引言(yán)

隨著船(chuán)舶工業的發(fā)展，船舶電(diàn)網中中低(dī)壓成(chéng)套(tào)設備(bèi)越來越多。中低(dī)壓成套設(shè)備由於(yú)其本身(shēn)的(dí)缺(quē)陷(xiàn)
，異(yì)常(cháng)的(dí)工(gōng)作條件
，諧振過電壓
，絕(jué)緣故(gù)障
，載流回路不良(liáng)
，外(wài)來物體的(dí)進(jìn)入(rù)以及人為(wéi)操(cāo)作錯(cuò)誤等(děng)原(yuán)因，都可能引(yǐn)起(qǐ)弧(hú)光短(duǎn)路故障(zhàng)，造(zào)成氣體(tǐ)間隙(xì)擊穿(chuān)而引燃電弧，船(chuán)舶(bó)供電係(xì)統由(yóu)於空間(jiān)有(yǒu)限，設(shè)備較多(duō)，發(fā)生故障(zhàng)的概(gài)率可(kě)能(néng)增(zēng)加(jiā)。弧(hú)光短路(lù)釋放(fàng)巨大(dà)的，產生各種(zhǒng)電弧(hú)效應，使設備中的壓(yā)力和(hé)溫(wēn)度(dù)迅速增(zēng)加，電弧光溫度約7000-8000℃，超(chāo)過太(tài)陽(yáng)表(biǎo)麵(miàn)的(dí)溫度(dù)，伴隨著巨(jù)大(dà)的光能和(hé)釋放(fàng)，如不能及時(shí)切除(chú)，電(diàn)弧(hú)可(kě)將(jiāng)成套(tào)設備內(nèi)的器(qì)件點燃，引(yǐn)起火(huǒ)災(zāi)，大(dà)麵積燒毀配電設備，造(zào)成嚴(yán)重的損失和重大(dà)人身(shēn)傷(shāng)亡(wáng)事(shì)故。

將電弧(hú)光(guāng)保護(hù)應(yīng)用至(zhì)船(chuán)舶電力係統，對(duì)船用(yòng)電(diàn)網中的(dí)開(kāi)關櫃(guì)進(jìn)行快速(sù)保(bǎo)護(hù)，即(jí)在(zài)弧光短路(lù)故障發生(shēng)後(hòu)立即(jí)采取保護(hù)動(dòng)作(zuò)，在電(diàn)弧燃(rán)燒之(zhī)前切(qiē)除故(gù)障，可(kě)提(tí)高故(gù)處理(lǐ)速度，解(jiě)決弧(hú)光短(duǎn)路(lù)故(gù)障所(suǒ)造成(chéng)的危害(hài)，減少(shǎo)設(shè)備維護及(jí)人(rén)員傷亡(wáng)，提高(gāo)電力係統(tǒng)的(dí)安全及經(jīng)濟效益。如(rú)何在設備產生(shēng)電弧(hú)故障時(shí)，快速(sù)切(qiē)除故障，將事故(gù)的(dí)危(wēi)害降(jiàng)到是(shì)一個值得研(yán)究(jiū)的內容(róng)。

1
，國內外(wài)現(xiàn)狀(zhuàng)

上(shàng)世紀60年(nián)代，國際(jì)上一些國(guó)家(jiā)的(dí)一些電力係統和(hé)廠(chǎng)礦(kuàng)企業應(yīng)用方麵已(yǐ)有近20年的歷史。上(shàng)世紀90年代(dài)ABB公(gōng)司(sī)開(kāi)始(shǐ)研發(fā)用(yòng)於配電(diàn)櫃(guì)的(dí)REAl01-107係列弧(hú)光保護(hù)產品。

