1、第五章 船舶电力系统的综合保护,5.1船舶电力系统综合保护的组成及基本要求5.2船舶同步发电机的保护5.3 船舶电网的保护5.4 船舶变压器和负载的保护5.5 船舶电力系统故障分析与处理,5.1船舶电力系统综合保护的组成及基本要求,1船舶电力系统的综合保护主要功能2船舶电力系统保护的内容3船舶电力系统保护装置的基本构成4对保护装置的基本要求5船舶电力系统主要保护电器,1船舶电力系统的综合保护主要功能,1）使电力系统的各级保护都应按总体系统的要求充分地协调，以便在电力系统发生多重复杂故障时仍具有正确的选择性保护功能。为切断系统中局部故障而采取的保护动作必须局限在最小的范围内，并能有效地防止故障的
2、扩大。2）使电力系统在任何工况下保护动作切除故障电路时均不应破坏系统工作的稳定性。,3）保护系统应考虑到故障消除后电力系统功能的恢复和调整4）系统保护功能和船舶电站自动化设施紧密结合，不仅迅速及时切除故障设备，还应能预警，显示故障发生前的不良状态，用告警的手段改进保护的方式。不少保护装置已经成为系统自动控制的一个重要组成部分，起到了监视、报警、保护（故障控制）的作用。,2船舶电力系统保护的内容,（1） 船舶发电机的保护：主要有过载、短路、欠压和逆功率等保护；（2） 船舶电力网的保护：主要有过载、短路保护、岸电相序及断相等保护；（3）船舶变压器的保护：主要有过载、差动、短路等保护；（3）船舶用电
3、设备的保护：主要有过载、短路、零压（欠压）和缺相等保护。,3船舶电力系统保护装置的基本构成,继电保护装置一般由测量电路、逻辑电路和输出电路三大部分构成，另有报警电路输出给报警系统。,4对保护装置的基本要求,根据船舶电力系统继电保护装置所承担的基本任务和作用，一般对继电保护装置有四项基本要求。,1） 选择性,2） 速动性,3） 灵敏性,4） 可靠性,1） 选择性,在选择性保护中，若前一级保护装置拒绝动作，则后一级保护装置应动作。,实现保护选择性有两个基本原则：,时间原则,电流原则, 时间原则,时间原则是指以保护装置动作时限的不同，来保证选择性。,设ACB1、MCB3和MCB5的过电流保护的动作时
4、限分别为t1、t3和t5 。,t1t3t5,t3= t5+t,t1= t3+t= t5+2t,一般继电保护装置取t=（0.10.4）秒。, 电流原则,电流原则可以依次整定各级继电保护装置的始动值来实现。通常依次整定继电保护装置动作的电流值的不同，来保证选择性。,在船舶电力系统中，最好采用时间原则和电流原则相结合的方法，来满足保护选择性和快速性的要求。,继电保护装置的动作电流整定值，从负载至电源端，逐级加大整定各级保护的动作电流整定值。,为了确保电网短路保护的选择性，由主配电板到各用电设备，应限制保护级数，对动力负载，不得多于4级，对于照明负载，不得多于5级。当最靠近故障点的断路器未能及时动作，
5、由后一级的断路器动作，实现故障保护的同时，也将其它同路的设备断电了，这种情况称为部分选择性。,2）速动性,速动性就是要求保护装置的动作时限应力求短。迅速切除故障可减轻被保护设备的损坏程度、防止故障蔓延，并减少对非故障电路的影响。,(1) 热效应方面,要求快速切除短路故障的理由主要有以下两方面:,(2) 对负荷的影响方面,(1) 热效应方面,通过电气元件的短路电流产生的热量Q与短路电流 Ik的平方和时间t成正比，即：,由此可见，短路切除得越快，产生的热量越小，设备越不易烧坏。,(2) 对负荷的影响方面,短路对异步电动机的影响最明显，因异步电机的转矩M 是和电压的平方成正比的，即：,若电压 U 下
6、降较大，转矩 M 下降更大，会使电动机停止运转。若短路故障很快切除，非故障部分的电压可迅速恢复。,3） 灵敏性,继电保护装置的灵敏性是指对于其保护范围内的故障或不正常工作状态的反应能力。,灵敏性愈高，故障发觉和切除得就愈早，对系统的影响和设备的破坏就愈小。,保护装置的灵敏性，可用灵敏度来表示。,4） 可靠性,可靠性是指装置本身要能可靠地工作,继电保护装置的可靠性主要取决于：保护方式的选择，装置本身的质量，整定计算和调试，安装、维护和检修质量等。,在应用中对于具体问题需结合实际，具体分析和解决，例如，对于过载保护，主要是考虑它的可靠性，并不要求它的速动性；而对于短路保护，则要尽量考虑它的速动性。
