多功能保護器在內河船舶主配電板中的應用

陸 智

（廣西壯族自治區北海船舶檢驗中心，廣西北海 536000）

0 引言

我國沿海航區航行的500總噸以下海船主配電板多采用帶失壓脫扣器、熱脫扣器等眾多附件的塑殼式斷路器作為發電機的保護開關，存在價格高、體積大、重量重、調整不方便和故障率高等不足之處[1]，而當前廣西區內新建造的內河貨船普遍采用多功能保護器搭配僅帶分勵脫扣器的塑殼式斷路器作為發電機以及船舶電力系統的保護開關，該方案價格低、體積小、重量輕、保護特性完善，得到市場的認可。結合對某一內河船舶主配電板產品的裝船檢驗與思考，簡要分析西江流域內河貨船發電機單機運行電力系統的保護方案，以期為我國沿海航區航行的500總噸以下海船以及廣西區外內河貨船主配電板技術改造與優化提供一種思路。

1 多功能保護器的工作原理

多功能保護器由電流檢測、電壓檢測、電流比較、電壓比較、數據處理、報警執行、保護執行等單元電路構成[2]。由電流互感器采集主配電板匯流排的電流并輸入多功能保護器中的電流檢測和電壓檢測單元中，檢測出的當前電流、電壓經過電流比較和電壓比較單元輸出差值，再經過單片機進行數據處理后，啟動報警執行或保護執行單元中的相關繼電器，實現預報警、過載長延時、過載短延時、欠壓保護功能。

2 西江流域內河貨船發電機單機運行保護方案

西江是華南地區最長的河流，航運量位居全國第二位，僅次于長江。航行于西江流域的貨船機電設備較少、電力負荷較低、電動機啟動不頻繁，多采用發電機單機運行。圖1是船舶主尺度為73.8 m×15.8 m×5.7 m（長×寬×深）的多用途貨船主配電板原理圖，該船型在當前的西江流域較為流行[3]。該船型發電機額定功率30 kW，額定電壓400 V，額定電流54 A，采用WD-DB-A型多功能保護器搭配帶分勵脫扣器的四極塑殼式斷路器作為發電機的保護開關，利用WD-DB-A型多功能保護器自帶的過載長延時、過載短延時、欠壓和預報警等保護功能，給塑殼式斷路器的分勵脫扣器輸出一個分斷信號，使分勵脫扣器得電動作，從而使塑殼式斷路器分斷跳閘，實現對發電機的保護，滿足中國船級社《鋼質內河船舶建造規范》（2016）的“容量大于24 kW的發電機應采用能同時分斷所有絕緣極的斷路器進行過載和短路保護”的規定。

圖1 主配電板原理圖

2.1 WD-DB-A 型多功能保護器接線方法

圖2是WD-DB-A型多功能保護器接線圖，從四極斷路器引出380 V電源接在多功能保護器的電源接口端，再將主線路中的3個電流互感器分別接在多功能保護器的4/5、6/7、8/9端口，再將多功能保護器的分斷輸出23/24常開端口接線至斷路器的分勵脫扣器，多功能保護器的報警輸出20/21端口可接線至駕駛室，輸出預報警信號。

圖2 多功能保護器接線圖

主配電板內部設備接線需要注意以下幾點：1）3個電流互感器分別和多功能保護器、1號發電機電流表PA1串聯在一起，同樣方法接入PA2和PA3；2）設置3個220 V交流接觸器KM，電流測量轉換開關、220 V電源、交流接觸器線圈之間需串聯，并接好觸頭線路，使在測量A相電流時，KM1的常開觸頭分別與其他2個電流互感器并聯，使其短接放電，避免電擊傷人，同樣方法接入KM2和KM3；3）設置3個中間繼電器KA，KA1線圈與1號發電機220 V電源串聯，常閉觸頭分別與PA2、PA3串聯，同樣方法接入KA2和KA3，確保3個電流表之間互相獨立工作，分別測量3臺發電機的電流，滿足《鋼質內河船舶建造規范》（2016）“每臺發電機配備1個電流表”的要求。