中(zhōng)國(guó)的(dí)套(tào)弧(hú)光保護(hù)裝置是(shì)隨著成(chéng)套設(shè)備引進而來(lái)，於1995年投(tóu)運(yùn)。2009年國(guó)華(huá)天津(jīn)盤山(shān)電廠進口機組也配有電(diàn)弧光保護裝(zhuāng)置(zhì)。隨著微電子(zǐ)技(jì)術(shù)和(hé)光傳感器(qì)技(jì)術的(dí)不(bù)斷發(fā)展(zhǎn)，電弧光(guāng)保護技(jì)術(shù)的不(bù)斷(duàn)成熟，國(guó)內對電(diàn)弧(hú)光(guāng)保護(hù)的(dí)認(rèn)識不斷提高(gāo)，電弧光(guāng)保護(hù)的市場需求不(bù)斷(duàn)擴大。國內(nèi)很多(duō)單位都進(jìn)行(háng)了電弧光保(bǎo)護技術(shù)的(dí)研(yán)發。安(ān)科瑞(ruì)的(dí)ARB5係列(liè)電弧(hú)光保護(hù)係統(tǒng)等產品均已(yǐ)在(zài)電力(lì)行業得(dé)到(dào)運用。

但(dàn)以(yǐ)上電弧光(guāng)保(bǎo)護係統均為針對(duì)陸上電力(lì)係統(tǒng)的弧(hú)光保護而設計(jì)，在(zài)船舶(bó)電力係統的(dí)應(yīng)用(yòng)上(shàng)均有不足之處(chǔ)。

2
，船舶電力(lì)係(xì)統(tǒng)與陸上電力係統的區(qū)別(bié)

船舶電力係(xì)統的電能從主配電(diàn)板通(tōng)過(guò)電纜的傳輸(shū)，經過(guò)中(zhōng)間的分(fēn)配(pèi)電(diàn)裝置（區配(pèi)電板
，分配電箱等(děng)），送(sòng)往各(gè)電氣用(yòng)戶，形成的電(diàn)力網(wǎng)絡(luò)即(jí)為船舶電(diàn)力網(wǎng)。對船舶電力網(wǎng)的(dí)基(jī)本要(yào)求是生命(mìng)力(lì)強，即(jí)要(yào)求電網在發生故障(zhàng)或(huò)局(jú)部(bù)破損(sǔn)等情(qíng)況下(xià)，仍(réng)能(néng)保證對負(fù)載(zǎi)的連續供電(diàn)，並(bìng)限製(zhì)故障的(dí)發展和將故障的影響限(xiàn)於範圍之內(nèi)。其(qí)與陸(lù)上電力係統的(dí)區(qū)別主(zhǔ)要(yào)有以下三點：

1）來源(yuán)：陸上電力係(xì)統(tǒng)的(dí)來源(yuán)一般隻有一(yī)個(gè)，即(jí)上電(diàn)網；而(ér)船舶(bó)電(diàn)力(lì)係統(tǒng)的(dí)來(lái)源有(yǒu)多(duō)個(gè)，各(gè)個發電機
，岸電等均(jūn)可(kě)作為船舶(bó)電(diàn)力係統(tǒng)的來(lái)源。

2）電纜(lǎn)聯結(jié)的拓(tuò)撲(pū)結構：陸(lù)上(shàng)電力係(xì)統(tǒng)的電纜聯結的(dí)拓撲(pū)結構(gòu)一(yī)般為樹(shù)狀結(jié)構，縱(zòng)向(xiàng)層(céng)次較多，橫向(xiàng)結(jié)構則(zé)較(jiào)簡單；而(ér)船舶電力係(xì)統從(cóng)可靠(kào)性出發(fā)，一(yī)般采(cǎi)用(yòng)環狀結(jié)構，縱(zòng)向層次較少，而(ér)橫向結構則(zé)較(jiào)多，有母聯(lián)開(kāi)關
，跨接開關等設(shè)備(bèi)。

3）流向：陸上電力係(xì)統(tǒng)的流向(xiàng)一般是固定的；而船(chuán)舶(bó)電(diàn)力係(xì)統的(dí)流向(xiàng)不定，可根據需(xū)要通過母(mǔ)聯開關
，跨接(jiē)開關(guān)變(biàn)更(gēng)船(chuán)舶電(diàn)力(lì)係統(tǒng)的(dí)流(liú)向(xiàng)，以(yǐ)保(bǎo)證供(gōng)電係統的連續(xù)性。

3
，電(diàn)弧光保護的(dí)原理(lǐ)

電(diàn)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護的動作(zuò)判據為電弧故障(zhàng)時產(chǎn)生的兩個條件：弧(hú)光和電流增(zēng)量(liáng)。當同時檢測到弧(hú)光和(hé)電流(liú)增(zēng)量(liáng)時係統發(fā)出跳(tiào)閘(zhá)指令，當僅(jǐn)檢(jiǎn)測到弧光或者電流(liú)增量時(shí)發(fā)出(chū)報警(jǐng)信(xìn)號，而不(bù)會發(fā)出跳閘指令(líng)。