7、,从对保护装置的上述基本要求中可以看出，这四个方面是互相联系、互相制约的。例如：若速动性很高，则选择性就要差些，反之亦是。若可靠性很高，则灵敏性就要差些，反之亦然。,5船舶电力系统主要保护电器,通常在船舶电力系统中，把具有保护功能的电器称为保护电器。如自动空气断路器、熔断器、逆功率继电器、负序继电器等。船舶电力系统自动空气断路器既是一种开关电器，又是一种保护电器。熔断器又称保险丝，是由可熔元件熔体 (又称熔片或熔丝)和支持熔体的外壳组成。用来保护船舶电力系统中电气设备和线路的短路和防止持续过载，是一种简单的保护电器。,1）船用自动空气断路器分类及功能,船用自动空气断路器可分为:,万能式自动空气
8、断路器(air circuit breaker ，ACB),装置式自动空气断路器（moulded case circuit breaker ，MCB）,也称框架式自动空气断路器,也称塑壳式自动空气断路器,船用万能式自动空气断路器一般装设在配电装置内，也可安装在墙上或支架上，因此又称“框架式”断路器。,框架式断路器所有的组件，如触头系统、灭弧室、脱扣器和操作机构均装在一个绝缘的金属框架内。,船用万能式自动空气断路器具有多种操作方式和保护方案，它既可采用手柄手动操作，又可使用按钮手动遥控操作，也可以采用自动操作。,万能式自动空气断路器的保护有热脱扣器、电磁式脱扣器、电子式及智能化脱扣器等保护装置。
9、智能化脱扣器可实现选择性断开，并具有动作显示、记录和报警等功能，整定电流和故障电流（过载电流和短路电流）可在脱扣器面板上显示出来。,2）自动空气断路器电气参数,（1）额定电压,额定电压是指在规定条件下，自动空气断路器在长期工作中能承受的最高电压。,额定电压一般在690V以下,（2）额定电流,额定电流是指在规定条件下，自动空气断路器在合闸位置允许长期通过的最大工作电流。,额定电流一般从几十安到4000安之间,（3）短路接通能力,当发生短路故障时，自动空气断路器能承受的最大短路电流值。,一般从几十千安到150千安,（4）短路分断能力,当发生短路故障时，自动空气断路器分断电流（或电弧）的能力。,一般
10、从几十千安到100千安,万能式自动空气断路器跳闸有三种办法：,备用的手动机械脱扣跳闸；,常用的手动按钮电磁脱扣跳闸；,由继电保护装置动作自动控制脱扣器使断路器自动跳闸。,3） E系列万能式空气断路器保护装置,E系列万能式断路器配有微处理（电子式）脱扣器过电流保护装置，提供过载保护（L）、选择性短路保护（S）、瞬时短路保护（I）等保护功能。,L（长延时过流保护）,S（短延时速断保护）,当通过断路器的电流达到启动电流时，保护装置延时启动，其动作时间较长，为反时限特性。这一段过电流保护适用于过负荷保护。,当电路中的电流达到很大数值，亦即达到速断保护的启动电流时，断路器经过一个很短的延时（例如0.10
11、.4s）立即跳闸。这一段保护适用于发生短路保护电流时的动作跳闸之用，一般称为短路短延时保护。,I （瞬动速断保护）,G（接地保护）,当短路电流足够大时，这一段保护瞬时动作使断路器立即跳闸，其跳闸时间一般只有0.0150.016s 。,当电路中发生接地故障，故障电流达到设定的启动数值时，保护动作，断路器跳闸。,4）自动空气断路器的选择,与选择电器的一般条件一样，选择断路器的条件，主要考虑额定条件、短路条件和功能条件三方面。,额定条件：,（1）断路器额定电压 线路额定电压,（2）断路器额定电流与过电流脱扣器额定电流均应 线路计算负载电流,（3）断路器失压脱扣器额定电压 = 线路额定电压,短路条件：
12、,（1) 断路器的额定分断电流,断路器的额定分断电流表示断路器将预期切断的短路电流值，必须大于其工作电路短路后12周期时的对称交流短路电流的有效值。,一般来说，低压断路器所在电路的电压越高，电路切断越困难。反之，电路电压越低，切断电流越容易。在选择断路器时，必须注意额定分断电流所对应的额定电压等级。,断路器的额定分断电流，与额定电压、额定频率、短路功率因数等参数有关。,(2) 断路器的额定接通电流,断路器的额定接通电流，是指在额定参数下，按照标准动作和条件，能够接通电流的最大值。,通常，交流断路器的额定接通电流，必须大于短路后12周期时工作电路的最大计算短路电流的非对称最大峰值，即所说的短路电