2.2 WD-DB-A 型多功能保護器參數設置方法

圖3是WD-DB-A型多功能保護器面板示意圖，面板上詳細標注了多功能保護器參數設置方法。在接好線路后，接通電源，按下“菜單”鍵3 s，顯示窗口顯示，按動“上”“下”鍵，當顯示“EU1.0”項目時，輸入電壓變比，無電壓互感器接入直接輸入EU1.0；當“I≈”“I電流”同時燈亮時，輸入預報警電流59.4 A；當“I≈”燈亮時，輸入預報警延時時間15 s；當“I＞”“I電流”同時燈亮時，輸入過載長延時電流67.5 A；當“I＞”燈亮時，輸入過載長延時時間20 s；當“I＞＞”“I電流”同時燈亮時，輸入過載短延時電流135 A；當“I＞＞”燈亮時，輸入過載短延時時間0.6 s；當“U”“U電壓”同時燈亮時，輸入欠壓電壓240 V；當“U”燈亮時，輸入欠壓延時時間8 s。再按下“確認”鍵3 s即可完成參數設置。

圖3 多功能保護器面板示意圖

航行于西江流域的貨船多采用發電機單機運行，不并聯運行，根據《鋼質內河船舶建造規范》（2016）規定本可以不用設置欠壓保護，但是考慮到欠壓對船用電動機等用電負載的影響巨大；且部分船東為節省發電機組燃油消耗量，會調小發電柴油機的油門，導致發電柴油機的轉速下降，根據發電機頻率和轉速之間的公式f=np/60可知，發電機發出的頻率將會相應下降；此外，在停泊等工況需要關停發電機時，部分船東會通過調小發電柴油機的油門直至關停發電機組，如果此時發電機欠壓保護延時時間設置過短，將導致主配電板斷路器跳閘。經過實船試驗，將多功能保護器欠壓保護參數設置為240 V，延時時間設置為8 s較為合適。

以上所設置的參數滿足《鋼質內河船舶建造規范》（2016）[4]和《船用交流低壓配電板通用技術條件》（GBT 11634—2000）[5]的規定。

3 采用多功能保護器保護三相四線電力系統的優點

近兩年來，西江流域新建內河貨船普遍采用多功能保護器保護交流三相四線中性點接地的電力系統，該系統具有以下優點。

3.1 體積小、重量輕

圖4是西江流域新建內河貨船主配電板外視圖，該主配電板長800 mm、寬330 mm、高1 200 mm，單屏壁掛式，一般布置在機艙前壁，占用地方小，重量輕，可以為機艙安裝其他設備騰出空間，同時可以減輕機艙的重量，增加載貨量。

圖4 主配電板外視圖

3.2 故障率低、反應迅速

由于主配電板內的斷路器僅設一個分勵脫扣器，相比其他搭配失壓脫扣器、熱脫扣器、報警觸頭等眾多附件的斷路器，因脫扣器線圈燒斷引起斷路器故障的幾率大幅度下降，且主配電板配備采用集成電路設計的多功能保護器，保護動作靈敏、迅速，使電動機等用電設備得到及時的保護，避免電動機、發電機燒壞等事故的發生。

3.3 保護參數設置簡單、調整方便

多功能保護器提供一個清晰的顯示屏，可以為用戶提供精準、一目了然的保護參數設置界面，用戶只需要根據顯示參數名稱，按下相關按鍵即可完成保護參數的設置及調整，整個過程簡單、方便。

4 結論

本文分析的多功能保護器經濟實用，采用該多功能保護器的內河貨船主配電板安全可靠，為發電機、用電設備以及船舶電力系統安全長效運行提供滿意的保護效果，滿足《鋼質內河船舶建造規范》的要求，對廣西區外內河貨舶以及我國沿海航區500總噸以下海船的電力保護系統有一定借鑒作用，對推動多功能保護器在船舶主配電板中的應用及研究有一定推進效果。