4
，弧(hú)光保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)簡介(jiè)

針(zhēn)對(duì)船舶電力(lì)係統(tǒng)的(dí)特點，提出了弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護裝(zhuāng)置，裝(zhuāng)置(zhì)由(yóu)主控單(dān)元
，弧(hú)光單(dān)元(yuán)
，電流(liú)單(dān)元和弧(hú)光傳感(gǎn)器等(děng)組成，采用光(guāng)纖星型連(lián)接方式，主(zhǔ)控單元(yuán)和電流單(dān)元(yuán)
，主(zhǔ)控單(dān)元和(hé)弧(hú)光單元(yuán)之間(jiān)采(cǎi)用單模通(tōng)信光(guāng)纜(lǎn)連接(jiē)，主控(kòng)單元和弧光傳(chuán)感(gǎn)器(qì)
，弧光(guāng)單(dān)元和弧光傳感器(qì)之(zhī)間采用光(guāng)纜(lǎn)連接(jiē)。

船用(yòng)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護裝置采用模塊化設計，由於配(pèi)置模(mó)塊(kuài)化，裝置適(shì)合(hé)於各(gè)種不同場合的電弧(hú)光保(bǎo)護應用，可組成從(cóng)隻(zhī)有(yǒu)一(yī)個主控單元的簡(jiǎn)單(dān)係統(tǒng)，到包(bāo)含多個單(dān)元能用(yòng)於選擇(zé)性(xìng)電(diàn)弧光保護(hù)的復雜(zá)係統。裝(zhuāng)置采用弧光(guāng)檢(jiǎn)測和過電流(liú)檢(jiǎn)測(cè)雙(shuāng)判(pàn)據原理(lǐ)，保護動(dòng)作速度快
，可(kě)靠性(xìng)高(gāo)，裝(zhuāng)置綜合弧光(guāng)保護和高速(sù)通信(xìn)網(wǎng)絡技(jì)術，吸(xī)收(shōu)弧(hú)光保護
，電流保護(hù)的特點，是一(yī)種(zhǒng)基(jī)於(yú)選擇(zé)性的快(kuài)速保(bǎo)護裝(zhuāng)置(zhì)係統。

1）主(zhǔ)控單(dān)元(yuán)

主控單元是(shì)係統(tǒng)的(dí)主控部分，負責輸入(rù)量的(dí)采集
，測(cè)量
，計算(suàn)及邏(luó)輯(jí)判(pàn)斷，實現係統(tǒng)的(dí)各(gè)項保護(hù)邏輯
，與上(shàng)位機通訊(xùn)
，自(zì)檢及其(qí)他(tā)輔助功(gōng)能(néng)，主(zhǔ)控(kòng)單(dān)元可檢測6路弧光信(xìn)息(xī)，具有(yǒu)2路(lù)跳閘接點輸出(chū)，具(jù)備基(jī)本保(bǎo)護功能，可(kě)實(shí)現簡單區域(yù)的保(bǎo)護(hù)。

2）電(diàn)流單(dān)元(yuán)

電流單(dān)元用(yòng)於電流采集，可以就(jiù)近(jìn)安(ān)裝(zhuāng)在開關(guān)櫃(guì)電流(liú)互感器旁(páng)，就(jiù)地采(cǎi)集3路(lù)來自電流(liú)互感(gǎn)器(qì)的電流信(xìn)息(xī)，省去(qù)大量電纜，避免電流(liú)回(huí)路來(lái)回轉接，電(diàn)流單(dān)元(yuán)具備2路(lù)跳閘接(jiē)點輸出(chū)，可實(shí)現本地跳閘(zhá)，電(diàn)流(liú)單(dān)元通過(guò)光纖(xiān)與(yǔ)主控單(dān)元連接。

3）弧光(guāng)單元

弧光(guāng)單(dān)元(yuán)用於(yú)弧光(guāng)傳(chuán)感器擴(kuò)展(zhǎn)，具(jù)備24個(gè)弧(hú)光(guāng)檢測點，2個級聯(lián)接口(kǒu)，弧(hú)光(guāng)單(dān)元可通過光纖級(jí)聯(lián)擴(kuò)展(zhǎn)。

