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弧光保護(hù)裝置在船舶中壓配電板設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文章更新時(shí)間:2023-06-01 點(diǎn)擊量:244

摘要:船舶中壓配電板弧光故障導(dǎo)致的電站設(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)重影響船舶電站的穩(wěn)定運(yùn)行,威脅船舶電站操作人員的,通過研究應(yīng)用中壓配電板弧光保護(hù)裝置,采取有效的保護(hù)措施,解決母排故障短路問題,對(duì)于提高船舶電站的性、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)

一裝設(shè)電弧光保護(hù)的必要性

1適用范圍

弧光保護(hù)裝置適用于船舶中壓配電系統(tǒng),可供各型船舶中、低壓配電板的弧光保護(hù)使用。

2設(shè)計(jì)原則

(1)組成盡量簡(jiǎn)單、可靠,力求操作維修方便。充分利用國(guó)內(nèi)外成熟的技術(shù),對(duì)弧光保護(hù)裝置性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)及維護(hù)進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)。

(2)在設(shè)計(jì)中突出功能性能和生存能力,同時(shí)考慮可用性、機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性、電磁兼容性和性,充分利用現(xiàn)有成熟技術(shù)和研究成果。

(3)弧光保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)滿足船舶總體設(shè)計(jì)要求,其接口與船舶總體要求匹配。

二組成及主要功能

1組成

弧光保護(hù)裝置由2mm鋼板折彎焊接而成,全封閉設(shè)計(jì),通過面板屏蔽玻璃窗時(shí)刻關(guān)注內(nèi)部信息。設(shè)有主單元、傳感器I/O單元、電流I/O單元、CXCH-01系列的電連接器、走線槽等(弧光傳感器安裝在中壓配電板中電纜室、斷路器室、母線室的合適位置)。

2主要功能

弧光保護(hù)裝置主要接收中壓配電板中電纜室、斷路器室、母線室的弧光故障信號(hào)、過電流故障信號(hào)。故障信號(hào)經(jīng)過傳感器I/O單元、電流I/O單元、主單元邏輯處理后,向故障屏的斷路器或接觸器發(fā)出分閘指令。

(1)主單元

主單元是弧光保護(hù)裝置的核心部件與管理單元,接收I/O單元傳送過來的弧光故障信號(hào)和過電流信號(hào),根據(jù)弧光傳感器輸送信號(hào),24h不間斷檢測(cè)各擴(kuò)展單元的運(yùn)行狀況,準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)位置,經(jīng)過邏輯判斷后,發(fā)出跳閘指令。

(2)傳感器I/O單元

傳感器I/O單元作為主單元的擴(kuò)展部分,一個(gè)傳感器I/O單元能夠接入10組弧光傳感器。其中,3個(gè)通道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)故障屏切除;其余7個(gè)通道通過標(biāo)準(zhǔn)電纜將故障信號(hào)傳送至主單元,再由主單元根據(jù)檢測(cè)過電流故障信號(hào)結(jié)果,經(jīng)過邏輯判斷確定是否向其它控制屏發(fā)出跳閘信號(hào)。

(3)電流I/O單元

電流I/O單元是弧光保護(hù)裝置的電流采集擴(kuò)展單元,檢測(cè)過電流故障信號(hào),并將檢測(cè)到的過電流故障信號(hào)傳輸?shù)街鲉卧芍鲉卧罁?jù)設(shè)定的邏輯,判斷是否發(fā)出跳閘指令。

(4)弧光傳感器

弧光傳感器采用特殊光敏電阻材料。弧光傳感器安裝在中壓配電板的母線室、斷路器室、電纜室內(nèi)。當(dāng)被監(jiān)控的一次設(shè)備發(fā)生弧光故障時(shí),弧光傳感器將弧光故障信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào),傳輸給傳感器I/O單元。

三總體方案設(shè)計(jì)

弧光保護(hù)裝置的整體外形尺寸為470×440×350mm(不包括電連接器),內(nèi)部由一個(gè)主單元、兩個(gè)傳感器I/O單元、兩個(gè)電流I/O單元、9個(gè)電連接器、走線槽等組成;外部由20個(gè)弧光傳感器組成,外形如圖1。

圖1.png

內(nèi)部安裝板左側(cè)布置一個(gè)傳感器I/O單元、一個(gè)電流I/O單元;右側(cè)布置一個(gè)傳感器I/O單元、一個(gè)電流I/O單元;各單元之間布置走線槽;安裝板前側(cè)布置帶活動(dòng)門的主單元(主單元嵌裝在活動(dòng)門中);通過面板屏蔽觀察窗監(jiān)視弧光保護(hù)裝置的工作狀態(tài),調(diào)試或檢修時(shí),先打開面板,再打開活動(dòng)門。弧光保護(hù)裝置的各單元采用導(dǎo)軌式或者嵌入式方法安裝于裝置內(nèi)。

1主單元

主單元整體硬件結(jié)構(gòu)采用目前主流微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)形式,滿足通用化和模塊化要求。

