0引言

隨著船舶工業(yè)的發(fā)展,，船舶電網(wǎng)中中低壓成套設(shè)備越來越多。中低壓成套設(shè)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，船舶供電系統(tǒng)由于空間有限,，設(shè)備較多,，發(fā)生故障的概率可能增加,。弧光短路釋放巨大的，產(chǎn)生各種電弧效應(yīng),，使設(shè)備中的壓力和溫度迅速增加，電弧光溫度約7000-8000℃,，超過太陽表面的溫度,，伴隨著巨大的光能和釋放，如不能及時切除,，電弧可將成套設(shè)備內(nèi)的器件點燃,，引起火災(zāi)，大面積燒毀配電設(shè)備，造成嚴重的損失和重大人身傷亡事故,。

將電弧光保護應(yīng)用至船舶電力系統(tǒng),，對船用電網(wǎng)中的開關(guān)柜進行快速保護，即在弧光短路故障發(fā)生后立即采取保護動作,，在電弧燃燒之前切除故障,，可提高故處理速度，解決弧光短路故障所造成的危害,，減少設(shè)備維護及人員傷亡,，提高電力系統(tǒng)的安全及經(jīng)濟效益。如何在設(shè)備產(chǎn)生電弧故障時,，快速切除故障,，將事故的危害降到是一個值得研究的內(nèi)容。

1國內(nèi)外現(xiàn)狀

上世紀60年代,，國際上一些國家的一些電力系統(tǒng)和廠礦企業(yè)應(yīng)用方面已有近20年的歷史,。上世紀90年代ABB公司開始研發(fā)用于配電柜的REAl01-107系列弧光保護產(chǎn)品。

中國的套弧光保護裝置是隨著成套設(shè)備引進而來,，于1995年投運,。2009年國華天津盤山電廠進口機組也配有電弧光保護裝置。隨著微電子技術(shù)和光傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,，電弧光保護技術(shù)的不斷成熟,，國內(nèi)對電弧光保護的認識不斷提高，電弧光保護的市場需求不斷擴大,。國內(nèi)很多單位都進行了電弧光保護技術(shù)的研發(fā),。安科瑞的ARB5系列電弧光保護系統(tǒng)等產(chǎn)品均已在電力行業(yè)得到運用。

但以上電弧光保護系統(tǒng)均為針對陸上電力系統(tǒng)的弧光保護而設(shè)計,，在船舶電力系統(tǒng)的應(yīng)用上均有不足之處,。

2船舶電力系統(tǒng)與陸上電力系統(tǒng)的區(qū)別

船舶電力系統(tǒng)的電能從主配電板通過電纜的傳輸，經(jīng)過中間的分配電裝置（區(qū)配電板,、分配電箱等）,，送往各電氣用戶，形成的電力網(wǎng)絡(luò)即為船舶電力網(wǎng),。對船舶電力網(wǎng)的基本要求是生命力強,，即要求電網(wǎng)在發(fā)生故障或局部破損等情況下，仍能保證對負載的連續(xù)供電,，并限制故障的發(fā)展和將故障的影響限于范圍之內(nèi),。其與陸上電力系統(tǒng)的區(qū)別主要有以下三點：

1）來源：陸上電力系統(tǒng)的來源一般只有一個，即上電網(wǎng),；而船舶電力系統(tǒng)的來源有多個,，各個發(fā)電機,、岸電等均可作為船舶電力系統(tǒng)的來源。

2）電纜聯(lián)結(jié)的拓撲結(jié)構(gòu)：陸上電力系統(tǒng)的電纜聯(lián)結(jié)的拓撲結(jié)構(gòu)一般為樹狀結(jié)構(gòu),，縱向?qū)哟屋^多,，橫向結(jié)構(gòu)則較簡單；而船舶電力系統(tǒng)從可靠性出發(fā),，一般采用環(huán)狀結(jié)構(gòu),，縱向?qū)哟屋^少，而橫向結(jié)構(gòu)則較多,，有母聯(lián)開關(guān),、跨接開關(guān)等設(shè)備。

3）流向：陸上電力系統(tǒng)的流向一般是固定的,；而船舶電力系統(tǒng)的流向不定,，可根據(jù)需要通過母聯(lián)開關(guān)、跨接開關(guān)變更船舶電力系統(tǒng)的流向,，以保證供電系統(tǒng)的連續(xù)性,。

3電弧光保護的原理

電弧光保護的動作判據(jù)為電弧故障時產(chǎn)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系統(tǒng)發(fā)出跳閘指令,，當僅檢測到弧光或者電流增量時發(fā)出報警信號,，而不會發(fā)出跳閘指令。

4弧光保護裝置簡介

針對船舶電力系統(tǒng)的特點,，提出了弧光保護裝置,，裝置由主控單元、弧光單元,、電流單元和弧光傳感器等組成,，采用光纖星型連接方式，主控單元和電流單元,、主控單元和弧光單元之間采用單模通信光纜連接，主控單元和弧光傳感器,、弧光單元和弧光傳感器之間采用光纜連接,。