4）弧(hú)光(guāng)傳感器

弧(hú)光(guāng)傳感器為光感(gǎn)應元(yuán)件(jiàn)，可采集母(mǔ)綫室
，斷路(lù)器(qì)室(shì)和電(diàn)纜室(shì)的弧光信息，在發(fā)生(shēng)弧(hú)光故障(zhàng)時檢(jiǎn)測突然(rán)增加的光(guāng)強(qiáng)，並(bìng)通過(guò)光(guāng)纖將(jiāng)光信(xìn)號(hào)傳送給主(zhǔ)控單元(yuán)或弧(hú)光(guāng)單(dān)元(yuán)。

5
，船舶電力(lì)係統(tǒng)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護(hù)係統(tǒng)配(pèi)置策(cè)略(lüè)

從(cóng)總體上(shàng)來說，船舶電(diàn)力係統弧光(guāng)保護係(xì)統一(yī)般有兩種配置方法：集(jí)中式配(pèi)置和(hé)分(fēn)布(bù)式(shì)配置。集(jí)中式(shì)配置(zhì)方(fāng)法是指係統設置(zhì)一(yī)台主(zhǔ)機(jī)，其(qí)他配套單(dān)元都(dū)是從(cóng)屬(shǔ)該主機(jī)，整(zhěng)個係統的(dí)所有保(bǎo)護(hù)動(dòng)作都是(shì)由主(zhǔ)機(jī)集中控製。集(jí)中式的(dí)優(yōu)點是：

主機掌(zhǎng)握整個(gè)被保(bǎo)護係(xì)統(tǒng)的構成及邏(luó)輯關(guān)係，能(néng)夠根據故障發(fā)生的部位從(cóng)整個(gè)係(xì)統角度有選(xuǎn)擇(zé)的(dí)切(qiē)除故障(zhàng)，適(shì)用於(yú)復(fù)雜的(dí)多層樹狀(zhuàng)結構(gòu)係統；隻(zhī)有主機具(jù)有邏(luó)輯判(pàn)斷(duàn)
，操作顯示
，通(tōng)訊等(děng)功能，其(qí)他配(pèi)套單(dān)元隻作(zuò)擴(kuò)展(zhǎn)出口用(yòng)，硬件(jiàn)使(shǐ)用(yòng)率(shuài)較高。集中(zhōng)式(shì)的缺(quē)點是：主(zhǔ)機(jī)功能*，但(dàn)當係(xì)統(tǒng)輸入(rù)輸出接(jiē)口(kǒu)較(jiào)多(duō)時，主(zhǔ)機(jī)的(dí)體(tǐ)積(jī)較大(dà)；當主機故障(zhàng)