硬件主要包括保護(hù)模塊、監(jiān)控模塊、輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊和電源模塊5大部分。各模塊之間通過光電隔離或串行通信線連接,互相之間盡可能減少直接的電氣聯(lián)系,提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。流程圖如圖2。

圖2.png

2電流I/O單元

電流I/O單元硬件部分包括保護(hù)模塊、監(jiān)控模塊、輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊和電源模塊5大部分。各模塊之間通過串行通信線連接,提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。軟件保護(hù)部分程序包括保護(hù)模塊的硬件初始化與驅(qū)動(dòng)程序、軟件初始化、各種保護(hù)算法與保護(hù)邏輯功能的實(shí)現(xiàn)以及各種通信接口的驅(qū)動(dòng)與協(xié)議。監(jiān)控部分程序包括監(jiān)控模塊的硬件初始化與驅(qū)動(dòng)、軟件初始化、各種通信接口的驅(qū)動(dòng)與協(xié)議針對(duì)不同保護(hù)顯示程序。

3傳感器I/O單元

傳感器I/O單元硬件主要包括保護(hù)模塊、監(jiān)控模塊、輸入輸出模塊和電源模塊4大部分。各模塊之間通過串行通信線連接,提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。軟件保護(hù)程序主要包括保護(hù)模塊的硬件初始化與驅(qū)動(dòng)程序、軟件初始化、各種保護(hù)邏輯功能的實(shí)現(xiàn)以及各通信接口的驅(qū)動(dòng)與協(xié)議。

監(jiān)控程序主要包括監(jiān)控模塊的硬件初始化與驅(qū)動(dòng)、軟件初始化、各種通信接口的驅(qū)動(dòng)與協(xié)議及針對(duì)不同保護(hù)的顯示程序。

4弧光傳感器

當(dāng)中壓配電板內(nèi)發(fā)生絕緣損壞放電故障,光照度達(dá)到8000勒克斯(Lux)時(shí),弧光傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。

四關(guān)鍵技術(shù)

1電磁兼容技術(shù)

為了滿足電磁兼容要求,外部所有的電纜均通過屏蔽的電連接器進(jìn)入到弧光保護(hù)裝置箱體內(nèi);箱體門框邊緣采用不銹鋼翻邊焊接,門內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)箱體翻邊的四周焊1mm不銹鋼條,在不銹鋼條上粘屏蔽條,使得箱體和門具有良好的接連;箱體面板設(shè)有觀察窗,觀察窗玻璃采用導(dǎo)電玻璃,在導(dǎo)電玻璃內(nèi)側(cè)焊有1mm不銹鋼條,在不銹鋼條與導(dǎo)電玻璃間設(shè)有屏蔽條,在導(dǎo)電玻璃的外側(cè)設(shè)有裝飾框。裝置采取可靠的接地措施。

2弧光判據(jù)的確定

弧光保護(hù)裝置的弧光故障動(dòng)作判據(jù)將直接影響到其功能能否正常實(shí)現(xiàn);光照度選小,將會(huì)引起中壓配電板在沒you故障的情況下誤動(dòng)作;光照度選大,當(dāng)中壓配電板真正發(fā)生短路故障時(shí),又無法實(shí)現(xiàn)切除任務(wù),釀成重大事故。因此選擇合適的光照度,是弧光保護(hù)裝置的關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)調(diào)研情況的分析,國(guó)外弧光保護(hù)裝置的弧光傳感器的照度動(dòng)作值設(shè)定為8,000勒克斯(Lux),而一般數(shù)碼相機(jī)閃光燈的光照度已達(dá)到8,000勒克斯(Lux)。經(jīng)過模擬試驗(yàn),用數(shù)碼相機(jī)拍攝時(shí)的光照度能將弧光傳感器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。經(jīng)過實(shí)際燃弧爆炸試驗(yàn)證明:在燃弧爆炸時(shí),能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將弧光傳感器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出,故將8,000勒克斯(Lux)確定為弧光保護(hù)裝置的光照度判據(jù)。

五安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元

單元.png

(1)*表示可選附件,需要另外增加費(fèi)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(zhǎng)度不能超過20米。

(4)如有特殊要求,請(qǐng)?zhí)貏e注明。

六安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

七安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。



八結(jié)論

弧光保護(hù)裝置總體功能設(shè)計(jì)的結(jié)果將直接影響中壓配電板保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn),弧光保護(hù)裝置的功能設(shè)計(jì)借鑒施耐德的弧光保護(hù)裝置成功經(jīng)驗(yàn),立足國(guó)內(nèi)現(xiàn)有成熟技術(shù)展開,充分考慮弧光保護(hù)裝置布置的科學(xué)性、合理性、性、可靠性,采取有效的電磁兼容屏蔽措施,充分化解質(zhì)量、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),通過研究應(yīng)用中壓配電板弧光保護(hù)裝置,對(duì)船舶中壓配電板可靠穩(wěn)定運(yùn)行,起到積作用,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。



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)2022.5(版).