CN201975751U - 船舶岸电系统单相接地故障选择性切除装置 - Google Patents

船舶岸电系统单相接地故障选择性切除装置 Download PDF

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徐晔
吴振飞
唐友怀
邢鸣
马涛
沈巍
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Abstract

船舶岸电系统单相接地故障选择性切除装置，设有微处理器，且在系统中性点与地之间设置可变电抗器，即微处理器输出连接并控制可变电抗器，可变电抗器为8-12只设有并联开关的电抗器。当系统发生单相接地故障时，根据船舶岸电系统发生单相接地故障后，中性点对地电压升高来判断是否发生单相接地故障，在单相接地故障发生后，中性点对地电压变化的一个周波内，在时刻角
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的一定范围内控制可变电抗器动作，即控制可变电抗器，使电抗值逐渐减小，通过逐渐增大短路电流来触发相应断路器的瞬动脱扣机构，从而切除故障；在断路器完全断开前，与可变电抗器相应位置相连的熔断器熔断，使系统恢复小电流接地状态，避免断路器触头烧蚀。

Description

船舶岸电系统单相接地故障选择性切除装置
技术领域
本实用新型涉及一种供电装置单相接地故障有选择性切除的装置，主要用于船舶岸电系统，可以在系统发生单相接地故障时有选择性的快速切除故障。
技术背景
船舶交流供电系统通常采用三相三线制IT系统，供电连续性高，但需降压变压器才能获得单相220V电源，增加了建设及维修成本。而三相四线制直接接地系统，不需降压变压器便可获得单相220V电源，经济性好。由于港口码头单相用电负荷量大，故大都采用三相四线制直接接地系统，投资小，但供电连续性不高。船舶靠岸时如直接引接岸电，船舶外壳与地相连，船舶岸电系统即为直接接地系统，无论是船舶发生单相接地故障(经常发生)，还是码头发生单相接地故障，故障电流很大，导致系统发生短路跳闸；且跳闸选择性差，有可能扩大停电范围，而且巨大的短路电流会烧蚀断路器触头。此种情况在船舶大修时发生的概率较大，对于供电连续性要求较高的船舶岸电系统是不允许的。
针对上述情况，基于长期以来对供电系统故障检测及故障切除的经验，根据船舶及港口码头供电系统的特点，设计了用于船舶岸电系统的单相接地故障选择性切除方案。根据保护的要求及常用的供配电系统接地方式，选择在供电系统中性点与地之间接入可变电抗器，使系统成为小电流接地系统，系统发生单相接地故障后通过控制可变电抗器切换接入系统的电抗值，使断路器有选择性的跳闸，快速切除故障，保证系统供电的连续可靠性。
但在系统发生接地故障后，如不控制可变电抗器动作时刻，会造成断路器误动作或不动作。本实用新型是为找出控制可变电抗器动作的最佳时刻，使相应等级的断路器正确动作；同时为解决故障切除过程中电弧烧蚀动作断路器触头的情况，本实用新型在可变电抗器相应位置接入熔断器，在供电回路上相应断路器完全断开前，相应的熔断器熔断，系统恢复初始状态，既切除故障又避免断路器触头烧蚀。本方案之所以能在系统发生单相接地故障时快速可靠的切除故障，并避免动作断路器触头烧蚀，可变电抗器动作时刻角的选择和在可变电抗器相应位置接入熔断器很重要，在该时刻角范围内控制可变电抗器动作，既能可靠切除接地故障又避免断路器触头烧蚀。
实用新型内容
本实用新型的目的是，提出一种船舶岸电单相接地故障后选择性切除的装置，通过监测系统监测相线接地故障，在适当时刻控制可变电抗器动作，在符合要求的时刻角范围内控制可变电抗器动作，快速可靠切除故障，保证供电系统安全可靠，以降低码头供电系统向靠港船舶供电的成本。同时在断路器完全断开前，与可变电抗器相连的熔断器熔断，避免断路器触头烧蚀。