船用弧光保護裝置采用模塊化設(shè)計，由于配置模塊化,，裝置適合于各種不同場合的電弧光保護應(yīng)用,，可組成從只有一個主控單元的簡單系統(tǒng)，到包含多個單元能用于選擇性電弧光保護的復(fù)雜系統(tǒng),。裝置采用弧光檢測和過電流檢測雙判據(jù)原理,，保護動作速度快、可靠性高,，裝置綜合弧光保護和高速通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，吸收弧光保護,、電流保護的特點，是一種基于選擇性的快速保護裝置系統(tǒng),。

1）主控單元

主控單元是系統(tǒng)的主控部分,，負責輸入量的采集、測量,、計算及邏輯判斷,，實現(xiàn)系統(tǒng)的各項保護邏輯、與上位機通訊,、自檢及其他輔助功能,，主控單元可檢測6路弧光信息，具有2路跳閘接點輸出,，具備基本保護功能,，可實現(xiàn)簡單區(qū)域的保護。

2）電流單元

電流單元用于電流采集,，可以就近安裝在開關(guān)柜電流互感器旁,，就地采集3路來自電流互感器的電流信息，省去大量電纜,，避免電流回路來回轉(zhuǎn)接,，電流單元具備2路跳閘接點輸出，可實現(xiàn)本地跳閘,，電流單元通過光纖與主控單元連接,。

3）弧光單元

弧光單元用于弧光傳感器擴展，具備24個弧光檢測點,，2個級聯(lián)接口,，弧光單元可通過光纖級聯(lián)擴展。

4）弧光傳感器

弧光傳感器為光感應(yīng)元件,，可采集母線室,、斷路器室和電纜室的弧光信息，在發(fā)生弧光故障時檢測突然增加的光強,，并通過光纖將光信號傳送給主控單元或弧光單元,。

5船舶電力系統(tǒng)弧光保護系統(tǒng)配置策略

從總體上來說，船舶電力系統(tǒng)弧光保護系統(tǒng)一般有兩種配置方法：集中式配置和分布式配置,。集中式配置方法是指系統(tǒng)設(shè)置一臺主機,，其他配套單元都是從屬該主機，整個系統(tǒng)的所有保護動作都是由主機集中控制,。集中式的優(yōu)點是：

主機掌握整個被保護系統(tǒng)的構(gòu)成及邏輯關(guān)系,，能夠根據(jù)故障發(fā)生的部位從整個系統(tǒng)角度有選擇的切除故障，適用于復(fù)雜的多層樹狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng),；只有主機具有邏輯判斷,、操作顯示,、通訊等功能，其他配套單元只作擴展出口用,，硬件使用率較高,。集中式的缺點是：主機功能強大，但當系統(tǒng)輸入輸出接口較多時,，主機的體積較大,；當主機故障

時，整個保護系統(tǒng)失去功能,，系統(tǒng)安全冗余度小,。分布式配置方法是指系統(tǒng)在不同的保護部位設(shè)置多臺主機，每臺主機只分管自己負責的部分,，各主機在功能上是平等關(guān)系,。分布式的優(yōu)點是：系統(tǒng)安全冗余度高，單臺主機故障不會導(dǎo)致整個保護系統(tǒng)失效,；每臺主機只負責局部的保護功能,，功能有限，尺寸較小,。分布式的缺點是：每個主機都具有邏輯判斷,、操作顯示、通訊等功能,，硬件資源有些浪費,；每臺主機只有局部的保護功能，當系統(tǒng)較復(fù)雜時,，不能從整個系統(tǒng)角度實現(xiàn)的選擇性保護,。就船舶電力系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的縱向?qū)哟屋^淺,，即發(fā)電機,、母線、負載等,，而橫向結(jié)構(gòu)較多,，與陸用電力系統(tǒng)不同，船舶電力系統(tǒng)流動方向不確定,，入口也較多,，如果采用集中式配置方法主機的輸入輸出接口將較多,，造成體積較大,；同時船舶電力系統(tǒng)各配電板、舷側(cè)跨接控制板位于船的不同部位,，采用集中式配置將導(dǎo)致到主機接線困難,；主要保護功能由單臺主機實現(xiàn),，主機故障將導(dǎo)致整個系統(tǒng)保護功能喪失。因此船舶電力系統(tǒng)采用分布式配置方法較為合適,。

6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)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(shù)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?zhí)貏e注明,。

7安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

8安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護主控單元,、探頭安裝圖如下,。

9結(jié)束語

以上總結(jié)了弧光保護裝置的設(shè)計和其配置策略在各種常用環(huán)境中的使用方法,，在一定程度上提供了故障的快速解決及可靠性保護的一套優(yōu)化方案。隨著電力技術(shù)不斷深入研究,，弧光技術(shù)作為代的保護技術(shù)會越來越受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用,，從而進一步的提高船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和設(shè)備的安全。

安科瑞侯文莉