CN108110726B - 船岸等电位保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船岸等电位保护装置，包括电压监视继电器1KA、直流继电器2KA、直流继电器3KA、快速熔断器1F、快速熔断器2F、复位开关1S、微动开关2S、控制电源指示灯H，本发明能对船壳与港口码头岸电系统接地保护的接地网之间实现等电位自动保护，无需改变岸侧供电系统和船侧配电系统的接地原理。采用闭路原则控制，在等电位连接未建立时，实现了岸电连接断路器不能闭合或在闭合位置自动断开，当等电位连接断开时，能自动触发应急切断，应急切断发生后，未经人工复位，断路器不能再次闭合。本发明完全能满足国际标准和国网规范以及CCS等船舶入级规范有关等电位自动保护的各项最新要求，且成本较低，安全可靠。

Description

船岸等电位保护装置

技术领域

本发明涉及一种船岸等电位保护装置，属于船电技术领域。

背景技术

近几年，限制船舶在靠港期间废气排放的法规日趋严格，国际上包括中国在内的许多港口管理部门为保护环境，已要求船舶在靠港期间停止船舶发电运行，改用岸电对船舶供电。靠港船舶采用岸电能够实现节能减排，推进绿色航运，已形成共识。

国际标准IEC/ISO/IEEE 80005‐1-2012《Utility connections in port-part 1:High Voltage Shore Connection(HVSC)Systems-Ggngral requirements》(港口内公用工程接头.第1部分:高压岸电连接系统〈HVSC-系统〉-通用要求)中的6.2.3与6.2.4都针对接地与等电位保护提出了新的要求，世界各大船级社相继修订船舶入级规范的相关内容，例如中国船级社(CCS)在船舶入级规范中新增订了一章内容《高压交流岸电系统》(详见CCS钢质海船入级规范2015，第5分册第8篇第19章，人民交通出版社股份有限公司出版发行，2015年6月第1版，书号：15114·2150)，其中有一项新的安全保护，即船岸之间的等电位保护。有关规范把等电位连接定义为：“使导电部件之间电位基本相等的电气连接”，规范要求“船舶和码头间应建立等电位连接，并且该连接不应改变船舶配电系统的接地原理”；规范要求在“等电位连接未建立”时，“岸电连接断路器(安装在岸电连接配电柜内)应不能闭合或在闭合位置自动断开”；要求当“等电位连接断开”时，“应自动触发应急切断”，规范还要求“应急切断发生后，非经人工复位，断路器不能再次闭合”。

国家电网公司十分重视港口岸电系统的建设，相继发布了Q GDW 11468—2015《港口岸电系统建设规范》和Q GDW 11468—2016《港口岸电设备技术规范》，使港口码头配置的岸电电源覆盖了现有国内外船舶电站的电压和频率等级，便于船舶在靠港时接用。Q GDW11468.1—2016规范中规定：“接地故障不应在岸侧到船侧的任何位置产生超过0.03kV的跨步电压或接触电压”，规范要求“高压岸电电源与船体等电位连接应符合IEC/ISO/IEEE80005‐1-2012中6.2.4的规定”，规范还要求“应在高压岸电电源侧配置相应的紧急停止回路，使供电侧和受电侧联锁关闭”。

