牛 偉

（上海瑞寧航運(yùn)有限公司，中國(guó) 上海200080）

0 引言

船舶電力系統(tǒng)與陸上電力系統(tǒng)相比較，有其不同的特點(diǎn)，所以其保護(hù)也有自身的特點(diǎn)。 如船舶電站容量小，大電動(dòng)機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)影響大，相應(yīng)對(duì)保護(hù)提出的要求高。

1 船舶同步發(fā)電機(jī)的保護(hù)

1.1 短路和過(guò)載保護(hù)

對(duì)于發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，所選配的原動(dòng)機(jī)通常己具備一定數(shù)值的功率裕量。 原動(dòng)機(jī)的輸出功率足以超過(guò)發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)的功率過(guò)載，因此一般情況下無(wú)須設(shè)置功率過(guò)載保護(hù)。 除非原動(dòng)機(jī)的功率裕量很小，且本身過(guò)載能力極低的情況下才考慮設(shè)置功率過(guò)載保護(hù)。但這種情況是極少遇見(jiàn)的。發(fā)電機(jī)短路和過(guò)載都是以電流超過(guò)正常允許數(shù)值的形式表現(xiàn)出來(lái)的一種不正常狀態(tài)，要求進(jìn)行可靠的保護(hù)。 由于發(fā)電機(jī)本身具有一定的過(guò)載能力，因此，為了保證發(fā)電機(jī)盡可能地連續(xù)供電，在允許的過(guò)載范圍內(nèi)(電流大小和時(shí)間長(zhǎng)短)保護(hù)裝置不必動(dòng)作，而只需及時(shí)發(fā)出聲光信號(hào)提醒值班人員注意。只有當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)載值超出了它的允許范圍并直接危及絕緣性能的時(shí)候，保護(hù)電器才會(huì)動(dòng)作，將發(fā)電機(jī)切離電網(wǎng)。 短路實(shí)際上可以看作一種嚴(yán)重的過(guò)載，所不同的是短路會(huì)使發(fā)電機(jī)的電流在非常短的時(shí)間內(nèi)上升到不可允許的數(shù)值(4-10 倍正常電流)，它不但會(huì)使繞組發(fā)熱危及絕緣，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使繞組迅速燒毀和松脫。 因此對(duì)短路保護(hù)則要求其動(dòng)作更為迅速和絕對(duì)的可靠。

1.2 船舶同步發(fā)電機(jī)的逆功率保護(hù)

當(dāng)同步發(fā)電機(jī)在非同步條件下并車或幾臺(tái)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)都可能出現(xiàn)逆功率。 發(fā)電機(jī)不但不輸出有功功率，反而從電網(wǎng)吸收有功功率，使同步發(fā)電機(jī)變?yōu)橥诫妱?dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 逆功率不僅對(duì)原動(dòng)機(jī)造成較大損壞(轉(zhuǎn)軸矩方向突變)，同時(shí)還會(huì)影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定甚至造成全船停電的危險(xiǎn)。因此需裝設(shè)逆功率保護(hù)裝置，以將逆功率的發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)上切除。

由于船舶發(fā)電機(jī)組的慣量較小，正常并車時(shí)在較短的時(shí)間內(nèi)就可以拉入同步，所產(chǎn)生的整步電流沖擊是短暫的，因此用延時(shí)動(dòng)作躲過(guò)投入時(shí)的逆功率狀態(tài)是非常必要的， 并且延時(shí)最好具有反時(shí)限特性(逆功率10%Pe 時(shí)，延時(shí)10s；逆功率50%Pe 時(shí)，延時(shí)減至1s；逆功率100%Pe 時(shí)，無(wú)延時(shí)而瞬時(shí)動(dòng)作)。

1.3 發(fā)電機(jī)的欠壓保護(hù)

欠壓保護(hù)通常由空氣斷路器中的失壓脫扣器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)電容放電得到需要的延時(shí)。要注意欠電壓保護(hù)與發(fā)電機(jī)短路延時(shí)保護(hù)動(dòng)作的協(xié)調(diào)。 當(dāng)在主配電板附近發(fā)生短路故障時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)很大的瞬時(shí)電壓降，這時(shí)應(yīng)由短路保護(hù)動(dòng)作，而欠壓保護(hù)應(yīng)延時(shí)躲過(guò)這段時(shí)間。發(fā)電機(jī)短路保護(hù)的短延時(shí)時(shí)間通常在0.6s 以下，所以，欠壓保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)應(yīng)大于0.6s。

