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      交通運輸

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      淺談弧光保護在船舶中壓配電板的應用
      發布日期:2022-08-23 17:01 發布人:admin
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      摘要:船舶中壓配電板弧光故障導致的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安全穩定運行,威脅船舶電站操作人員的安全?;」獗Wo是基于電力系統開關柜發生弧光故障時而設計的一套母線保護系統,能夠快速切除開關柜體內的故障及縮小故障范圍。在船舶中壓配電板應用弧光保護,可解決母排故障短路問題,對于提高船舶電站的安全性、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;母排故障

      0 引言

      艦船的電氣化水平在逐步提高,艦船電站容量在不斷增加,艦船電網有向中壓發展的趨勢。中壓成套設備由于其本身的缺陷、異常的工作條件、諧振過電壓、絕緣故障、載流回路不良、外來物體的進入以及人為操作錯誤等原因,都可能引起弧光短路故障,造成氣體間隙擊穿而引燃電弧。 艦船供電系統由于空間有限,設備較多,發生弧光故障的可能性大。

      1 弧光故障事故的危害性

      弧光產生時溫度可達到4500℃,內部溫度可達到10000~20000℃?;」猱a生時較大瞬時功率可達到40MW,弧光光強可超過正常照明光強2000多倍。因此中低壓開關柜內因故障而產生電弧時若不能及時采取合理措施,則會產生諸多危害。

      (1)對設備的危害:電弧發生時產生大量高溫高壓氣體,氣體瞬時沖擊波可造成開關柜體變形、破碎;沖擊波爆破震動可造成開關柜劇烈震動,使各連接處緊固件松脫;產生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化,甚至將開關柜外殼金屬融化、元器件嚴重損壞并引起火災。

      (2)對人的危害:高溫灼傷皮膚;熔化的金屬蒸發并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化;高強度弧光傷害眼睛,甚至造成角膜脫落;高溫燃燒產生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統;弧光電流作用于人體可使肌肉產生非自主劇烈收縮,也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經組織等。

      電弧產生的能量與I ²t成指數規律快速上升,其不僅與故障電流的大小有關,還與燃弧時間有關。根據故障點的不同,通常情況下故障短路電流會在幾千安至幾十安,故障若不能及時切除以熄滅電弧,則會產生巨大能量??傊?,開關柜發生內部電弧故障,不論是對開發設備還是對附近的工作人員,其危險性都很大。

      Picture 1

       

      圖1 電弧能量-時間曲線

      將弧光保護應用至艦船電力系統,對艦船電網中的中壓電氣開關設備進行快速保護,在短路故障電弧發生初始就切除故障,降低故障電弧所造成的危害,避免人員傷亡,減少設備維護費用,提高艦船電力系統的安全性及經濟效益。

       

      2 弧光保護技術的現狀和原理

      從20 世紀60 年代起,國際上的一些發達國家已經開始了對弧光短路故障保護的研究,到80 ~ 90 年代已經對這種故障特性有了深入的了解,并且提出各種弧光短路的防護措施。20世紀90年代,我國引進了弧光保護裝置。隨著微電子技術和光傳感器技術的不斷發展,弧光保護技術不斷成熟,國內對弧光保護的認識不斷提高,弧光保護的市場需求不斷擴大。國內很多單位都進行了弧光保護技術的研發,如安科瑞的ARB5系列弧光保護。

      弧光保護的動作判據為電弧故障時產生的兩個條件: 弧光和電流增量。當同時檢測到弧光和電流增量時發出跳閘指令,當僅檢測到弧光時亦可只發出報警信號。

       圖片 2

      圖2 弧光保護邏輯原理圖

       

      3 安科瑞ARB5系列弧光保護

      安科瑞ARB5系列弧光保護裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭及弧光光纖(雙股)組成。

      (1)ARB5-M主控單元

      1)啟動條件可選弧光+電流雙判據或弧光單判據。其中電流突變量啟動系數可整定范圍為0.05~10In,電流常量啟動系數可整定范圍為0.05~10In。

      2)11路可編程跳閘出口。

      3)4組3相電流采集及CT監測功能。

      4)支持20路弧光探頭信號采集。

      5)弧光故障點定位。

      6)弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢。

      7)4組失靈保護。

      8)支持IEC61850,便于組建數字化智能變電站。

      (2)ARB5-S弧光探頭

      1)自帶濾光功能。

      2)無源型弧光傳感器。

      3)探測角度≥180°。

       

      4 ARB5弧光保護在某船舶中壓配電板的應用

      某船務1600T海上風電安裝平臺,共有3組中壓配電板。其中A段母線有兩臺發電機進線和一個聯絡柜,B段母線有兩臺發電機進線和兩個聯絡柜,C段母線有兩臺發電機進線和一個聯絡柜。

      不難看出,與陸上配電系統不同,船舶電力推進系統有以下特點:能量來源眾多(多組發電機進線)、電纜聯結多采用環狀結構(母聯開關、跨接開關等橫向結構較多)、能量流向不定(根據需要通過母聯開關、跨接開關變更船舶電力系統的能量流向,以保證供電系統的連續性)。

      為保障船舶電站安全穩定可靠運行,該項目要求裝設弧光保護,監控母線弧光故障。

      依據弧光保護原理可知,需要監測每柜的母線室弧光信號,還需采集A段母線的兩臺發電機進線電流和一組聯絡電流、B段母線的兩臺發電機進線電流和兩組聯絡電流、C段母線的兩臺發電機進線電流和一組聯絡電流,又由于ARB5-M弧光主控單元支持采集4組3相電流、支持20路弧光信號監測,即每段母線的發電機進線電流、聯絡電流和弧光信號可由一臺ARB5-M采集,故該項目弧光保護配置方案為:每段母線配置一臺ARB5-M弧光主控單元,在每柜的母線室放置一個ARB5-S弧光探頭。

      弧光保護邏輯為:ARB5-M弧光主控單元接收到弧光光纖傳輸的弧光信號(由ARB5-S弧光探頭采集)后,再結合進線或聯絡電流增量,動作于跳閘該段母線的進線柜和聯絡柜開關。

       

      5結語

      本文簡析了船舶電力推進系統相較于陸上配電系統的特點,介紹了安科瑞ARB5系列弧光保護在船舶中壓配電板的應用,并對弧光保護邏輯進行了說明,對弧光保護系統在船舶電力系統上的應用提供了一定的參考作用。

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