13、流峰值。,通常，只对发电机用的空气断路器进行额定接通电流的校验，而对线路用的空气断路器(塑壳式断路器)未做硬性规定。,发电机主开关(万能式断路器)为实现系统选择性保护，不一定装设瞬时过电流脱扣装置，而要装设具有0.10.5秒左右的短延时过电流脱扣装置作短路保护。因此，在短路电路接通时，空气断路器要克服短路电流引起的电磁反作用力而接通，同时，一直到短延时过电流脱扣器到达整定延时之前具有通过短路电流的能力。,选择断路器的额定接通电流，必须大于其工作电路的预期非对称最大短路电流峰值。,功能条件：,船用空气断路器通常用来作为发电机主开关，必须具有过载、短路、欠压和失压等保护功能。,（1)空气断路器的合
14、闸、脱扣和锁扣,空气断路器的合闸操作方式有手动、电磁铁驱动、电动机驱动等。,手动和电动方式一般带有贮能弹簧快速闭合机构，以增加操作的可靠性。,一般小容量（断流容量不大于20kA）且不要求遥控合闸的空气断路器可选用手动合闸方式。,电磁铁合闸方式结构简单，但冲击力较大。,空气断路器的脱扣操作可以采用失压脱扣器，也可以采用分励脱扣器。许多空气断路器只能在失压和分励脱扣器两者中提供一种。,军用舰艇以往通常要求其遥控断开，故选用分励脱扣器较多；而民用船舶则常选用失压脱扣器，而在其电路中设置断开按钮来达到遥控断开的目的。,为了防止电网长时间低电压运行，造成异步电机过热或并联运行发电机的无功环流，船舶要求发
15、电机空气断路器设置欠压脱扣器。欠压脱扣器应有延时功能，以免电网短暂电压降引起误动作。,有时要求在空气断路器上设置锁扣装置。以便在紧急情况下，可以将脱扣器锁住，防止其跳闸，进行强制供电。锁扣的应用仅限于很特殊的场合和特别重要设备的供电，不宜使用过多。,1端子2外壳3手柄及位置指示4脱扣试验按钮5脱扣器6测试仪器连接孔,5.2 船舶同步发电机的保护,根据我国钢质海船入级规范2009规定，针对船舶低压同步发电机不正常运行或故障情况，船舶同步发电机主要应设置过载、短路、欠压和逆功率四种保护。,表5-1 船舶发电机抗过载能力,表5-2 发电机功率与允许空载直接启动的电动机功率关系表,一、船舶发电机外部短
16、路、过载、欠压和逆功率保护的要求,1，发电机的过载和短路保护(1) 过载10% 50% 之间：设定125% 135%，延时15 30s ，断路器(2) 过电流大于50%：设定150% 250%，0.2s 0.6s，断路器（大功率）或熔断器（小功率）250%，瞬时，断路器,2，自动分级卸载保护又称优先脱扣，对有分级自动卸载装置的发电机过载保护，当过载达110120额定值时，延时5l0s使自动卸载装置动作，自动卸掉部分次要负载。当过载达150额定值时，延时1020s，过载保护装置动作，使发电机自动跳闸。优先脱扣电流设定：长延时设定电流倍数0.9长延时脱扣器的延时为20s，若分三级脱扣时，建议延时时
17、间整定为：第一级脱扣延时：5s 第二级脱扣延时：10s 第三级脱扣延时：15s,3发电机的欠电压保护 当电机不发电情况下（U=0）闭合断路器时应瞬时动作； 当电压降低至额定电压的70% 35% 时，应经系统选择性保护要求的延时后动作。实际：85延时，报警，延时，脱扣 70% 35% ，脱扣动作器件：断路器的失压线圈,4，发电机的逆功率保护 原动机为柴油机：发电机额定功率( 电流) 的8% 15%；原动机为涡轮机：发电机额定功率( 电流) 的2% 6%。延时3 10s逆功率或逆电流保护不应失效，即使电压下降50动作元件：断路器,二、船舶发电机外部短路、过载、欠压和逆功率保护的原理,船用万能式自动
18、空气断路器的保护机构由过电流脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器及电子型脱扣器等组成过电流脱扣器：双金属片热脱扣器：反时限特性电磁式过流脱扣器失压脱扣器：4075范围内可整定电子型脱扣器：综合型保护装置,图8-1脱扣器原理示意图,塑壳式低压断路器原理图,1主触头2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,DW-98型自动空气断路器保护功能电路原理图1过电流保护2欠压延时保护,半导体脱扣器能实现，欠压延时跳闸保护，特大短路瞬时跳闸保护，短路短延时跳闸保护以及过载长延时跳闸保护。,1)欠压延时保护,发电机电压经变压器B1的第二个副边绕组降压，并经ZL1桥式整流，R24、C8
