安科瑞弧光保护在船舶中的应用

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