目前，在船舶接入岸电时，通常是依靠人工检查船壳(船地)与港口码头岸电系统接地保护的接地网(岸E)之间是否已进行电气连接，岸上通常是采用接地电阻表测试接地装置对地电阻，然后来评价接地系统是否符合要求。但是，若要满足国际标准、国网规范与船舶入级规范提出的最新要求——实现等电位自动保护，就必须研制一种船岸等电位保护装置，使被监控范围的等电位自动保护具有选择性、快速性、灵敏性和可靠性，并满足规范对安全保护系统的其它有关设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船岸等电位保护装置，能对船壳(船地)与港口码头岸电系统接地保护的接地网(岸E)之间实现等电位保护自动控制；本发明无需改变岸侧供电系统和船侧配电系统的接地原理，适合在50Hz或60Hz不同电压等级的系统中通用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种船岸等电位保护装置，包括电压监视继电器1KA、直流继电器2KA、直流继电器3KA、快速熔断器1F、快速熔断器2F、复位开关1S、微动开关2S、控制电源指示灯H；所述电压监视继电器1KA电位取样回路的一端与取样点岸E连接，所述电压监视继电器1KA电位取样回路的另一端串联直流继电器2KA的一对动断触头后与取样点船地连接，所述快速熔断器1F、快速熔断器2F的进线端自船用在线式直流电源装置接入电源，所述直流继电器3KA线圈的两端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述直流继电器3KA的一对动合触头与控制电源指示灯H串联、，串联电路的两端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述直流继电器2KA的一对动合触头与电压监视继电器1KA的一对动断触头并联、，并联电路的一端与快速熔断器2F的出线端连接，并联电路的另一端与直流继电器2KA线圈、复位开关1S的常闭触头串联后接快速熔断器1F的出线端，所述电压监视继电器工作电源的正、负极输入端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述电压监视继电器1KA的一对动断触头与船舶声光报警系统驱动电路连接，所述直流继电器3KA的一对动断触头与船舶声光报警系统驱动电路连接，所述电压监视继电器1KA的一对动断触头、直流继电器3KA的一对动断触头、直流继电器2KA的一对动合触头并联接入岸侧供电装置主断路器跳闸回路，电压监视继电器1KA的另一对动断触头、直流继电器3KA的另一对动断触头、微动开关2S的一对动断触头并联接入船侧受电装置主断路器跳闸回路，所述微动开关2S的一对动合触头、直流继电器2KA的一对动断触头串联后接入船侧受电装置主断路器合闸回路。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述船岸等电位保护装置，其中电压监视继电器1KA，工作电源为DC24伏，过电压阈值可调范围为3伏至30伏，闭路原则控制。

前述船岸等电位保护装置，根据不同船型或被保护对象的实际需求，将船岸等电位保护装置的电压监视继电器1KA电压阈值在3-30伏之间进行设定。

前述船岸等电位保护装置，将船岸等电位保护装置的电压监视继电器1KA过电压阈值设定在规范规定的上限值50％以下，即15伏以下，提高等电位保护的安全系数。

前述船岸等电位保护装置，将船岸等电位保护装置的电压监视继电器1KA过电压阈值设定为14伏。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能对船壳(船地)与港口码头岸电系统接地保护的接地网(岸E)之间实现等电位自动保护，无需改变岸侧供电系统和船侧配电系统的接地原理。采用闭路原则控制，在等电位连接未建立或在控制电路故障时，能实现岸电连接断路器不能闭合或在闭合位置自动断开，当等电位连接断开时，能自动触发应急切断，应急切断发生后，未经人工复位，船侧岸电连接断路器与岸侧供电断路器均不能再次闭合。本发明完全能满足国际标准和国网规范以及CCS等船舶入级规范有关等电位自动保护的各项最新要求，且成本较低，安全可靠。

附图说明

图1是本发明的船岸等电位保护装置内部接线图；

图2是本发明的船岸等电位自动保护控制原理图；

图3是本发明船岸等电位保护自动控制外部接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，是本发明船岸等电位保护装置的内部接线图。图中微动开关2S，是在国际标准(IEC62613-2：2011、IEC/ISO/IEEE 80005‐1-2012)的船用耦合器上配置的微动开关，利用船用连接器与船用输入插座耦合时的位移使微动开关动作，其触头瞬时转换，当船用连接器与船用输入插座断开耦合时，微动开关自动复位。本发明中的各元器件都有很多种系列或型号可供选用，其规格均在电气产品的正常标准范围之内，比较容易选配。图1中具体实施例中电压监视继电器1KA以采用ABB公司的型号为CM-ESS系列的电压监视继电器为例，工作电压为DC24V，触头为4常闭，电压阀值3-30V可调，选闭路原则控制；直流继电器2KA线圈电压为DC24V，触头为2常开、2常闭；直流继电器3KA线圈电压为DC24V，触头为1常开、3常闭；快速熔断器1F、快速熔断器2F的额定电压为250V，熔芯为5A；复位开关1S为带钥匙按钮开关，额定电压为250V，极点为1开、1闭，指示灯H的额定电压为DC24V。