19、阻容滤波，稳压管W5稳压之后，做为晶体管直流稳压工作电源。,欠压保护的电压形成和整流滤波回路：由图中可见，发电机电压UAC，由变压器B1的第一个副边绕组降压到15V。经二极管D15半波整流，电容C5滤波，电阻Rl9、R20分压后，在R20上取出弱电直流电压控制信号。,欠压保护的起动电路和时限电路，由稳压管W4，晶体管BG5和充电延时电容C6、C7等组成。,该电压信号与发电机电压成正比，加到后面的起动电路上。,当发电机工作于正常电压时，R20上的电压可以使稳压管W4击穿，晶体管BG5处于饱和导通状态，因而其时限电路的延时电容C6被短路。BG5集电极电位约0.3V，故D17不能导通。此时，出口电路
20、不输出欠压信号。,当发电机电压低于欠压保护起动电压整定值，例如达65Ue时，R20上的电压低到不足以击穿稳压管W4，晶体管BG5截止，工作电源通过电阻R22、R23对C6和C7并联充电，电容充电达单结晶体管BT的峰值电压所需的时间，就是欠压保护的延时时间。,DW-98半导体脱扣器的欠压延时分0.5、1、3、5S四种可供选择，延时完毕，通过出口电路，发出欠压延时保护跳闸信号，使开关跳闸，实现发电机欠压延时保护。,半导体脱扣器总的出口电路由单结晶体管BT和可控硅SCR组成无触点出口电路。欠压延时、特大短路瞬时、短路短延时和过载长延时跳闸保护的动作信号，分别通过二极管D17、D18和D19来起动这同
21、一出口电路。,只要上述保护其中之一动作时，就会使触发器发出脉冲，触发SCR导通，即通过该出口电路发出跳闸控制信号。,自动空气断路器的失压脱扣器S就是一个跳闸操作机构，当S有电时，开关才有可能合上闸，而当S失电时，开关就会自动跳闸，故可使出口电路的输出通过控制S，来操作自动跳闸。,晶体管继电保护装置都是间接动作式的，因此其出口电路的输出信号，要去控制一个跳闸操作机构。,正常情况下，发电机电压经变压器Bl的第三个副边绕组降压，ZL2整流后，对S供电，其电流方向由7点到8点。,当保护装置出口电路的可控硅SCR导通时，使电源(2)通过SCR给S又加上一个方向由8点到7点的电压，此电压与电源(3)对S所
22、加电压的方向相反，相互抵消，因此使S失压，开关自动跳闸。,2)过电流保护,发电机的三相电流分别经三个电流变换器LH1LH3进行检测，经三个单相桥式整流器D1D12进行整流，由C1、C2、R1滤波之后，通过三组并联的分压器，将电流信号最后变换成弱电直流电压控制信号。显然，分压器输出电阻上的弱电直流电压控制信号与发电机的强电交流电流信号成正比。,在电路图中，从左至右，第一组分压器R2、R26、R3为特大短路瞬时跳闸保护的信号检测电路；第二组分压器R4、R27 、R5为短路短延时保护的信号检测电路；第三组分压器R28、R6为过载长延时保护的信号检测电路。,(1)过电流保护的电压形成和整流滤波回路,(
23、2)特大短路瞬时跳闸保护的起动电路,所谓“特大短路”，在这里是指接近电源处发生短路。因为短路路径特短，阻抗很小，故短路电流特别大。由于要求快速性，因此采用电流速断保护，瞬时动作跳闸。,特大短路保护的起动电路由稳压管W3和二极管D18构成。正常情况下W3截止，保护不动作。,当发生特大短路时，由R26整定的电压足以使W3击穿。通过D18，使C7迅速充电，BT几乎立即发出脉冲，触发SCR导通，使S失电，开关瞬时动作跳闸，此即实现了特大短路瞬时跳闸保护。,调整R26/1，可以在(510)Itkoe的范围内整定起动电流值。这里)Itkoe是指脱扣器LH1LH3的额定电流，而不是开关或发电机的额定电流。例
24、如：DW98400型开关的脱扣器额定电流的规格为100、150、250、300、400 A。DW9 8600的为500、600A。因而，在选择电流变换器LH时，要考虑到LH额定电流与发电机额定电流的相互配合。,(3)短路短延时跳闸保护的起动和时限电路,在离电源较远处发生短路时，发电机也会出现较大电流，根据保护选择性的要求，首先应由发生短路那一级的保护装置动作。若该保护装置失灵拒绝动作或动作迟缓了，发电机的短路短延时保护作为前一级保护的后备保护才动作，故它们需要有一个延时时限上的配合。,短路短延时保护的起动电路和时限电路，主要由稳压管W2，晶体管BG3、BG4构成的射极耦合触发器式起动电路及充电
