舰船交流电力系统对地电容测量方法及其应用*

韩 旗 (海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室 上海 200011)

徐国顺 (海军工程大学 武汉 430033)

舰船交流电力系统对地电容测量方法及其应用*

韩 旗 (海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室 上海 200011)

徐国顺 (海军工程大学 武汉 430033)

舰船交流电力系统;附加电容;对地电容;测量方法

针对舰船三相交流电力系统,提出了采用附加电容的对地电容测量方法,并设计出测量系统,进行了试验验证。证明该测量方法可以安全、准确地测量电网的对地电容,为电网消弧线圈设计选型提供了依据。

0 引 言

我国舰船电网大都采用中性点不接地方式运行,单相接地时允许短时间带电故障运行。但随着舰艇电网的扩大、电缆出线的增多以及设备接地电容的增加,单相接地后流经故障点的电流较大,由电容电流产生的弧光易引起火灾等事故,严重危害舰船电力系统的正常运行。为使接地电流减小、达到自然灭弧,应装设消弧线圈。而要确定消弧线圈的电感量,必须要有一个准确的对地电容值。由于在舰船建造中电缆的使用长度和敷设情况难以控制,电网对地电容无法在电力系统设计时准确计算得出,必须在建造完成后通过测量而得。通常可以采用单相接入万用表对地短路的方法测得对地短路电流,从而推算出电网对地电容。但该方法较危险,可能危害操作人员的安全。

本文针对舰船三相交流电力系统,提出了采用附加电容的对地电容测量方法,并设计出测量系统,进行了试验验证。结果证明该测量方法可以安全、准确地测量电网的对地电容,为电网消弧线圈设计选型提供依据。

1 测量原理

ABC别为三相对地集中电容,忽略三相对地电导。

1.1 ΔC未投入时

当电网三相对地集中电容不平衡时,电网中性点将产生一位移电压按图1测量模型可以计算出:

图1 电力系统对地电容测量模型

则A相对地的电压为:

同理可得B、C相对地的电压分别为:

1.2 将一电容ΔC加于A相与地之间

根据式(3)ΔC两端的电压为:

由式(8)可知,在ΔC已知的条件下,只需测量电网正常工作时某一相(如A相)的对地电压(如UA)以及该相接入附加电容ΔC之后的对地电压(如U′A),即可求出系统三相对地总电容。

这种方法的好处在于:测量结果的精确度只依赖于投入的附加电容的值,只要投入的附加电容恰当,其测量结果是比较精确的。另外这种方法还能计算出系统发生单相金属性接地时的故障点电流,无需另外投入其他设备,方便安全,并且电容的短期投入也不会对系统的绝缘产生大的影响。

2 测量系统设计和试验

在ΔC已知且精度较高的条件下,测量结果的精确度取决于电网正常工作时某一相(如A相)的对地电压(如UA)以及该相接入附加电容ΔC之后的对地电压(如U′A)的测量精度。

图2 测量系统框图

测量系统由MCS-51单片机构成,模块设计,采用全数字化处理技术,具有性能稳定、抗干扰能力强、可靠性高等特点。MCS-51单片机是核心,所有控制和计算都由它来完成。其构成如图2所示,由SSR开关、电压传感器、真有效值变换器、A/D转换器等模块组成。单片机控制SSR使电容ΔC投入或切除,投入前后的A相对地电压UA或U′A通过电压互感器降压后,经真有效值变换器变换成与交流有效值成正比的直流信号,经A/D采集输入单片机系统,根据公式(8),经单片机计算后即可得到∑C。表1为试验数据。

从试验情况看,附加电容的测量方法具有较高的精度,具备工程应用的价值。

表1 附加电容法试验数据

3 结 语

本文利用附加电容的方法测量舰船三相交流电网的对地电容,安全方便,在电网对地电导较小且附加电容值选择恰当的情况下,测量精度较高,具有很好的实用价值。

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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

韩 旗(1970.12-),男,汉族,浙江杭州人,工程师,主要从事舰船电气设计研究工作。

徐国顺(1969.09-),男,汉族,湖北武汉人,副教授,主要从事舰船电力系统教学与研究工作。