弧光保護裝置在船舶中壓配電板設(shè)計與應(yīng)用 宋兵兵

宋兵兵

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致的電站設(shè)備損壞和停電事故，不僅會造成較大的經(jīng)濟損失，而且嚴重影響船舶電站的穩(wěn)定運行，威脅船舶電站操作人員的，通過研究應(yīng)用中壓配電板弧光保護裝置，采取有效的保護措施，解決母排故障短路問題，對于提高船舶電站的性、穩(wěn)定性，降低經(jīng)濟損失具有重要意義。

關(guān)鍵詞：船舶；中壓配電板；弧光保護

1裝設(shè)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(tǒng)，可供各型船舶中、低壓配電板的弧光保護使用。

1.2設(shè)計原則

（1）組成盡量簡單、可靠，力求操作維修方便。充分利用國內(nèi)外成熟的技術(shù)，對弧光保護裝置性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)及維護進行適應(yīng)性設(shè)計。

（2）在設(shè)計中突出功能性能和生存能力，同時考慮可用性、機動性、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）弧光保護裝置的設(shè)計滿足船舶總體設(shè)計要求，其接口與船舶總體要求匹配。

2、組成及主要功能

2.1組成

弧光保護裝置由2mm鋼板折彎焊接而成，全封閉設(shè)計，通過面板屏蔽玻璃窗時刻關(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、過電流故障信號。故障信號經(jīng)過傳感器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

主單元是弧光保護裝置的核心部件與管理單元，接收I/O單元傳送過來的弧光故障信號和過電流信號，根據(jù)弧光傳感器輸送信號，24h不間斷檢測各擴展單元的運行狀況，準確判斷故障點位置，經(jīng)過邏輯判斷后，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展部分，一個傳感器I/O單元能夠接入10組弧光傳感器。其中，3個通道點對點對故障屏切除；其余7個通道通過標準電纜將故障信號傳送至主單元，再由主單元根據(jù)檢測過電流故障信號結(jié)果，經(jīng)過邏輯判斷確定是否向其它控制屏發(fā)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?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)。當被監(jiān)控的一次設(shè)備發(fā)生弧光故障時，弧光傳感器將弧光故障信號轉(zhuǎn)換成電流信號，傳輸給傳感器I/O單元。

3、總體方案設(shè)計

弧光保護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、走線槽等組成；外部由20個弧光傳感器組成，外形如圖1。

內(nèi)部安裝板左側(cè)布置一個傳感器I/O單元、一個電流I/O單元；右側(cè)布置一個傳感器I/O單元、一個電流I/O單元；各單元之間布置走線槽；安裝板前側(cè)布置帶活動門的主單元（主單元嵌裝在活動門中）；通過面板屏蔽觀察窗監(jiān)視弧光保護裝置的工作狀態(tài)，調(diào)試或檢修時，先打開面板，再打開活動門。弧光保護裝置的各單元采用導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)采用目前主流微機保護裝置結(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。軟件保護部分程序包括保護模塊的硬件初始化與驅(qū)動程序、軟件初始化、各種保護算法與保護邏輯功能的實現(xiàn)以及各種通信接口的驅(qū)動與協(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、軟件初始化、各種通信接口的驅(qū)動與協(xié)議針對不同保護顯示程序。

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。軟件保護程序主要包括保護模塊的硬件初始化與驅(qū)動程序、軟件初始化、各種保護邏輯功能的實現(xiàn)以及各通信接口的驅(qū)動與協(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、軟件初始化、各種通信接口的驅(qū)動與協(xié)議及針對不同保護的顯示程序。

3.4弧光傳感器

當中壓配電板內(nèi)發(fā)生絕緣損壞放電故障，光照度達到8000勒克斯（Lux）時，弧光傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。

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屏蔽的電連接器進入到弧光保護裝置箱體內(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，觀察窗玻璃采用導電玻璃，在導電玻璃內(nèi)側(cè)焊有1mm不銹鋼條，在不銹鋼條與導電玻璃間設(shè)有屏蔽條，在導電玻璃的外側(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

弧光保護裝置的弧光故障動作判據(jù)將直接影響到其功能能否正常實現(xiàn)；光照度選小，將會引起中壓配電板在正常的情況下誤動作；光照度選大，當中壓配電板真正發(fā)生短路故障時，又無法實現(xiàn)切除任務(wù)，釀成重大事故。因此選擇合適的光照度，是弧光保護裝置的關(guān)鍵點。根據(jù)調(diào)研情況的分析，國外弧光保護裝置的弧光傳感器的照度動作值設(shè)定為8,000勒克斯（Lux），而一般數(shù)碼相機閃光燈的光照度已達到8,000勒克斯（Lux）。經(jīng)過模擬試驗，用數(shù)碼相機拍攝時的光照度能將弧光傳感器的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。經(jīng)過實際燃弧爆炸試驗證明：在燃弧爆炸時，能在規(guī)定的時間內(nèi)將弧光傳感器的光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出，故將8,000勒克斯（Lux）確定為弧光保護裝置的光照度判據(jù)。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元

（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(shù)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?zhí)貏e注明。

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

7安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

8結(jié)論

弧光保護裝置總體功能設(shè)計的結(jié)果將直接影響中壓配電板保護功能的實現(xiàn)，弧光保護裝置的功能設(shè)計借鑒施耐德的弧光保護裝置成功經(jīng)驗，立足國內(nèi)現(xiàn)有成熟技術(shù)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(zhì)量、技術(shù)風險，通過研究應(yīng)用中壓配電板弧光保護裝置，對船舶中壓配電板可靠穩(wěn)定運行，起到積作用，具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

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