多功能保护器在内河船舶主配电板中的应用

陆 智

（广西壮族自治区北海船舶检验中心，广西北海 536000）

0 引言

我国沿海航区航行的500总吨以下海船主配电板多采用带失压脱扣器、热脱扣器等众多附件的塑壳式断路器作为发电机的保护开关，存在价格高、体积大、重量重、调整不方便和故障率高等不足之处[1]，而当前广西区内新建造的内河货船普遍采用多功能保护器搭配仅带分励脱扣器的塑壳式断路器作为发电机以及船舶电力系统的保护开关，该方案价格低、体积小、重量轻、保护特性完善，得到市场的认可。结合对某一内河船舶主配电板产品的装船检验与思考，简要分析西江流域内河货船发电机单机运行电力系统的保护方案，以期为我国沿海航区航行的500总吨以下海船以及广西区外内河货船主配电板技术改造与优化提供一种思路。

1 多功能保护器的工作原理

多功能保护器由电流检测、电压检测、电流比较、电压比较、数据处理、报警执行、保护执行等单元电路构成[2]。由电流互感器采集主配电板汇流排的电流并输入多功能保护器中的电流检测和电压检测单元中，检测出的当前电流、电压经过电流比较和电压比较单元输出差值，再经过单片机进行数据处理后，启动报警执行或保护执行单元中的相关继电器，实现预报警、过载长延时、过载短延时、欠压保护功能。

2 西江流域内河货船发电机单机运行保护方案

西江是华南地区最长的河流，航运量位居全国第二位，仅次于长江。航行于西江流域的货船机电设备较少、电力负荷较低、电动机启动不频繁，多采用发电机单机运行。图1是船舶主尺度为73.8 m×15.8 m×5.7 m（长×宽×深）的多用途货船主配电板原理图，该船型在当前的西江流域较为流行[3]。该船型发电机额定功率30 kW，额定电压400 V，额定电流54 A，采用WD-DB-A型多功能保护器搭配带分励脱扣器的四极塑壳式断路器作为发电机的保护开关，利用WD-DB-A型多功能保护器自带的过载长延时、过载短延时、欠压和预报警等保护功能，给塑壳式断路器的分励脱扣器输出一个分断信号，使分励脱扣器得电动作，从而使塑壳式断路器分断跳闸，实现对发电机的保护，满足中国船级社《钢质内河船舶建造规范》（2016）的“容量大于24 kW的发电机应采用能同时分断所有绝缘极的断路器进行过载和短路保护”的规定。

图1 主配电板原理图

2.1 WD-DB-A 型多功能保护器接线方法

图2是WD-DB-A型多功能保护器接线图，从四极断路器引出380 V电源接在多功能保护器的电源接口端，再将主线路中的3个电流互感器分别接在多功能保护器的4/5、6/7、8/9端口，再将多功能保护器的分断输出23/24常开端口接线至断路器的分励脱扣器，多功能保护器的报警输出20/21端口可接线至驾驶室，输出预报警信号。

图2 多功能保护器接线图

主配电板内部设备接线需要注意以下几点：1）3个电流互感器分别和多功能保护器、1号发电机电流表PA1串联在一起，同样方法接入PA2和PA3；2）设置3个220 V交流接触器KM，电流测量转换开关、220 V电源、交流接触器线圈之间需串联，并接好触头线路，使在测量A相电流时，KM1的常开触头分别与其他2个电流互感器并联，使其短接放电，避免电击伤人，同样方法接入KM2和KM3；3）设置3个中间继电器KA，KA1线圈与1号发电机220 V电源串联，常闭触头分别与PA2、PA3串联，同样方法接入KA2和KA3，确保3个电流表之间互相独立工作，分别测量3台发电机的电流，满足《钢质内河船舶建造规范》（2016）“每台发电机配备1个电流表”的要求。

2.2 WD-DB-A 型多功能保护器参数设置方法

图3是WD-DB-A型多功能保护器面板示意图，面板上详细标注了多功能保护器参数设置方法。在接好线路后，接通电源，按下“菜单”键3 s，显示窗口显示，按动“上”“下”键，当显示“EU1.0”项目时，输入电压变比，无电压互感器接入直接输入EU1.0；当“I≈”“I电流”同时灯亮时，输入预报警电流59.4 A；当“I≈”灯亮时，输入预报警延时时间15 s；当“I＞”“I电流”同时灯亮时，输入过载长延时电流67.5 A；当“I＞”灯亮时，输入过载长延时时间20 s；当“I＞＞”“I电流”同时灯亮时，输入过载短延时电流135 A；当“I＞＞”灯亮时，输入过载短延时时间0.6 s；当“U”“U电压”同时灯亮时，输入欠压电压240 V；当“U”灯亮时，输入欠压延时时间8 s。再按下“确认”键3 s即可完成参数设置。

图3 多功能保护器面板示意图

航行于西江流域的货船多采用发电机单机运行，不并联运行，根据《钢质内河船舶建造规范》（2016）规定本可以不用设置欠压保护，但是考虑到欠压对船用电动机等用电负载的影响巨大；且部分船东为节省发电机组燃油消耗量，会调小发电柴油机的油门，导致发电柴油机的转速下降，根据发电机频率和转速之间的公式f=np/60可知，发电机发出的频率将会相应下降；此外，在停泊等工况需要关停发电机时，部分船东会通过调小发电柴油机的油门直至关停发电机组，如果此时发电机欠压保护延时时间设置过短，将导致主配电板断路器跳闸。经过实船试验，将多功能保护器欠压保护参数设置为240 V，延时时间设置为8 s较为合适。

以上所设置的参数满足《钢质内河船舶建造规范》（2016）[4]和《船用交流低压配电板通用技术条件》（GBT 11634—2000）[5]的规定。

3 采用多功能保护器保护三相四线电力系统的优点

近两年来，西江流域新建内河货船普遍采用多功能保护器保护交流三相四线中性点接地的电力系统，该系统具有以下优点。

3.1 体积小、重量轻

图4是西江流域新建内河货船主配电板外视图，该主配电板长800 mm、宽330 mm、高1 200 mm，单屏壁挂式，一般布置在机舱前壁，占用地方小，重量轻，可以为机舱安装其他设备腾出空间，同时可以减轻机舱的重量，增加载货量。

图4 主配电板外视图

3.2 故障率低、反应迅速

由于主配电板内的断路器仅设一个分励脱扣器，相比其他搭配失压脱扣器、热脱扣器、报警触头等众多附件的断路器，因脱扣器线圈烧断引起断路器故障的几率大幅度下降，且主配电板配备采用集成电路设计的多功能保护器，保护动作灵敏、迅速，使电动机等用电设备得到及时的保护，避免电动机、发电机烧坏等事故的发生。

3.3 保护参数设置简单、调整方便

多功能保护器提供一个清晰的显示屏，可以为用户提供精准、一目了然的保护参数设置界面，用户只需要根据显示参数名称，按下相关按键即可完成保护参数的设置及调整，整个过程简单、方便。

4 结论

本文分析的多功能保护器经济实用，采用该多功能保护器的内河货船主配电板安全可靠，为发电机、用电设备以及船舶电力系统安全长效运行提供满意的保护效果，满足《钢质内河船舶建造规范》的要求，对广西区外内河货舶以及我国沿海航区500总吨以下海船的电力保护系统有一定借鉴作用，对推动多功能保护器在船舶主配电板中的应用及研究有一定推进效果。