法丁电力弧光保护装置与中船海装规范的适配性分析

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。