25、延时电容C4组成。短路短延时保护的控制信号从检测环节的R27、R5输出，经D14、W2、R14加到作为监控器BG3的基极上。,在正常情况下，电流小于短路短延时的起动电流整定值，由分压器输出的电压低于稳压管W2的击穿电压值，W2截止，BG3无基极电流，亦截止，BG4饱和导通，C4上电压甚低，D19截止，故出口电路不工作。,当发生短路时，电流增大，由R27整定输出的直流控制电压使W2击穿，于是BG3导通，BG4截止。由BG4的工作电源经电阻R16、R32对C4充电。当C4上的电压使D19正向导通后，C4与C7并联而被充电。电容被充电达BT峰点电压的时间，即为时限电路的延时时间。当充电达BT峰点电压
26、时，BT发出脉冲，一触发SCR导通，使S失压，开关跳闸，从而实现了短路短延时跳闸保护。,对短路短延时保护，调整R27/1的动触点，可在(35) Itkoe的范围内整定起动电流值。调整R32的大小，可在(0.20.6)秒范围内整定延时时限，保护具有定时限特性。,(4)过载长延时保护的起动电路和时限电路,过载长延时跳闸保护的起动电路和时限电路，主要由稳压管W1，晶体管BG1、BG2构成射极耦合触发器式起动电路及电阻R11、R30、电容C3构成的充电延时电路组成。,发电机过载信号，由电位器R28/1整定的电压取得。这一电压，一方面作为BG1、BG2直流工作电源，另一方面又经电阻R7和R8进行分压并从
27、R8上取出电压信号加到起动电路的W1和BG1基极上。,对过载长延时保护，调整R28/1的动触头，可以在(1.02.5) Itkoe的范围内整定过载起动值。当起动值整定在1.2Itkoe时，调整R30的动触头，可在(530)s之间整定长延时的时间。,在发电机正常工作时，R8上的电压较低，稳压管W1是截止的，BG1无基极电流，也处于截止状态，BG2饱和导通，保护装置不动作。,当出现过载时，R8上的电压升高，使W1击穿，BG1饱和导通，BG2截止。这时，从R28/1上取得的电压信号，经R11、R30直接对C3充电。C3上的电压按指数规律上升，进行延时。当C3上的电压上升到足以击穿W2时，延时完毕。W
28、2被击穿后，同短路短延时保护动作过程一样，开关跳闸，从而实现了过载长延时保护。,在分析这一部分电路时，应注意两点：,长延时的信号是经过短延时信号的通道送出去的，但由于长延时时间远大于短延时的时间，因此长延时的时间主要决定于C3充电电路的时间常数。,对C3充电的电源电压是由过电流信号变换过来的，是随过载的大小而成正比变化的电压，因此虽然C3充电电路的时间常数不变，但延时不是定时限的，过载小时延时时间长，过载大时延时时间短，这就使过载长延时保护具有反时限特性。,逆功率保护及逆功率继电器,三、船舶发电机外部短路、过载、欠压和逆功率保护参数的调整,调整原则：与要求一致参数设置与调整电流互感器的变比发电
29、机的铭牌断路器铭牌参数调整过电流：电流发生电路：调压器变压器电流表欠电压：调压器变压器（升压）逆功率：GG21，机械,四、电网绝缘监视系统的工作原理及接地故障的排查,1M，0.5M1绝缘指示灯：单相接地检测2电网绝缘监测：电网对地绝缘电阻越低，表头指针偏转就越大,规范规定,53 船舶电网的保护,1船舶电网的过载保护2船舶电网的短路保护3岸电相序和断相保护4船舶电网单相接地监视及绝缘检测,1船舶电网的过载保护,由于船舶电网多为单侧电源、幅射形线路，线路导线截面又都是与发电机及用电设备的容量相配合的，因此对船舶电网的过载保护，一般不需要特殊考虑和装设专门的保护装置。,对于给舵机供电的线路，不论是舵
30、机本身还是线路，都不装过载保护装置。,船舶电网中可不必考虑过载保护，也就是说，主配电板、应急配电板以及区域分配电板上的馈电开关可以不设过载保护。然而，由于考虑到船上电动机的过载保护一般都用热继电器，它们的动作特性因受到环境温度影响而不太可靠；又当电缆绝缘破坏时，实际电流可能超过用电设备的总电流而出现过载，因此，现代船舶电网中这些馈电开关均选用装置式自动开关。虽然其过载脱扣器不会对电网的过载保护有多大意义，但对于提高电网的工作可靠性却是有一定作用的。,2船舶电网的短路保护,由于船舶电力系统中发电机和用电设备的短路保护装置，都尽量设在靠近电源侧的出线端，因此对电网的短路保护，也不需要装设专门的保护