本装置可以将元器件安装在一只电器箱中，成为一台独立的电气产品；也可以将元器件安装在船侧岸电受电装置内，作为其二次电路的一个组成部分。

如图2所示，本发明的船岸等电位保护装置，包括电压监视继电器1KA、直流继电器2KA、直流继电器3KA、快速熔断器1F、快速熔断器2F、复位开关1S、微动开关2S、控制电源指示灯H；所述电压监视继电器1KA电位取样回路的一端与岸E连接，所述电压监视继电器1KA电位取样回路的另一端串联直流继电器2KA的一对动断触头后接船地，所述快速熔断器1F、快速熔断器2F的进线端自船用在线式直流电源装置接入电源，所述直流继电器3KA线圈的两端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述直流继电器3KA的一对动合触头与控制电源指示灯H串联、，串联电路的两端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述直流继电器2KA的一对动合触头与电压监视继电器1KA的一对动断触头并联，并联电路的一端与快速熔断器2F的出线端连接，并联电路的另一端与直流继电器2KA线圈、复位开关1S的常闭触头串联后接快速熔断器1F的出线端，所述电压监视继电器1KA工作电源的正、负极输入端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述电压监视继电器1KA的一对动断触头与船舶声光报警系统驱动电路连接，所述直流继电器3KA的一对动断触头与船舶声光报警系统驱动电路连接，所述电压监视继电器1KA的一对动断触头、直流继电器3KA的一对动断触头、直流继电器2KA的一对动合触头并联接入岸侧供电装置主断路器跳闸回路，电压监视继电器1KA的另一对动断触头、直流继电器3KA的另一对动断触头、微动开关2S的一对动断触头并联接入船侧受电装置主断路器跳闸回路，所述微动开关2S的一对动合触头、直流继电器2KA的一对动断触头串联后接入船侧受电装置主断路器合闸回路。

对照船舶入级规范和国网公司有关规范对等电位保护的具体要求，将本发明实现等电位保护自动控制的电路原理进一步说明如下:

1.本发明按照有关规范对船岸等电位保护的最新要求设计，采用闭路原则控制，符合国际海事组织(IMO)通过的《国际海上人命安全公约》(SOLAS公约)关于“尽实际可能地按故障安全原理来设计”的要求。

2.规范要求：“船舶和码头间应建立等电位连接，并且该连接不应改变船舶配电系统的接地原理”。据此要求，船舶在停靠港口码头期间，接用岸电时应将船壳(船地)和岸电系统就近的接地网(岸E)之间，用合格的导体进行可靠的电气连接，使两者之间等电位。为此，IEC62613-2：2011、IEC/ISO/IEEE 80005‐1-2012等国际标准规定将岸电3个相极、1个地极与3个控制触头设置在同一个电器附件中，确保岸电连接的完整性和安全性，国际标准规定HVSC系统(高压岸电连接系统)中的电器附件“有3个相极(L1、L2、L3)、1个地极(E)和最多3个控制触头(P1、P2、P3)”，申请号为201810045256.2的中国发明专利申请《高压岸电连接系统专用电缆》中设计有3根相芯线+1根地芯线+3根控制芯线，可和HVSC系统中的国际标准电器附件配套连接，即专用电缆中3根相芯线与1根地芯线分别接电器附件中的L1、L2、L3与E、3根控制芯线分别接电器附件中的P1、P2、P3，从而确保岸侧与船侧之间能按国际标准进行岸电连接。

本发明的等电位保护取样点为船地和岸E，船地是直接与船壳或船侧岸电受电装置中的地线连接，如图3所示，岸E是通过船用耦合器与高压岸电连接系统专用电缆1中的一根控制线(暂称为P3线)连接，P3线在岸侧通过插头中的控制触头(暂定为P3)与岸侧供电装置的接地网连接。

因有关标准对HVSC系统电器附件中的3个控制触头并未规定各自的具体用途，在接线时有可能会通过插头中的控制触头P1或P2与岸电系统的接地网连接，则船岸等电位保护自动控制的外部接线也需根据现场情况作相应调整芯线标识号码。