本实用新型的技术方案是：船舶岸电系统单相接地故障选择性切除装置，设有微处理器，且在系统中性点与地之间设置可变电抗器，即微处理器输出连接并控制可变电抗器，可变电抗器为8-12只设有并联开关的电抗器，工作时变化并联开关的开合使电抗值逐渐减小，切除装置触发相应断路器的瞬动脱扣机构动作，从而切除故障。
在断路器完全断开前，与可变电抗器相应位置相连的熔断器熔断，使系统恢复小电流接地状态，避免断路器触头烧蚀。
系统发生单相接地后，若仍按中性点直接接地，则短路跳闸无选择性。在中性点与地之间接入可变电抗器，通过监测系统监测到中性点对地电压的变化，适时发出控制信号控制可变电抗器动作，从而增大短路电流，触发接地故障相的断路器的瞬动脱扣机构动作，切除故障，同时与可变电抗器相连接的熔断器在断路器完全断开前熔断，避免断路器触头烧蚀。
当系统发生单相接地故障时，根据中性点对地电压升高来判断是否发生单相接地故障。
在本实用新型所述的时刻角范围内控制可变电抗器动作，在单相接地故障发生后，中性点对地电压变化的一个周波内，在时刻角
Figure BDA0000048342760000021
的如下范围内控制可变电抗器动作，
Figure BDA0000048342760000023
Figure BDA0000048342760000024
船舶岸电单相接地故障选择性切除的装置，借助于先进的监测技术，使系统的中性点通过可变电抗器接地，利用断路器瞬动脱扣机构动作电流极差较大的优点，实现断路器有选择性的跳闸。以监测系统采集故障信息为基础，短路模型为理论，系统改良为根本。
本实用新型的关键是找出控制可变电抗器动作的最佳时刻，在该时刻范围内控制可变电抗器动作，既能可靠切除短路故障又避免断路器触头烧蚀。
由图1可知：系统发生单相短路后短路电流变化特征如下：
Figure BDA0000048342760000025
式中
式中i为短路电流，r0和x0为线路电阻与电抗，x为单相接地故障时通过中性点接入系统的可变电抗器，
Figure BDA0000048342760000027
为中性点对地电压变化的一个周波内控制可变电抗器动作的时刻角，ω表示电路系统的频率，K合闸表示系统接地后控制可变电抗器动作。
由上式可知：电流i(t)的大小主要由
Figure BDA0000048342760000028
决定。
通过分析验证，在单相短路后，中性点对地电压变化的一个周波内，在时刻角
Figure BDA0000048342760000029
的如下范围内控制可变电抗器动作，其产生的瞬时电流能触发断路器瞬动脱扣机构动作，可靠切除故障：
Figure BDA00000483427600000210
Figure BDA00000483427600000211
本实用新型所述船舶岸电单相接地故障选择性切除的装置是：系统发生单相接地后中性点对地电压升高，易于监测，断路器瞬动脱扣机构瞬时动作电流级差较大，短路后在本实用新型所述时刻角范围内控制可变电抗器动作，在短路后可实现断路器有选择性的跳闸，快速切除故障，同时在断路器完全断开前，相应熔断器熔断，避免断路器触头烧蚀。
本实用新型技术方案是：确定可变电抗器动作的时刻角。若系统发生单相接地故障，无时间选择性的控制可变电抗器进行动作，则会发生所述熔断器熔断但相应断路器没断开；或所述断路器断开而相应熔断器没熔断的情况，没有达到选择性切除故障的目的。所以本实用新型关键是确定合适的控制可变电抗器动作的时刻，使得在此时间范围内控制可变电抗器动作，断路器可靠断开，相应熔断器及时熔断，既保证系统供电可靠性，又避免断路器触头烧蚀。
本实用新型的有益效果是：在本实用新型所述的时刻角范围内控制可变电抗器动作，能可靠切除故障，主要有如下特点：
本实用新型故障切除机制基于短路电流变化，在短路后不同时刻控制可变电抗器动作，短路电流不同。在所述时刻角范围内控制可变电抗器动作，能可靠切除接地故障。通过监测系统监测相线接地故障，在适当时刻控制可变电抗器动作，在符合要求的时刻角范围内控制可变电抗器动作，快速切除故障，保证供电系统安全可靠，降低码头供电系统向靠港船舶供电的成本。同时在断路器完全断开前，与可变电抗器相连的熔断器熔断，避免断路器触头烧蚀。本实用新型由监测系统采集故障信息，控制可变电抗器动作，在符合要求的时刻角范围内控制可变电抗器动作，快速切除故障。本实用新型方法简单，目的明确，动作灵敏，能够有效排除系统单相接地故障，经济节能。