31、装置。,为了保证船舶电网继电保护具有选择性，除了以时间和电流原则，合理选择和整定保护装置之外，还应尽力减少从主配电板到用电设备之间分段保护的级数。否则，快速性将受到限制，而整个系统实现选择性保护也是有困难的。因为船舶电网线路较短，按电流原则实现选择性保护很困难，所以对于电动机的线路，自主配电板开始，分段保护一般不多于4级。对于照明线路，自主配电板开始，分段保护一般不多于5级。,船舶电网短路保护多采用时间原则和电流原则综合原则。在主配电板和应急配电板上的馈电开关，一般不设带延时的短路保护，而多采用按电流原则整定的装置式自动开关，其电磁瞬时脱扣时间可达0.020.05s。电网的末级（最接近用电设备
32、的一级），可用熔断器对末端电网及电动机作短路保护。,3岸电相序和断相保护,船舶在接用岸电时，当相序接错或少接一相时，电动机将发生反转或单相运行，从而导致电力拖动装置在机械或电气方面的受损或破坏。为了防止这样的故障发生，岸电应该设置相序及断相保护。相序及断相保护由负序继电器完成。当相序接错或少接一相时，负序继电器的触点使岸电开关的失压脱扣器线圈失电，确保岸电开关不能合闸。,为避免船舶电网供电时接入岸电而发生非同步并联事故，所有船舶发电机(包括应急发电机)的主开关与岸电开关之间有联锁保护。只要有船舶发电机供电，岸电开关自动跳闸或岸电开关合不上闸。,在接入岸电时，除保证岸电与船电的电压、频率参数一致
33、外，还必须保证岸电相序与船电相序一致，否则，电动机将反转，其他与相序有关的用电设备也会工作不正常。,4船舶电网单相接地监视及绝缘检测,船舶交流三相电力系统，通常都采用中性点绝缘的三相三线制，船舶电网如果发生单相接地，虽然不影响三相电压的对称性也不影响动力用电设备的正常工作，但存在两种危险性隐患：,1.增加了人体触电的危险性，当人体触及带电体时，使人体通过接地相直接与线电压构成导电回路。,2.存在如果另外一相再发生接地便造成线间短路的危险性。,为了保障电网的正常运行，对电网的绝缘电阻也是有一定要求的。电网对地绝缘电阻的检测，按规范要求，船舶电网的绝缘电阻不得低于2M。,由于船舶电网几乎总是带电的
34、，因此不能采用普通的摇表来测量电网对地的绝缘程度，通常用绝缘指示灯(俗称地气灯)监视单相接地，用专用配电盘式兆欧表或绝缘监视仪监视电网绝缘电阻。,1）地气灯法,2） 绝缘检测,为了保障电网的正常运行，对电网的绝缘电阻也是有一定要求。,在电网不带电情况下可用摇表来测量绝缘电阻，而船舶电网对地绝缘电阻的检测，要求能带电进行。一般采用专门的配电盘式兆欧表来测量，它安装在主配电盘上。,3）船舶电网接地故障的查找,船舶电网接地故障大多发生在照明电网，一般在机舱值班巡视中，通过配电盘上的兆欧表，机舱值班员可以知道船舶电网发生了接地故障，应及时找到接地故障点，排除接地故障，消除隐患。,1）首先打开配电板式兆
35、欧表测量照明网络，如果电网有接地故障，兆欧表指示此时为0。,2）在主配电板前，逐个拉掉照明配电开关，查看兆欧表指示是否恢复正常值，若仍为0，说明接地点不在这一配电区域，故应合上这一配电开关。,船舶电网接地故障点的查找步骤如下：,3）拉区域开关的次序一般应为：船员居住区甲板照明区机舱照明区驾驶室照明及其通导设施。,4）找到发生接地故障分配电开关后，切断该路供电，关上兆欧表开关。,5）在分配电箱前，首先应将配电箱内保险丝全部拆下或将支路配电小开关全部拉下，这样各个支路间互相隔离，然后运用便携式兆欧表来查找二次配电网络，逐个测量分支电路对地绝缘状况。,6）找到接地的分支电路后，除这一路分配电开关或保
36、险丝外，合上其余配电小开关或装上其余保险丝，在主配电板前合上这一路配电开关向其正常负载供电。,7）在查找具体接地点时，应从中间接线盒(如两个房间中间的)断开，来测量判断是哪一小区域(如房间)接地。,8）由于小区域(房间)中只有有限的几个供电点，一般不超过5个点，应逐一检查每个供电点。主要检查插座、可以移动的电器，若不是则接着查找灯头、插头、开关部分引线，检查灯头、插头、开关内部状况，经过这些检查仍找不到接地点时，应检查接线盒至用电器间电缆，这就需要通过拆卸墙壁板、天花板来逐一查找，直至找到接地故障点，排除之。,54 船舶变压器和负载的保护,1船舶变压器的保护2船舶负载的保护1）照明类负载的保护
37、2）电动机类负载的保护,1船舶变压器的保护,对变压器仅设短路保护以及供电电网的绝缘检测。当变压器绕组中出现短路电流或过载电流等现象时，可采用带过流脱扣器的自动开关保护。为了预防变压器故障蔓延，一般要求瞬时地把变压器一次侧及二次侧的线路同时切断。变压器原边侧熔断器FU1熔断电流的选择可由IPE = Krel I1N来确定。通常取Krel =34对变压器副边侧的熔断器的熔断电流，可按（1.11.2） 来选择,2船舶负载的保护,1）照明类负载的保护,可采用装置式断路器或熔断器实现过电流保护。,在船舶照明类负载保护中，通常16A以下的分支电路多采用熔断器。对于一般回路，熔断器的额定电流选择应与负荷电流