如图3所示，岸侧供电装置就近的接地网(岸E)是通过插头中的地极E和专用电缆岸侧中的地线连接，船侧是由专用电缆中的地线通过船用耦合器与船地连接，本发明只是将电位取样点选为船地与岸E，对岸侧供电系统和船侧配电系统的接地原理都不可能造成任何改变。

3.规范要求：“向安全系统和报警系统正常供电的电源失电时，应能自动地向备用电源转换，且应发出报警”。本发明中的控制电源DC24V，是接自中国专利产品“船用在线式直流电源装置”(专利号为ZL2016213330998)，其电源完全能满足规范的要求实现自动地向备用电源转换；在本发明中由直流继电器3KA对控制电源进行监测，闭路原则控制，当控制电源DC24V供电正常时直流继电器3KA吸合，其常闭触头动断，常开触头动合接通电源指示灯H；当控制电源电路故障时，直流继电器3KA拒动或释放，其常开触头断开电源指示灯H，接入船舶声光报警系统驱动电路的一对3KA动断触头复位接通船舶声光报警系统，提示处于“控制电源故障”状态。

4.规范要求：“岸电系统控制和监测线路故障应自动触发应急切断”船侧岸电连接断路器。本发明当控制电源线路故障时，直流继电器3KA拒动或释放，各常闭触头复位，直流继电器3KA的一对并入岸侧供电装置主断路器跳闸回路的常闭触头复位接通主断路器跳闸回路，使岸侧供电装置主断路器跳闸；直流继电器3KA的另一对并入船侧受电装置主断路器跳闸回路的常闭触头复位接通断路器跳闸回路，使船侧受电装置主断路器跳闸。

5.规范要求：“接地故障不应在岸侧到船侧的任何位置产生超过0.03kV的跨步电压或接触电压”。理论上认为，船地和岸E之间如果已具有合格的电气连接，当发生接地故障时，从岸侧到船侧任何位置的跨步电压或接触电压应近似为0伏，在船地和岸E之间的电气连接不合格或出现开路的情况下，船地和岸E之间才会产生电位差。30伏以下的电压，是电业安全规程规定在一般情况下，人体所能承受的安全电压范围。本发明将等电位保护设定值降低至该安全电压上限值的50％以下(即15伏以下)；电压监视继电器(1KA)以ABB产品为例(型号为CM-ESS系列，工作电源为DC24伏，过电压阈值可调范围为3伏至30伏，选用闭路原则控制)，将1KA的过电压阈值设定为14伏，当电位测量信号输入点的电压小于设定阈值和DC24伏工作电源正常供电时，1KA的输出继电器瞬时动作，其常闭触头动断、常开触头动合；当电位测量信号输入点的电压大于设定阈值或工作电源故障时，1KA的输出继电器瞬时复位，即常开触头断开，而常闭触头接通岸侧供电装置主断路器和船侧受电装置主断路器的跳闸回路；可根据不同船型的要求，很方便地对1KA在3伏至30伏范围内调节电压阈值，使保护具有较大的选择性；为防止在发生接地故障时，可能在船地与岸E之间出现较高的电位差而影响1KA的使用寿命，故在1KA的电位取样回路中串连了直流继电器2KA的动断触头，当1KA复位接通2KA的线圈回路时，2KA吸合并自保持，2KA的动断触头切断了1KA的电位取样回路，使1KA只是短暂工作，确保其免受过电压的影响。

6.规范要求：“等电位连接未建立”时，“岸电连接断路器(安装在岸电连接配电柜内)应不能闭合或在闭合位置自动断开”，还要求“应在高压岸电电源侧配置相应的紧急停止回路，使供电侧和受电侧联锁关闭”；在国际规范船用耦合器上配置的微动开关，即本发明图1、图2中的微动开关2S，当船用连接器与船用输入插座完全耦合后，船用连接器中的岸E与船用输入插座中的船地接通，表示等电位连接己建立，船用连接器的插合时的位移使微动开关2S动作，其触头瞬时转换；反之，表明等电位连接未建立，微动开关2S触头复位。图2将微动开关2S的动合触头与2KA的动断触头串联接在船侧岸电受电装置主断路器的合闸回路中，以确保等电位连接未建立时或2KA动作后，船侧岸电受电装置的主断路器无法合闸；如果船侧受电装置和岸侧供电装置的主断路器已经闭合，当等电位监测信号大于1KA设定阈值时，1KA复位与2KA动作，1KA的动断触头复位接通与2KA的常开触头动合，同时接通岸侧供电装置主断路器的跳闸回路，1KA的另一动断触头复位接通船侧受电装置主断路器的跳闸回路，使岸侧供电装置和船侧受电装置的主断路器同时自动断开。