附图说明
图1单相接地故障系统等效图
图2是本实用新型船舶岸电系统单相接地故障模型图
图3是本实用新型符合要求的时刻角示意图(阴影部分)
具体实施方案
船舶岸电单相接地故障选择性切除方案，根据供电系统发生单相接地后中性点对地电压升高来判断是否发生单相接地故障，且中性点对地电压易于监测，能准确判断系统是否发生单相接地故障。
在系统中性点与地之间设置可变电抗器，可变电抗器为10只设有并联开关(k1至k10)的电抗器，当系统发生单相接地故障时，在本实用新型所述的时刻角范围内控制可变电抗器动作，通过增大短路电流来触动相应断路器的瞬动脱扣机构，从而切除故障，同时在断路器完全断开前，与可变电抗器相应位置相连的熔断器熔断，使系统恢复小电流接地系统，避免断路器触头烧蚀。
系统发生单相接地，若还是按中性点直接接地，则短路跳闸无选择性或越级跳闸。在中性点与地之间接入可变电抗器，通过监测系统监测到中性点对地电压的变化，适时发出控制信号控制可变电抗器动作，从而增大短路电流，触发断路器瞬动脱扣机构，切除故障，同时与可变电抗器相连接的熔断器在断路器完全断开前熔断，避免断路器触头烧蚀。
该方案的关键是确定适当的时刻角，在该时刻角范围内控制可变电抗器动作，既能切除接地故障又避免断路器触头烧蚀。
根据系统单相接地故障后，短路电流变化，由下式可知：
Figure BDA0000048342760000031
式中
Figure BDA0000048342760000032
r0和x0为线路电阻与电抗，x为单相接地故障时通过中性点接入系统的可变电抗器，K合闸表示接地故障后控制可变电抗器动作，
Figure BDA0000048342760000033
为中性点对地电压变化的一个周波内控制可变电抗器动作的时刻角。
由上式可知，电流i(t)的大小主要由
Figure BDA0000048342760000034
决定。
系统具体应用的例子为：如图2所示的系统中，发生单相接地故障后，监测到中性点对地电压变化，在其对地电压变化的一个周波内，在
Figure BDA0000048342760000041
或在
Figure BDA0000048342760000042
或在
Figure BDA0000048342760000043
时(如图3所示)控制可变电抗器动作，既能快速切除接地故障又避免断路器触头烧蚀。
根据图3可知：在中性点对地电压变化的周波中，在电压波形斜率较大的时刻角(图中阴影部分)控制可变电抗器动作，既能使相应等级的断路器可靠跳闸，又能在断路器完全断开前，使相应熔断器熔断，避免断路器触头烧蚀，且在斜率越大的时刻角控制可变电抗器动作效果越好，符合保护系统供电可靠性的要求。
在上述时刻角范围内控制可变电抗器k1-k10动作，增大短路电流，断路器瞬时脱扣机构正确动作，在断路器K1-K3完全断开前，与可变电抗器连接的熔断器(RD1-RD10)熔断，系统恢复初始状态，既有效切除故障保证了系统的供电可靠性又避免断路器触头烧蚀。

Claims (1)

1.船舶岸电系统单相接地故障选择性切除装置，其特征是设有微处理器，且在系统中性点与地之间设置可变电抗器，即微处理器输出连接并控制可变电抗器，可变电抗器为8-12只设有并联开关的电抗器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108075451A (zh) * 2017-12-26 2018-05-25 江苏奥畋工程科技有限公司 一种具有故障自动切除功能的船舶岸电系统

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