2 船舶電網(wǎng)的保護(hù)

2.1 電纜保護(hù)

電纜有過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)兩種。電纜通?？刹辉O(shè)專用的過(guò)載保護(hù)。

電纜的短路保護(hù)問(wèn)題，主要是根據(jù)計(jì)算短路電流校驗(yàn)電纜的承受能力。因各設(shè)備己有短路保護(hù)，因此，與設(shè)備相連的電纜與設(shè)備的短路保護(hù)共用一套保護(hù)裝置。但由于在主配電板到分配電板之間的線路存在短路的可能性，則要設(shè)置短路保護(hù)裝置。 通常采用裝置式斷路器。

從發(fā)電機(jī)到主配電板，再到分配電板，直到用電設(shè)備共設(shè)有三級(jí)短路保護(hù)，為了保證系統(tǒng)供電的可靠性，這三級(jí)短路保護(hù)的選擇性配合尤為重要，通常遵循兩種保護(hù)整定原則:時(shí)間原則和電流原則，并混合使用上述兩種原則。

隨著船舶大型化和自動(dòng)化，船舶電站容量也隨之增大，這意味著船舶電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)的短路電流也增大，進(jìn)而要求系統(tǒng)的保護(hù)裝置的切斷容量要增大。 有時(shí)這會(huì)給保護(hù)設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，使電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性受到影響。 為此，出現(xiàn)了后備切斷的保護(hù)方式。

2.2 變壓器保護(hù)

我國(guó)規(guī)范要求對(duì)電力與照明變壓器設(shè)短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)，過(guò)載保護(hù)也可設(shè)在變壓器副邊。 并聯(lián)運(yùn)行的變壓器副邊應(yīng)設(shè)有隔離措施。為了防止變壓器故障擴(kuò)大， 保護(hù)動(dòng)作應(yīng)同時(shí)切斷變壓器原邊和副邊。通常采用瞬時(shí)脫扣的裝置式斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器的短路保護(hù)。若用該斷路器兼作過(guò)載保護(hù)的話，還應(yīng)長(zhǎng)延時(shí)脫扣器，但對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō)，這兩種脫扣器的保護(hù)整定很難配合好，所以通常由過(guò)電流繼電器等其他繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。

由于變壓器具有大電感，在通斷狀態(tài)變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)沖擊勵(lì)磁電流，而這種情況下保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，即瞬時(shí)短路保護(hù)的脫扣器動(dòng)作整定植應(yīng)大于變壓器沖擊勵(lì)磁電流(換算為有效值)。 變壓器的沖擊勵(lì)磁電流大小與其容量有關(guān)。 對(duì)于10-200kvA 容量的變壓器，沖擊勵(lì)磁電流在第一周期的峰值對(duì)變壓器額定電流峰值的倍數(shù)約在35-10 的范圍內(nèi)，衰減時(shí)間常數(shù)為3-10 個(gè)周期。 當(dāng)校驗(yàn)不合格時(shí)，應(yīng)改選額定電流大的斷路器。

2.3 岸電保護(hù)

船舶?？看a頭時(shí)，可接岸電向船上負(fù)載供電，以延長(zhǎng)船舶發(fā)電機(jī)的使用時(shí)間。但要確認(rèn)船舶發(fā)電機(jī)已與船舶電網(wǎng)分離并且岸電接入時(shí)與船舶電網(wǎng)的相序一致。船舶發(fā)電機(jī)與船舶電網(wǎng)分離后接岸電由發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)與岸電開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖來(lái)保證。船舶電網(wǎng)與岸電的接口部分的岸電箱上有相序指示燈指示兩者相序關(guān)系是否正確。

2.4 三相絕緣系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)

船舶電網(wǎng)和電氣設(shè)備絕緣性能降低或損壞會(huì)造成漏電， 是觸電、火災(zāi)及電氣設(shè)備等事故的重要原因。對(duì)于油輪和運(yùn)載可燃性氣體或化學(xué)物品的船舶來(lái)說(shuō)，電氣絕緣更需要嚴(yán)格地監(jiān)測(cè)。

