但当系统输入输出接口较多时,主机的体积较大;当主机故障时,整个保护系统失去功能,系统安全冗余度小。分布式配置方法是指系统在不同的保护部位设置多台主机,每台主机只分管自己负责的部分,各主机在功能上是平等关系。分布式的优点是:系统安全冗余度高,单台主机故障不会导致整个保护系统失效;每台主机只负责局部的保护功能,功能有限,尺寸较小。分布式的缺点是:每个主机都具有逻辑判断、操作显示、通讯等功能,硬件资源有些浪费;每台主机只有局部的保护功能,当系统较复杂时,不能从整个系统角度实现的选择性保护。就船舶电力系统而言,系统的纵向层次较浅,即发电机、母线、负载等,而横向结构较多,与陆用电力系统不同,船舶电力系统流动方向不确定,入口也较多,如果采用集中式配置方法主机的输入输出接口将较多,造成体积较大;同时船舶电力系统各配电板、舷侧跨接控制板位于船的不同部位,采用集中式配置将导致到主机接线困难;主要保护功能由单台主机实现,主机故障将导致整个系统保护功能丧失。因此船舶电力系统采用分布式配置方法较为合适。
4.安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明
5.现场安装
审核编辑 黄宇
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