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法丁电力弧光保护装置与中船海装规范的适配性分析

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一、背景与目的

中船海装风电有限公司(以下简称"中船海装")于2024年11月11日发布并实施企业技术标准《Q/HZJ 030583—2024 风力发电机组 弧光保护技术规范》。该规范规定了中船海装风力发电机组弧光保护系统的产品配置、技术要求、试验检验、质量保证、包装运输与文件资料等要求,是弧光保护系统采购与验收的统一技术依据,也是弧光保护产品进入中船海装配套体系必须满足的技术门槛。

南京法丁电力长期从事弧光保护产品的研发与制造,旗下FD-800ARC-M2母线弧光保护装置(以下简称M2)与FD-800ARC-E4馈线型弧光保护装置(以下简称E4),在保护原理、动作速度、判据组合、接口形式与工程适用性等方面与中船海装技术规范高度契合。本文以《Q/HZJ 030583—2024》为核心需求依据,结合M2、E4装置技术说明,对两款产品的适配性进行系统分析,并给出面向不同机组配置的工程方案建议,为双方技术对接与项目落地提供参考。



二、中船海装弧光保护技术规范要点

1、系统架构与配置要求

规范明确弧光保护系统由弧光保护控制箱(弧光主控单元)、弧光单元(选配)、弧光传感器、模拟光纤、安装支架及监控组网设备(选配)等组成。弧光保护控制箱安装于机组塔基,作为系统核心部件,负责输入量采集、测量、计算及逻辑判断;弧光单元在箱变上置(箱变安装在机舱)时选配,安装于机舱主控柜内,作为弧光信号采集与远跳执行单元;弧光传感器安装于箱变高/低压侧及环网柜/开关柜内的各监测点隔室;模拟光纤布置于塔基或机舱线槽内。

2、功能要求

(1)弧光过流单/双判据保护;

(2)具备故障定位功能;

(3)具备失电告警接点;

(4)具备自检监测功能;

(5)具备事件记录功能;

(6)具备汉字人机操作界面;

(7)配置监控系统时,应提供远程监控方案;

(8)弧光传感器灵敏度可调,防止外界可见光干扰导致误动作;

(9)直接跳闸接点必须采用机械式跳闸接点,以保证系统可靠性;

(10)箱变上置时,弧光保护跳闸动作信号应采用机舱到塔基光纤通讯。

3、技术性能指标

(1)弧光动作门槛值范围5klx~20klx或1mW/cm²~10mW/cm²,误差不超过±20%;

(2)电流定值范围0.6In~6In,误差不超过±5%或±0.04In;

(3)动作时间方面,弧光单判据(2倍弧光动作门槛值)≤10ms,弧光、电流双判据(2倍弧光动作门槛值和2倍电流整定值)≤20ms;

(4)弧光延时保护时间100ms~300ms;对时精度不大于1ms。

(5)在耐受性能方面,交流电流回路2倍额定电流可持续工作、10倍额定电流持续 10s、40倍额定电流持续1s;

(6)各回路之间及对地绝缘电阻不小于100MΩ,湿热环境下不小于10MΩ;额定绝缘电压大于63V时,介质强度工频耐压交流有效值2kV,冲击电压开路试验电压 2kV。

4、环境与可靠性要求

(1)存储温度-40℃~+70℃;

(2)工作温度-30℃~+50℃,弧光传感器工作温度-30℃~100℃;

(3)沙暴天气(<27天/年);

(4)湿度≤95%;

(5)年平均雷暴天数50天;

(6)海拔高度≤4000m;防护等级IP65;

(7)防腐等级≥C4;

(8)适应强降水、结冰、沙尘、湿热、高温、低温、高腐蚀、高盐雾等恶劣天气;

(9)系统寿命≥20年(陆上)/25年(海上),易损件除外。



5、通讯与组网要求

配置监控系统时,弧光保护系统按安全2区管理,采取VLAN隔离措施,通过环网交换机独立组网,IP地址规划为192.168.170.X~192.168.179.X;通讯传输协议符合GB/T19582.1-2008或DL/T667、DL/T668的有关规定;可远程浏览并监控,同时具有Modbus通讯功能,向SCADA系统转发数据。

