弧光保護裝置在船舶中壓配電板的設計

摘要：船舶中壓配電板弧光故障導致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的，通過研究應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、穩定性，降低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裝設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，可供各型船舶中、低壓配電板的弧光保護使用。

1.2設計原則

（1）組成盡量簡單、可靠，力求操作維修方便。充分利用國內外成熟的技術，對弧光保護裝置性能參數、結構及維護進行適應性設計。

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

（3）弧光保護裝置的設計滿足船舶總體設計要求，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，全封閉設計，通過面板屏蔽玻璃窗時刻關注內部信息。設有主單元、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，經過邏輯判斷后，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，再由主單元根據檢測過電流故障信號結果，經過邏輯判斷確定是否向其它控制屏發出跳閘信號。

（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，由主單元依據設定的邏輯，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光敏電阻材料。弧光傳感器安裝在中壓配電板的母線室、斷路器室、電纜室內。當被監控的一次設備發生弧光故障時，弧光傳感器將弧光故障信號轉換成電流信號，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外形尺寸為470×440×350mm（不包括電連接器），內部由一個主單元、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。

內部安裝板左側布置一個傳感器I/O單元、一個電流I/O單元；右側布置一個傳感器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視弧光保護裝置的工作狀態，調試或檢修時，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。

3.1主單元

主單元整體硬件結構采用目前主流微機保護裝置結構形式，滿足通用化和模塊化要求。

硬件主要包括保護模塊、監控模塊、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系，提高系統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動程序、軟件初始化、各種保護算法與保護邏輯功能的實現以及各種通信接口的驅動與協議。監控部分程序包括監控模塊的硬件初始化與驅動、軟件初始化、各種通信接口的驅動與協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與協議。

監控程序主要包括監控模塊的硬件初始化與驅動、軟件初始化、各種通信接口的驅動與協議及針對不同保護的顯示程序。

3.4弧光傳感器

當中壓配電板內發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換成電信號輸出。

4關鍵技術

4.1電磁兼容技術

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；箱體門框邊緣采用不銹鋼翻邊焊接，門內側對應箱體翻邊的四周焊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；箱體面板設有觀察窗，觀察窗玻璃采用導電玻璃，在導電玻璃內側焊有1mm不銹鋼條，在不銹鋼條與導電玻璃間設有屏蔽條，在導電玻璃的外側設有裝飾框。裝置采取可靠的接地措施。

4.2弧光判據的確定

弧光保護裝置的弧光故障動作判據將直接影響到其功能能否正常實現；光照度選小，將會引起中壓配電板在沒有故障的情況下誤動作；光照度選大，當中壓配電板真正發生短路故障時，又無法實現切除任務，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鍵點。根據調研情況的分析，國外弧光保護裝置的弧光傳感器的照度動作值設定為8,000勒克斯（Lux），而一般數碼相機閃光燈的光照度已達到8,000勒克斯（Lux）。經過模擬試驗，用數碼相機拍攝時的光照度能將弧光傳感器的光信號轉換成電信號。經過實際燃弧爆炸試驗證明：在燃弧爆炸時，能在規定的時間內將弧光傳感器的光信號轉換成電信號輸出，故將8,000勒克斯（Lux）確定為弧光保護裝置的光照度判據。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

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：

1. 董蕾，宋喜慶.船舶中壓配電板弧光保護裝置設計淺析[J].
2. 陳西庚.廠用成套開關柜的弧光接地保護[J].繼電器， 1995，23（2）：50-51.

[3] 韓東，王振岳，孫金國.開關設備電弧故障檢測及定位裝 置[J].華電技術，2011，33（04）：39-43.

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5（版）.

作者簡介：

陳芳芳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護及絕緣監測系統