38、一致。,电动机负载是船舶电力系统中的主要负载，且很多属重要负载，因此，船舶规范对其保护的要求较明确，容量大于0.5kW电动机和所有重要设备的电动机均应设有独立的过载保护，短路保护和欠电压保护。而对于高压大容量的电动机，应设专门的继电保护装置。通常保护装置设置在配套的电气控制柜中，由设备制造厂成套供给。,2）电动机类负载的保护,55 船舶电力系统故障分析与处理,1 引起船舶电力系统故障的主要原因2 船舶同步发电机失、欠压故障分析与排除3 并车故障典型案例分析4 发电机主开关跳闸的应急处理,1 引起船舶电力系统故障的主要原因,1）设备本身发生故障2）由于操作不当而引起的故障3）恶劣环境条件影响而引
39、起的故障4）意外发生的各种事故,2 船舶同步发电机失、欠压故障分析与排除,1）首先充磁； 2）检查、调整自励回路阻抗；3）检查励磁回路； 4）检查调压器。,3 并车故障典型案例分析,船舶发电机调压器、调速器的故障，对船舶电力系统影响大，应特别关注。例如某发电机单机运行正常，并联后，两台发电机的功率表读数相等且稳定，但两台发电机的电流表读数波动较大，电网电压也有波动，最终引起某台发电机主开关跳闸。又如：某发电机组单机运行还能正常带负载运行，但柴油机调速相对其他机组迟钝，并联后，电网电压稳定，但功率表、电流表读数波动均较大，最终引起发电机主开关跳闸。,4 发电机主开关跳闸的应急处理,1）常规非自动
40、化电站主开关跳闸的处理（1）航行中主开关突然跳闸短路、电气设备故障、运行机组故障（2）并车时跳闸操作不当（3）装卸货时跳闸过载、大冲击,首先应答报警、消声，复位过流继电器、逆功率继电器（视具体船舶电站而定，有些不需要复位）；此时应暂将起货机电源开关断开，同时应立即合上发电机主开关，按功率大小及重要性逐级启动各类负荷；再启动备用机组，按并车条件进行并车操作，最后再启动大负荷投入运行。,故障后操作,2）船舶自动化电站全船电网失电的处理一般故障，系统自动处理，值班人员仅需要按照报警指示故障进行相应检查、排除故障即可。对于短路故障将会造成主开关跳闸、全船电网失电、机组停机，仅有声光报警。报警指示发生短
41、路故障，自动化电站的控制系统会自动切换至手动状态，且发出“阻塞”信号。此时，即使各台发电机的方式选择开关仍在“自动”位，由于阻塞信号的作用，各台发电机实际已处于“手动”状态。,此时值班人员切忌启动备用机组，合闸供电。首先应查看报警指示，应答后到主配电盘后面仔细检查汇流排何处发生短路，找到短路点进行排除处理。只有找到并排除故障，手动按下“复位”按钮，才能解除“阻塞”信号，使发电机恢复“自动”状态。,正确处理后才可按复位按钮，系统将解除阻塞，恢复至自动状态，此时值班人员可遥控启动发电机组投入电网运行。,思考题（1）船舶电力系统的综合保护有哪些？（2）对保护装置的基本要求有那几项？（3）简述船舶发电
42、机的保护内容和具体指标。（4）电网的保护内容和具体措施有那些？（5）简述地气灯检测绝缘故障的原理。（6）船舶变压器的保护有哪些要求？（7）简述照明负载和电动机负载的保护要求。（8）简述常规非自动化电站主开关跳闸的处理措施。（9）引起船舶电力系统故障的主要原因有哪些？,12.6 船舶电力系统的保护及保护装置,保护装置有四项基本要求,1） 选择性 船舶电力系统继电保护的选择性是指当电力系统发生故障时，继电保护装置应仅把故障电路切除，使停电范围尽量缩小，从而保证船舶电力系统中其它非故障部分仍然能够继续安全地运行。,2）速动性速动性就是要求保护装置的动作时限应力求短。迅速切除故障可减轻被保护设备的损坏
43、程度、防止故障蔓延，并减少对非故障电路的影响。,3） 灵敏性保护装置的灵敏性是指对于其保护范围内的故障或不正常工作状态的反应能力。,4） 可靠性 继电保护装置的可靠性是指装置本身要能可靠地工作。对它保护范围之内的故障，不应拒绝动作；,保护装置的基本要求： 选择性、可靠性、 快速性、灵敏性。,保护对象是电缆和电线。（电网是全船输电电缆和电线的总称） 保护内容： 1.短路保护， 2.过载保护， 3.单相接地及绝缘监测， 4.岸电相序及断相保护。,12.6.1 船舶电网的保护,一次系统： 由发电机、送电线路、变压器、断路器等，发电、输电、变电、配电等设备组成的系统。它们是电力系统的主体，其功能是将发
