摘要：隨著船舶工業的發展，船舶電網中中低壓成套設備越來越多。中低壓成套設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，船舶供電系統由于空間有限，設備較多，發生故障的概率可能增加。弧光短路釋放巨大的，產生各種電弧效應，使設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，電弧可將成套設備內的器件點燃，引起火災，大面積燒毀配電設備，造成嚴重的損失和重大人身傷亡事故。

將電弧光保護應用至船舶電力系統，對船用電網中的開關柜進行快速保護，即在弧光短路故障發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，減少設備維護及人員傷亡，提高電力系統的安全及經濟效益。如何在設備產生電弧故障時，快速切除故障，將事故的危害降到是一個值得研究的內容。

1.電弧光保護的原理

電弧光保護的動作判據為電弧故障時產生的兩個條件：弧光和電流增量。當同時檢測到弧光和電流增量時系統發出跳閘指令，當僅檢測到弧光或者電流增量時發出報警信號，而不會發出跳閘指令。

2.弧光保護裝置簡介

針對船舶電力系統的特點，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用，可組成從只有一個主控單元的簡單系統，到包含多個單元能用于選擇性電弧光保護的復雜系統。裝置采用弧光檢測和過電流檢測雙判據原理，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絡技術，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。

1）主控單元

主控單元是系統的主控部分，負責輸入量的采集、測量、計算及邏輯判斷，實現系統的各項保護邏輯、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，可實現簡單區域的保護。

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接，電流單元具備2路跳閘接點輸出，可實現本地跳閘，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個級聯接口，弧光單元可通過光纖級聯擴展。

4）弧光傳感器

弧光傳感器為光感應元件，可采集母線室、斷路器室和電纜室的弧光信息，在發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。

3.船舶電力系統弧光保護系統配置策略

從總體上來說，船舶電力系統弧光保護系統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設置一臺主機，其他配套單元都是從屬該主機，整個系統的所有保護動作都是由主機集中控制。集中式的優點是：

主機掌握整個被保護系統的構成及邏輯關系，能夠根據故障發生的部位從整個系統角度有選擇的切除故障，適用于復雜的多層樹狀結構系統；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，整個保護系統失去功能，系統安全冗余度小。分布式配置方法是指系統在不同的保護部位設置多臺主機，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系。分布式的優點是：系統安全冗余度高，單臺主機故障不會導致整個保護系統失效；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，當系統較復雜時，不能從整個系統角度實現的選擇性保護。就船舶電力系統而言，系統的縱向層次較淺，即發電機、母線、負載等，而橫向結構較多，與陸用電力系統不同，船舶電力系統流動方向不確定，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；同時船舶電力系統各配電板、舷側跨接控制板位于船的不同部位，采用集中式配置將導致到主機接線困難；主要保護功能由單臺主機實現，主機故障將導致整個系統保護功能喪失。因此船舶電力系統采用分布式配置方法較為合適。

4.安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

5.現場安裝

審核編輯 黃宇