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弧光保護(hù)在船舶中壓配電板的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間: 2022-09-01  點(diǎn)擊次數(shù): 528次

安科瑞 繆凱倫

摘要:船舶中壓配電板弧光故障導(dǎo)致的設(shè)備損壞和停電事故,不僅會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,而且嚴(yán)重影響船舶電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行,威脅船舶電站操作人員的安全?;」獗Wo(hù)是基于電力系統(tǒng)開關(guān)柜發(fā)生弧光故障時(shí)而設(shè)計(jì)的一套母線保護(hù)系統(tǒng),能夠快速切除開關(guān)柜體內(nèi)的故障及縮小故障范圍。在船舶中壓配電板應(yīng)用弧光保護(hù),可解決母排故障短路問(wèn)題,對(duì)于提高船舶電站的安全性、穩(wěn)定性,降低經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。

關(guān)鍵詞:船舶;中壓配電板;弧光保護(hù);母排故障

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(wǎng)有向中壓發(fā)展的趨勢(shì)。中壓成套設(shè)備由于其本身的缺陷、異常的工作條件、諧振過(guò)電壓、絕緣故障、載流回路不良、外來(lái)物體的進(jìn)入以及人為操作錯(cuò)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(tǒng)由于空間有限,設(shè)備較多,發(fā)生弧光故障的可能性大。

1弧光故障事故的危害性

弧光產(chǎn)生時(shí)溫度可達(dá)到4500℃,內(nèi)部溫度可達(dá)到10000~20000℃。弧光產(chǎn)生時(shí)較大瞬時(shí)功率可達(dá)到40MW,弧光光強(qiáng)可超過(guò)正常照明光強(qiáng)2000多倍。因此中低壓開關(guān)柜內(nèi)因故障而產(chǎn)生電弧時(shí)若不能及時(shí)采取合理措施,則會(huì)產(chǎn)生諸多危害。

1)對(duì)設(shè)備的危害:電弧發(fā)生時(shí)產(chǎn)生大量高溫高壓氣體,氣體瞬時(shí)沖擊波可造成開關(guān)柜體變形、破碎;沖擊波爆破震動(dòng)可造成開關(guān)柜劇烈震動(dòng),使各連接處緊固件松脫;產(chǎn)生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化,甚至將開關(guān)柜外殼金屬融化、元器件嚴(yán)重?fù)p壞并引起火災(zāi)。

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

電弧產(chǎn)生的能量I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升,其不僅與故障電流的大小有關(guān),還與燃弧時(shí)間有關(guān)。根據(jù)故障點(diǎn)的不同,通常情況下故障短路電流會(huì)在幾千安至幾十安,故障若不能及時(shí)切除以熄滅電弧,則會(huì)產(chǎn)生巨大能量??傊?,開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障,不論是對(duì)開發(fā)設(shè)備還是對(duì)附近的工作人員,其危險(xiǎn)性都很大。

圖1 電弧能量-時(shí)間曲線

將弧光保護(hù)應(yīng)用至艦船電力系統(tǒng),對(duì)艦船電網(wǎng)中的中壓電氣開關(guān)設(shè)備進(jìn)行快速保護(hù),在短路故障電弧發(fā)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(shè)備維護(hù)費(fèi)用,提高艦船電力系統(tǒng)的安全性及經(jīng)濟(jì)效益。

2弧光保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀和原理

從20 世紀(jì)60 年代起,國(guó)際上的一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始了對(duì)弧光短路故障保護(hù)的研究,到80 ~ 90 年代已經(jīng)對(duì)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(hù)措施。20世紀(jì)90年代,我國(guó)引進(jìn)了弧光保護(hù)裝置。隨著微電子技術(shù)和光傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,弧光保護(hù)技術(shù)不斷成熟,國(guó)內(nèi)對(duì)弧光保護(hù)的認(rèn)識(shí)不斷提高,弧光保護(hù)的市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)很多單位都進(jìn)行了弧光保護(hù)技術(shù)的研發(fā),如安科瑞的ARB5系列弧光保護(hù)。