時，整(zhěng)個保護係(xì)統失去功(gōng)能，係統安(ān)全冗餘(yú)度小。分布式(shì)配(pèi)置方(fāng)法是指係統在(zài)不同(tóng)的(dí)保護部位設置(zhì)多(duō)台(tái)主機(jī)，每(měi)台主機隻(zhī)分(fēn)管(guǎn)自己負(fù)責的(dí)部分，各主機在功能(néng)上(shàng)是平(píng)等關係(xì)。分布(bù)式的優(yōu)點(diǎn)是(shì)：係(xì)統(tǒng)安全(quán)冗(rǒng)餘度(dù)高(gāo)，單台主機(jī)故(gù)障(zhàng)不會導致整個保護(hù)係統失效；每(měi)台主(zhǔ)機(jī)隻(zhī)負責局(jú)部(bù)的保(bǎo)護(hù)功能，功(gōng)能有限(xiàn)，尺寸(cùn)較小。分(fēn)布式(shì)的缺點(diǎn)是(shì)：每(měi)個(gè)主機都具有(yǒu)邏(luó)輯判斷(duàn)
，操(cāo)作顯(xiǎn)示(shì)
，通訊(xùn)等功(gōng)能，硬件(jiàn)資源有(yǒu)些(xiē)浪費；每(měi)台主(zhǔ)機(jī)隻(zhī)有(yǒu)局部的保護(hù)功能，當(dāng)係(xì)統(tǒng)較復雜時，不能(néng)從(cóng)整(zhěng)個係統角(jiǎo)度實(shí)現的選擇性保護。就(jiù)船(chuán)舶(bó)電力係(xì)統而言，係統(tǒng)的縱(zòng)向(xiàng)層(céng)次較淺(qiǎn)，即(jí)發(fā)電機
，母(mǔ)綫(xiàn)
，負(fù)載(zǎi)等，而橫向(xiàng)結構較(jiào)多，與陸用電力(lì)係統不同(tóng)，船舶電(diàn)力(lì)係統流(liú)動(dòng)方向(xiàng)不(bù)確(què)定(dìng)，入口(kǒu)也較(jiào)多，如果(guǒ)采(cǎi)用(yòng)集(jí)中式配置方法主機(jī)的輸入輸(shū)出接(jiē)口將(jiāng)較(jiào)多(duō)，造成(chéng)體積(jī)較(jiào)大；同(tóng)時船(chuán)舶電(diàn)力(lì)係統各配(pèi)電板(bǎn)
，舷側(cè)跨接控(kòng)製板(bǎn)位於(yú)船的(dí)不(bù)同(tóng)部(bù)位，采用集中式配(pèi)置將導致到主機接綫(xiàn)困難(nán)；主(zhǔ)要(yào)保護功能由(yóu)單台主機實現(xiàn)，主機(jī)故(gù)障將導(dǎo)致整個係統保(bǎo)護功能喪失(shī)。因此船舶(bó)電力係統(tǒng)采用分布式(shì)配置方法較為(wéi)合(hé)適(shì)。

6
，安科(kē)瑞(ruì)ARB5-M弧(hú)光保(bǎo)護產品(pǐn)選(xuǎn)型(xíng)說(shuō)明

ARB5-弧(hú)光(guāng)主控單元(yuán)

（1）＊表示(shì)可選(xuǎn)附件(jiàn)，需(xū)要另外增加(jiā)費用1500元(yuán)。

（2）主控(kòng)板和(hé)采(cǎi)集(jí)板數(shù)量之(zhī)和(hé)不能大於4。

（3）弧(hú)光探頭到(dào)采集板(bǎn)的(dí)長(cháng)度不(bù)能(néng)超(chāo)過20米。

（4）如(rú)有特(tè)殊要(yào)求，請特(tè)別(bié)注明。

7
，安科(kē)瑞ARB5-M弧光保(bǎo)護(hù)產(chǎn)品功能(néng)和技術(shù)參數(shù)

 8
，安科瑞ARB5-M弧(hú)光保護(hù)產品現(xiàn)場安裝(zhuāng)

弧(hú)光保護主控(kòng)單元
，探頭(tóu)安(ān)裝圖如下(xià)。

9
，結束語

以上(shàng)總結(jié)了弧光(guāng)保護裝置的(dí)設(shè)計和其配置(zhì)策略在各種常(cháng)用(yòng)環(huán)境中的使用(yòng)方法(fǎ)，在一定程(chéng)度上提(tí)供(gōng)了故(gù)障(zhàng)的(dí)快(kuài)速解決(jué)及可靠(kào)性保護(hù)的一(yī)套優化(huà)方案。隨著電力技(jì)術不斷深(shēn)入研究(jiū)，弧(hú)光(guāng)技術作為代的(dí)保護技(jì)術會越(yuè)來越受(shòu)到廣(guǎng)泛關注和應(yīng)用，從(cóng)而進(jìn)一(yī)步(bù)的提高(gāo)船舶電力係統的穩(wěn)定和設備的安全。

參(cān)考(kǎo)文獻：

[1]劉彤.船舶(bó)電(diàn)力係統中(zhōng)電(diàn)弧(hú)光保護的(dí)應用．

[2]安科(kē)瑞(ruì)企業微(wēi)電(diàn)網(wǎng)設計(jì)與(yǔ)應用(yòng)手冊(cè)2022.5（版）.

作者(zhě)簡(jiǎn)介：

魏健輝，女，本科，安科(kē)瑞電(diàn)氣(qì)股份有(yǒu)限公(gōng)司，主要研(yán)究中低(dī)壓(yā)綜合保(bǎo)護及絕(jué)緣(yuán)監測係(xì)統(tǒng)。