韓 旗 (海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室 上海 200011)

徐國(guó)順 (海軍工程大學(xué) 武漢 430033)

艦船交流電力系統(tǒng)對(duì)地電容測(cè)量方法及其應(yīng)用*

韓 旗 (海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室 上海 200011)

徐國(guó)順 (海軍工程大學(xué) 武漢 430033)

艦船交流電力系統(tǒng);附加電容;對(duì)地電容;測(cè)量方法

針對(duì)艦船三相交流電力系統(tǒng),提出了采用附加電容的對(duì)地電容測(cè)量方法,并設(shè)計(jì)出測(cè)量系統(tǒng),進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。證明該測(cè)量方法可以安全、準(zhǔn)確地測(cè)量電網(wǎng)的對(duì)地電容,為電網(wǎng)消弧線圈設(shè)計(jì)選型提供了依據(jù)。

0 引 言

我國(guó)艦船電網(wǎng)大都采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行,單相接地時(shí)允許短時(shí)間帶電故障運(yùn)行。但隨著艦艇電網(wǎng)的擴(kuò)大、電纜出線的增多以及設(shè)備接地電容的增加,單相接地后流經(jīng)故障點(diǎn)的電流較大,由電容電流產(chǎn)生的弧光易引起火災(zāi)等事故,嚴(yán)重危害艦船電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為使接地電流減小、達(dá)到自然滅弧,應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。而要確定消弧線圈的電感量,必須要有一個(gè)準(zhǔn)確的對(duì)地電容值。由于在艦船建造中電纜的使用長(zhǎng)度和敷設(shè)情況難以控制,電網(wǎng)對(duì)地電容無(wú)法在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算得出,必須在建造完成后通過(guò)測(cè)量而得。通?？梢圆捎脝蜗嘟尤肴f(wàn)用表對(duì)地短路的方法測(cè)得對(duì)地短路電流,從而推算出電網(wǎng)對(duì)地電容。但該方法較危險(xiǎn),可能危害操作人員的安全。

本文針對(duì)艦船三相交流電力系統(tǒng),提出了采用附加電容的對(duì)地電容測(cè)量方法,并設(shè)計(jì)出測(cè)量系統(tǒng),進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果證明該測(cè)量方法可以安全、準(zhǔn)確地測(cè)量電網(wǎng)的對(duì)地電容,為電網(wǎng)消弧線圈設(shè)計(jì)選型提供依據(jù)。

1 測(cè)量原理

ABC別為三相對(duì)地集中電容,忽略三相對(duì)地電導(dǎo)。

1.1 ΔC未投入時(shí)

當(dāng)電網(wǎng)三相對(duì)地集中電容不平衡時(shí),電網(wǎng)中性點(diǎn)將產(chǎn)生一位移電壓按圖1測(cè)量模型可以計(jì)算出:

圖1 電力系統(tǒng)對(duì)地電容測(cè)量模型

則A相對(duì)地的電壓為:

同理可得B、C相對(duì)地的電壓分別為:

1.2 將一電容ΔC加于A相與地之間

根據(jù)式(3)ΔC兩端的電壓為:

由式(8)可知,在ΔC已知的條件下,只需測(cè)量電網(wǎng)正常工作時(shí)某一相(如A相)的對(duì)地電壓(如UA)以及該相接入附加電容ΔC之后的對(duì)地電壓(如U′A),即可求出系統(tǒng)三相對(duì)地總電容。

這種方法的好處在于:測(cè)量結(jié)果的精確度只依賴于投入的附加電容的值,只要投入的附加電容恰當(dāng),其測(cè)量結(jié)果是比較精確的。另外這種方法還能計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地時(shí)的故障點(diǎn)電流,無(wú)需另外投入其他設(shè)備,方便安全,并且電容的短期投入也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的絕緣產(chǎn)生大的影響。

2 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)

在ΔC已知且精度較高的條件下,測(cè)量結(jié)果的精確度取決于電網(wǎng)正常工作時(shí)某一相(如A相)的對(duì)地電壓(如UA)以及該相接入附加電容ΔC之后的對(duì)地電壓(如U′A)的測(cè)量精度。

圖2 測(cè)量系統(tǒng)框圖

測(cè)量系統(tǒng)由MCS-51單片機(jī)構(gòu)成,模塊設(shè)計(jì),采用全數(shù)字化處理技術(shù),具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。MCS-51單片機(jī)是核心,所有控制和計(jì)算都由它來(lái)完成。其構(gòu)成如圖2所示,由SSR開(kāi)關(guān)、電壓傳感器、真有效值變換器、A/D轉(zhuǎn)換器等模塊組成。單片機(jī)控制SSR使電容ΔC投入或切除,投入前后的A相對(duì)地電壓UA或U′A通過(guò)電壓互感器降壓后,經(jīng)真有效值變換器變換成與交流有效值成正比的直流信號(hào),經(jīng)A/D采集輸入單片機(jī)系統(tǒng),根據(jù)公式(8),經(jīng)單片機(jī)計(jì)算后即可得到∑C。表1為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

從試驗(yàn)情況看,附加電容的測(cè)量方法具有較高的精度,具備工程應(yīng)用的價(jià)值。

表1 附加電容法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié) 語(yǔ)

本文利用附加電容的方法測(cè)量艦船三相交流電網(wǎng)的對(duì)地電容,安全方便,在電網(wǎng)對(duì)地電導(dǎo)較小且附加電容值選擇恰當(dāng)?shù)那闆r下,測(cè)量精度較高,具有很好的實(shí)用價(jià)值。

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Measurement and Application for the Ground Capacitance in the Naval Vessel AC Power System

Han Qi Xu Guoshun

naval vessel AC power system;building out capacitor;ground capacitance;measurement

For the naval vessel three-phase AC power system,this paper proposes a building-out capacitor method for measuring the ground capacitance and schemes out a measurement system.This method is validated by experiments to be capable of measuring the ground capacitance safely and accurately,and it can provide basis for the design of the arc extinction loop in power system.

U 665

A

1001-9855(2010)06-0042-03

2010-09-06

韓 旗(1970.12-),男,漢族,浙江杭州人,工程師,主要從事艦船電氣設(shè)計(jì)研究工作。

徐國(guó)順(1969.09-),男,漢族,湖北武漢人,副教授,主要從事艦船電力系統(tǒng)教學(xué)與研究工作。