6、试验、质量与售后要求

产品需进行型式试验和出厂试验,试验项目按GB/T14598.302执行,型式试验需双方现场见证,产品应具备第三方电磁兼容测试报告。质量与售后方面,卖方应通过ISO9000质量认证体系,提供车间装配调试、风场调试、售后问题解决等技术支持。

三、法丁电力弧光保护产品体系

1、M2母线型弧光保护装置

M2系列弧光保护装置专为0.4kV~110kV配电系统设计,采用高速硬件与算法,保护装置出口动作时间≤4ms,纯弧光单判据动作时间≤8ms,双判据动作时间≤12ms,联动保护动作时间≤20ms。装置采用弧光、电流、零序电压多重组合判据,集成纯弧光跳闸、双判据跳闸、过流告警、弧光告警、延时保护等保护功能,覆盖母线保护、馈线保护、单柜保护等多种应用场景。

M2标配12路弧光通道(24/36/48通道选配),可兼容可见光、紫外光等多种类型无源弧光传感器,可见光动作阈值8000lux(±20%,光谱响应 280nm~700nm),紫外光动作阈值5mW/cm²(±20%,光谱响应 280nm~400nm)。装置具备3组采样电流(额定电流5A/1A,测量范围 0.06In~10In,精度±2.5%)与3路零序电压采样,12路无源干接点跳闸出口与3路信号出口、5路开入量,电源为AC/DC 85-265V、功耗≤15W,工作温度-10℃~+55℃,采用面板开孔安装方式。



通讯方面,M2具备2路RS485串行通讯接口(3/4路选配)与1路以太网接口(2/3路选配),支持Modbus-RTU、Modbus-TCP通讯规约,可实现远程监控与故障查询。人机交互采用汉字液晶界面,支持中文/英文切换。

2、E4馈线型弧光保护装置

E4系列弧光保护装置同样面向0.4kV~110kV配电系统,采用高速硬件与算法,出口动作时间≤4ms,纯弧光单判据动作时间≤8ms,双判据动作时间≤12ms。装置采用弧光、电流组合判据,集成纯弧光跳闸、双判据跳闸、延时保护、弧光告警、过流告警等保护功能。

E4标配4路弧光通道,传感器类型为无源物理透镜,传输介质为塑料光纤,可见光/紫外光动作阈值与光谱响应指标同M2系列。装置具备1路快速出口(晶闸管,DC/AC 100-240V)与5路继电器出口(无源干接点,AC250V/5A)、2路信号出口、1路开入量、1组采样电流(5A/1A,0.06In~10In,±2.5%),可配置开口电流互感器。装置电源为 AC/DC 85-265V、功耗≤8W,工作温度-10℃~+55℃。

E4 采用拨码方式配置通讯地址、波特率及保护功能,支持三种跳闸模式:

☛ 模式1为单一开关柜弧光保护方案;

☛ 模式2为区域跳闸模式,可控制最多4个独立开关柜或电力设备,实现故障精准定位与选择性跳闸;

☛ 模式3为联动模式,通过主/辅单元协同实现母线级联动保护。



该系列广泛应用于环网柜、箱式变电站、新能源发电及储能系统,适配空间受限、柜体数量有限的场合。

3、产品组合定位

M2与E4可形成互补的产品组合:M2承担"弧光保护主控单元/控制箱"的核心角色,其12路弧光通道(远超规范对主控单元6通道、扩展后最多增加8个检测点的要求)可同时覆盖箱变高/低压侧与环网柜/开关柜多路检测,多重判据与多路跳闸出口满足整机综合保护需求;E4承担"就地保护/分布式检测单元"角色,体积紧凑、配置灵活,适配机舱主控柜等空间受限场合及各开关柜的就地弧光保护。两者组合可完整覆盖规范"控制箱+弧光单元"的系统架构。

四、产品与技术规范适配性分析

1、技术性能指标适配

将规范技术性能指标与M2、E4装置参数对照,主要指标均满足且部分优于规范要求,对照情况如下:



2、环境适应性与可靠性适配

规范要求系统在-30℃~+50℃工作温度、-40℃~+70℃存储温度、湿度≤95%、海拔≤4000m、IP65 防护、C4防腐及沙尘/雷暴/盐雾等恶劣环境下长期可靠运行。