由于船舶電網(wǎng)幾乎總是帶電的，因此不能采用普通的搖表來(lái)測(cè)量電網(wǎng)對(duì)地的絕緣程度。 通常有以下幾種方法:指示燈法、兆歐表法、電網(wǎng)絕緣檢測(cè)儀。

2.5 主發(fā)電機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)及岸電間的聯(lián)鎖

主發(fā)電機(jī)、應(yīng)急電機(jī)和岸電這三種電源不允許同時(shí)供電，而且主發(fā)電機(jī)具有最高供電優(yōu)先權(quán)。 當(dāng)主發(fā)電機(jī)向匯流排供電時(shí)，其主開(kāi)關(guān)閉合，通過(guò)主開(kāi)關(guān)的常閉輔助觸點(diǎn)串入應(yīng)急發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)失壓脫扣線圈回路，確保應(yīng)急發(fā)電機(jī)不能與應(yīng)急匯流排相連。另外，主配電板向應(yīng)急配電板饋電的開(kāi)關(guān)處也有類似的聯(lián)鎖，形成雙重保險(xiǎn)。 當(dāng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)正在供電時(shí)，一旦主發(fā)電機(jī)通過(guò)主開(kāi)關(guān)接入電網(wǎng)，可馬上使應(yīng)急發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)分?jǐn)唷?也就是說(shuō)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)只有在主電站停止供電的狀態(tài)下，才有可能供電。 主發(fā)電機(jī)與岸電之間也有類似的聯(lián)鎖關(guān)系。

3 船舶負(fù)載的保護(hù)

3.1 照明類負(fù)載的保護(hù)

照明類負(fù)載包括電熱器負(fù)載等。 照明類負(fù)載基本上是電阻性負(fù)載，功率因數(shù)為1 或近于1，其保護(hù)比較簡(jiǎn)單，可以用裝置式斷路器實(shí)現(xiàn)過(guò)載和短路保護(hù)。

3.2 電動(dòng)機(jī)負(fù)載的保護(hù)

電動(dòng)機(jī)負(fù)載是船舶電力系統(tǒng)的主要負(fù)載， 且很多屬重要負(fù)載，因此對(duì)其保護(hù)的要求較明確。規(guī)范規(guī)定容量大于0.5kw 電動(dòng)機(jī)和所有重要設(shè)備電動(dòng)機(jī)均應(yīng)設(shè)有獨(dú)立的過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)和欠壓保護(hù)。 當(dāng)采用融斷器作保護(hù)時(shí)，還應(yīng)設(shè)防止單相運(yùn)轉(zhuǎn)的保護(hù)，即缺相保護(hù)。

舵機(jī)電動(dòng)機(jī)不設(shè)過(guò)載保護(hù)，但有過(guò)載報(bào)警。 這是考慮在緊急情況下，以局部犧牲來(lái)?yè)Q取全船的航行安全。

電動(dòng)機(jī)與其專用的饋電電纜可以共用一個(gè)短路保護(hù)。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)特性(時(shí)間-電流特性)與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)周期不適應(yīng)時(shí)，允許電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程期間過(guò)載保護(hù)暫時(shí)失效。

連續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電器， 應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)在過(guò)載情況下，有可靠的熱保護(hù)的延時(shí)特性，其最大持續(xù)電流不應(yīng)超過(guò)被保護(hù)電流電動(dòng)機(jī)額定電流的125%。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之， 保護(hù)通常是以中斷部分或全系統(tǒng)的供電的方式實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)船舶系統(tǒng)的工作會(huì)產(chǎn)生不利的影響， 因此設(shè)置保護(hù)要權(quán)衡利弊，電氣系統(tǒng)的保護(hù)應(yīng)服從于船舶的全局需要。當(dāng)中斷供電將會(huì)影響船舶航行安全或產(chǎn)生嚴(yán)重后果時(shí)，保護(hù)電氣設(shè)備安全就應(yīng)讓位于保護(hù)船舶安全，如舵機(jī)電動(dòng)機(jī)只設(shè)有短路保護(hù)而不設(shè)過(guò)載保護(hù)(設(shè)過(guò)載報(bào)警)。

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