弧光保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為電弧故障時(shí)產(chǎn)生的兩個(gè)條件: 弧光和電流增量。當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到弧光和電流增量時(shí)發(fā)出跳閘指令,當(dāng)僅檢測(cè)到弧光時(shí)亦可只發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

圖2 弧光保護(hù)邏輯原理圖

3安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)

安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)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(dòng)條件可選弧光+電流雙判據(jù)或弧光單判據(jù)。其中電流突變量啟動(dòng)系數(shù)可整定范圍為0.05~10In,電流常量啟動(dòng)系數(shù)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(jiān)測(cè)功能。

4)支持20路弧光探頭信號(hào)采集。

5)弧光故障點(diǎn)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(hù)。

8)支持IEC61850,便于組建數(shù)字化智能變電站。

2)ARB5-S弧光探頭

1)自帶濾光功能。

2)無(wú)源型弧光傳感器。

3)探測(cè)角度≥180°。

圖3 ARB5-S弧光探頭探測(cè)角度

4 ARB5弧光保護(hù)在某船舶中壓配電板的應(yīng)用

某船務(wù)1600T海上風(fēng)電安裝平臺(tái),共有3組中壓配電板。其中A段母線有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)線和一個(gè)聯(lián)絡(luò)柜,B段母線有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)線和兩個(gè)聯(lián)絡(luò)柜,C段母線有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)線和一個(gè)聯(lián)絡(luò)柜。

不難看出,與陸上配電系統(tǒng)不同,船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)有以下特點(diǎn):能量來(lái)源眾多(多組發(fā)電機(jī)進(jìn)線)、電纜聯(lián)結(jié)多采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)(母聯(lián)開關(guān)、跨接開關(guān)等橫向結(jié)構(gòu)較多)、能量流向不定(根據(jù)需要通過(guò)母聯(lián)開關(guān)、跨接開關(guān)變更船舶電力系統(tǒng)的能量流向,以保證供電系統(tǒng)的連續(xù)性)。

為保障船舶電站安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行,該項(xiàng)目要求裝設(shè)弧光保護(hù),監(jiān)控母線弧光故障

圖4 某1600T海上風(fēng)電安裝平臺(tái)電力推進(jìn)系統(tǒng)中壓配電板系統(tǒng)圖

圖5 某1600T海上風(fēng)電安裝平臺(tái)電力推進(jìn)系統(tǒng)中壓配電板平面布局和外形圖

依據(jù)弧光保護(hù)原理可知,需要監(jiān)測(cè)每柜的母線室弧光信號(hào),還需采集A段母線的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)線電流和一組聯(lián)絡(luò)電流、B段母線的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)線電流和兩組聯(lián)絡(luò)電流、C段母線的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)線電流和一組聯(lián)絡(luò)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(hào)監(jiān)測(cè),即每段母線的發(fā)電機(jī)進(jìn)線電流、聯(lián)絡(luò)電流和弧光信號(hào)可由一臺(tái)ARB5-M采集,故該項(xiàng)目弧光保護(hù)配置方案為:每段母線配置一臺(tái)ARB5-M弧光主控單元,在每柜的母線室放置一個(gè)ARB5-S弧光探頭。

弧光保護(hù)邏輯為:ARB5-M弧光主控單元接收到弧光光纖傳輸?shù)幕」庑盘?hào)(由ARB5-S弧光探頭采集)后,再結(jié)合進(jìn)線或聯(lián)絡(luò)電流增量,動(dòng)作于跳閘該段母線的進(jìn)線柜和聯(lián)絡(luò)柜開關(guān)。

5結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)析了船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)相較于陸上配電系統(tǒng)的特點(diǎn),介紹了安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)在船舶中壓配電板的應(yīng)用,并對(duì)弧光保護(hù)邏輯進(jìn)行了說(shuō)明,對(duì)弧光保護(hù)系統(tǒng)在船舶電力系統(tǒng)上的應(yīng)用提供了一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)

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[4].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版

[5].AFBR-S10PS01XZ-DS100–April3,2017



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