7.规范要求：“等电位连接断开”时，“应自动触发应急切断”船侧岸电连接断路器。当船电耦合器中的船用连接器与船用输入插座断开时(即表示船用连接器的岸E与船地之间的等电位连接断开)，微动开关2S复位，其常闭触头接通船侧受电装置的岸电连接断路器的跳闸回路。

8.规范规定：船侧受电装置主断路器“应急切断发生后，非经人工复位，断路器不能再次闭合”。本发明在2KA线圈回路中设有复位开关1S，在1KA保护动作后，2KA吸合自保，其动断触头断开了船侧受电装置主断路器合闸回路，其动合触头接通了岸侧供电装置主断路器跳闸回路，必须人工关断复位开关1S，使2KA复位，才可能再次接通船侧受电装置和岸侧供电装置的主断路器合闸回路，否则无法再次闭合。

9.本发明不仅可以用于船岸之间的等电位自动保护，本装置内部接线无需改动，自动控制原理无需改变，只要改换保护装置的电位取样点，根据不同的保护范围，修改设定的电压阈值和受控制的断路器，本装置及自动控制原理便可以用于对工厂、车间、大楼等建筑物或发电机组、箱式变电站等电气设备进行等电位自动保护。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种船岸等电位保护装置，其特征在于，包括电压监视继电器1KA、直流继电器2KA、直流继电器3KA、快速熔断器1F、快速熔断器2F、复位开关1S、微动开关2S、控制电源指示灯H；所述电压监视继电器1KA电位取样回路的一端与取样点岸E连接，所述电压监视继电器1KA电位取样回路的另一端串联直流继电器2KA的一对动断触头后与取样点船地连接，所述快速熔断器1F、快速熔断器2F的进线端自船用在线式直流电源装置接入电源，所述直流继电器3KA线圈的两端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述直流继电器3KA的一对动合触头与控制电源指示灯H串联，串联电路的两端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述直流继电器2KA的一对动合触头与电压监视继电器1KA的一对动断触头并联，并联电路的一端与快速熔断器2F的出线端连接，并联电路的另一端与直流继电器2KA线圈、复位开关1S的常闭触头串联后接快速熔断器1F的出线端，所述电压监视继电器工作电源的正、负极输入端分别与快速熔断器1F、快速熔断器2F的出线端连接，所述电压监视继电器1KA的一对动断触头与船舶声光报警系统驱动电路连接，所述直流继电器3KA的一对动断触头与船舶声光报警系统驱动电路连接，所述电压监视继电器1KA的一对动断触头、直流继电器3KA的一对动断触头、直流继电器2KA的一对动合触头并联接入岸侧供电装置主断路器跳闸回路，电压监视继电器1KA的另一对动断触头、直流继电器3KA的另一对动断触头、微动开关2S的一对动断触头并联接入船侧受电装置主断路器跳闸回路，所述微动开关2S的一对动合触头、直流继电器2KA的一对动断触头串联后接入船侧受电装置主断路器合闸回路。

2.如权利要求1所述的船岸等电位保护装置，其特征在于，所述电压监视继电器1KA，工作电源为DC24伏，过电压阈值可调范围为3伏至30伏，闭路原则控制。

3.如权利要求2所述的船岸等电位保护装置，其特征在于，根据不同船型或被保护对象的实际需求，将船岸等电位保护装置的电压监视继电器1KA电压阈值在3-30伏之间进行设定。

4.如权利要求3所述的船岸等电位保护装置，其特征在于，将船岸等电位保护装置的电压监视继电器1KA过电压阈值设定在规范规定的上限值50%以下，即15伏以下，提高等电位保护的安全系数。

5.如权利要求4所述的船岸等电位保护装置，其特征在于，将船岸等电位保护装置的电压监视继电器1KA过电压阈值设定为14伏。