44、电机所发出的电能，经过输变电设备，逐级降压送到配电系统，而后再由配电线路把电能分配到用户。,二次系统：是由继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化等组成的系统。二次系统是电力系统不可缺少的重要组成部分，它是实现人与一次系统的联系监视、控制，使一次系统能安全经济地运行。,过载保护方法： 船舶电网一般不单独设置过载保护装置（电网过载保护通常与用电设备共用一套过载保护装置，装在出线端）。注意： 1.“不单独设置过载保护”并非“不保护”，而是由负载“顺带”保护； 2.舵机线路（主、控制线路都）不设置过载保护装置 保证舵机紧急时的可使用。,1、过载保护,保护原则：应具有选择性，避免造成不必要的断电。
45、 动作值整定原则： 按时间原则和按电流原则。.按时间：各级开关或保护装置的动作时间整定值朝发电机方向逐级增大；.按电流：动作电流的整定值也是朝发电机方向逐渐递增。 保护装置：1.万能式自动断路器（发电机主开关），2.装置式自动断路器（配电板或应急配电板），3.熔断器（末级保护）。,2、船舶电网的短路保护,实际做法及要求：1.发电机至万能式自动开关短路可能性小，可不设；2.主配电板至用电设备部分与用电设备共用一套；3.主配电板至分配电板可采用装置式断路器或熔断器；4.主汇流排至电动机的保护级数不超过4级，至照明负载保护级数不超过5级 （否则难整定，难以满足“选择性和快速性”）。,单相接地造成潜在
46、性危害，因此保护装置要求提示性（或监测性），不要求切除性。,3、船舶电网绝缘监视,方法：常用绝缘指示（地气）灯。 暗，该相绝缘不好， 灭，该相接地。,绝缘监测：地气灯难以获得具体的绝缘电阻，通常采用兆欧表（带电测量式或安装式兆欧表） 电网绝缘电阻不应低于2M。,观察兆欧表，其指示为0，即某地接地在配电板前，逐个拉掉照明配电开关，查看其是否恢复正常找到后，切断该路供电，关兆欧表逐个测量分支电路对地绝缘情况,4、照明网络接地故障的查找,12.6.2 同步发电机的保护及保护装置,主要内容：1.了解船舶发电机保护的目的；2.知道发电机保护的种类；3.掌握具体保护的要求。 保护目的：发电机是重要设备，是
47、船舶安全航行的保障。 一般设有：外部短路保护、过载保护、欠压保护和逆功率保护。,1、过载保护,定义：发电机输出功率或电流超过其额定值 保护原则：保护发电机不受损坏，尽量不中断供电，且应避开短暂过载。 措施： 由空气断路器的“过电流脱扣器”或“热脱扣器”等动作跳闸，实现保护。 自动分级卸载装置：（也属过载保护）卸次要负载、延时动作。,钢质海船建造规范规定： 无自动分级卸载时：出现1.251.35倍额定电流后，延时1520s跳闸； 有自动分级卸载时：出现1.5倍额定电流后，延时1020s跳闸。,短路的原因： .维护保养不周； .绝缘老化； .机械损伤； .误操作等。 保护原则： .总体：“既要保护
48、发电机，又要保证供电” ； .具体：“时间原则”和“电流原则”相结合,2、外部短路保护,措施： 由过流脱扣器或综合保护装置实现。 .小电流，延时； 远端短路保护，避免大面积停电。小电流是比近端短路小的短路电流，不是过载电流。为了区分过载还是远端短路，所以要延时。 .大电流，瞬时； 近端短路保护，发电机应立即跳闸（因为已经没有其它保护）。,整定值： .小电流：35倍的额定电流，0.20.6s。 .大电流：5 10倍的额定电流，瞬时动作。,1、保护选择性2、时间原则，电流原则3、反时限,危害： 不能正常工作，电动机过电流。 保护： 已经并网的发电机：脱开；未并网的发电机：不能并网。 措施（保护元件）：空气断路器的失压脱扣器钢质海船建造规范规定： 分段不同。 电压为额定值的70% 80%时：延时1.5 3s动作； 电压为额定值的40% 70%时：瞬时动作。,3、欠压保护,4、逆功率保护,逆功率原因：主要是操作不当。危害：增加电网负担，可能损坏原动机（发电机变成电动机）。 保护要求： 整定值：逆功率大小为额定功率的5%15%，延时110s动作。 措施（保护元件）： 通常采用“逆功率继电器”作为保护元件。 逆功率继电器： 反映有功功率大小和方向,