M2、E4装置本体工作温度范围为-10℃~+55℃、贮存温度-25℃~+70℃、贮存湿度 5%~95%RH,覆盖常规风场运行与贮存工况;针对规范要求的-30℃极限低温工作工况,可在项目会签阶段按需采用宽温选型或箱体保温等低温适配方案,确保整机环境适应性满足规范要求。

3、电气接口与安装适配

规范对主控单元、弧光单元的电气接口、外形尺寸与安装方式均有明确要求,M2、E4的接口与安装形式与之匹配,对照情况如下:



适用于机组标配弧光保护场景。以M2多功能弧光保护装置为核心安装于塔基,配置弧光传感器(安装于箱变高/低压侧及环网柜/开关柜内,数量与位置以图纸为准)。M2的12路弧光通道与12路跳闸出口灵活关联,实现箱变、环网柜/开关柜各监测点的就地检测与集中跳闸控制,满足机组标配弧光保护需求。

4、通讯与组网适配

规范要求弧光保护系统按安全2区管理、VLAN隔离、独立组网,IP地址规划 192.168.170.X~192.168.179.X,并具备Modbus通讯向SCADA转发数据的能力。M2装置标配2路 RS485(Modbus-RTU)与1路以太网(Modbus-TCP,IP地址可配置),可接入环网交换机实现安全2区独立组网;多台装置组网后,可向风场 SCADA系统转发遥测、遥信与事件数据,实现远程浏览与监控,通讯协议符合 GB/T19582.1(Modbus)等规范要求。E4的RS485 接口可作为就地保护单元与主控单元或后台通讯的通道,配合M2完成整体组网。

5、试验、质量与售后适配

规范要求产品通过型式试验与出厂试验、具备第三方电磁兼容测试报告,并满足 ISO9000质量体系、技术支持、培训、备品备件与技术资料会签等要求。M2、E4装置依据 GB/T14598.302-2016《弧光保护装置技术要求》等国家标准、行业标准及 IEC相关标准设计制造,电磁兼容等级高、绝缘性能优良,可提供型式试验与出厂试验报告、电磁兼容试验报告等技术文件。法丁电力弧光保护装置满足各项规范,且质量与售后方面也全部支持。

五、典型配置方案建议

依据规范结合M2、E4装置能力,提出以下典型配置方案供项目参考。

1、方案一:塔基控制箱标准配置(M2)

适用于机组标配弧光保护场景。以M2多功能弧光保护装置为核心安装于塔基,配置弧光传感器(安装于箱变高/低压侧及环网柜/开关柜内,数量与位置以图纸为准)。M2的12路弧光通道与12路跳闸出口灵活关联,实现箱变、环网柜/开关柜各监测点的就地检测与集中跳闸控制,满足机组标配弧光保护需求。



2、方案二:箱变上置控制箱+弧光单元(M2+E4)

适用于箱变上置(安装在机舱)的机组。塔基配置M2主控单元,机舱主控柜配置E4弧光单元,E4采集箱变高/低压侧弧光信号并经光纤/通讯回传塔基M2,实现机舱到塔基的光纤跳闸通讯与远跳控制。E4的晶闸管快速出口可实现对机舱侧断路器的毫秒级跳闸,M2完成全系统的逻辑判断、事件记录与对外通讯,二者共同覆盖规范对"控制箱+弧光单元"的配置要求。

3、方案三:独立组网监控(M2+组网)

在标配或组合配置基础上,通过M2的以太网接口(Modbus-TCP)接入安全2区环网交换机,按规范IP段规划独立组网,向风场SCADA系统转发遥测、遥信与事件数据,实现远程浏览与监控。

六、结语

中船海装《Q/HZJ 030583—2024风力发电机组 弧光保护技术规范》对弧光保护系统的配置、功能、性能、环境适应性、接口安装、通讯组网及试验质量提出了系统而严格的要求。南京法丁电力FD-800ARC-M2、FD-800ARC-E4 两款弧光保护装置在上述维度上与规范要求高度契合:M2以12路弧光通道、多重判据、12路机械式跳闸出口与全功能人机界面,完整覆盖主控单元/控制箱的全部技术要求;E4以紧凑结构、快速出口与三种跳闸模式,灵活适配机舱主控柜及开关柜就地保护场景;两者组合可完整覆盖规范四种配置组合,动作速度、精度等关键指标优于规范限值。

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