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摘要：随着船舶大型化和智能化的发展，其所需电力负荷也越来越大。由于海上工作环境的特殊性限制，船舶电气设备安全保护成为一个极为突出的问题。本文结合当前船舶电力系统中较为常见的接地保护方法，探讨了各方法的优劣性，并分析提出一种较为适合的接地方案。
关键词：船舶 接地保护 中性点接地 小电流接地
引言
在迅猛发展的国际贸易中，船舶运输占据了非常重要的地位。高比例的货运量任务，使新造船向大型化、智能化方向发展。由于船舶电气自动化和智能化程度的大大提升，所需的电力负荷增大，其电力系统采用的电压等级亦随之增高。高压电力系统的采用已成为超大容量船舶电力系统的必然选择。对于高压系统，工作的可靠性与安全性永远是第一位的，因此必须采用合适的接地方式以防止船舶高压交流电力系统单相接地时发生严重事故。本文结合当前船舶电力系统中较为常见的接地保护方法，分析讨论了各方法的优劣性，并提出一种较为适合的接地方案
1 几种船舶接地方式分析
在船舶电气系统中，船舶接地有“接地保护”和“接地故障”之分。船舶接地分为以下几种：
1.1 非接地方式（NEUTRAL INSULATION）
该方式下的单相接地故障时的接地电流在各种方式中是最小的。因其接地电流很小，所以确定故障回路比较困难，也难以使接地继电器正确动作和实现选择性保护，但可保持供电的连续性。单相接地故障时，其它健全相的对地电压要升高。而对于暂态过渡高压，理论上，故障产生的系统高压可以达到额定电压的 7.5 倍，但因系统的静电电容及接地异常电压继电器的内阻的存在，实践中可能达到最大 5 倍的程度，所以该方式对设备的绝缘水平要求很高。
1.2 高阻抗接地方式（HIGH RESISTANCE EARTHING）
该方式基本原理如图 1 所示。在各母线上分别设置 ET，通过 ET 二次侧电阻检测出接地电流，没有必要设置发电机的中性点。即使有多台发电机，也只要在每个母线上设置一台 ET 即可，且可选择小型的低压阻抗。该方式下的单项接地故障时的接地电流可以通过 ET（Earthing Transformer）二次侧电阻进行调节（ab.6A），可由此获得选择性保护。但接地电流的设置要注意不要因各个回路的对地电容电流而引起继电器误动作，可以通过设置接地方向继电器来防止上述继电器可能的误动作。
1.3 中性点接地方式
当电力系统的容量达到一定的数值后，采用中压交流电力系统是一个很好的选择，它可以大大降低短路电流的等级，在大大降低配电板成本的同时，也节约了大量电缆，提高系统的安全可靠性。由于中压系统对设备绝缘等级的要求非常高，出于对绝缘成本、人身和设备安全等方面考虑，中性点接线方式自然而然的成为必须合理解决的问题。
2 中性点接地的最优方式探索
2. 1 中性点经小电阻接地方式
如果船舶中压电力系统采用中性点经小电阻接地方式，可以泄放线路上的过剩电荷，来限制产生过电压，其特点是：系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，系统单相接地时，由于通过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检查出接地线路；由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生；当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了船舶正常供电，使其供电的可靠性下降。基于以上，该方式很少使用。
2. 2 中性点经消弧线圈接地方式
如果船舶电力系统采用中性点经消弧线圈接地方式，发生单相短路时接地电流减小，但在正常运行状态下的系统不平衡电压往往会增加。因消弧线圈的电感可抵消接地点流过的电容电流，限制了接地故障电流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭；当残流过零熄弧后，又能降低故障相恢复电压的初速度及其幅值，避免接地电弧的重燃，电弧能自灭。
2. 3 自动跟踪补偿PLC控制消弧装置
从船舶中压电网小电流接地系统对地电容电流超标所产生的影响和使用传统消弧线圈存在问题的分析，采用自动跟踪PLC控制消弧线圈补偿技术可以克服这一缺点。用变压器及阻抗变换原理，消弧线圈增设二次绕组，通过调整二次绕组投入的电容量大小来调节消弧线圈的电感电流，可在0% ～100%额定电流全范围内调节；集自动跟踪消弧线圈和单相接地选线于一体，采用”残流增量法”对单相接地线路进行选线，具有完善的功能和极高的可靠性；成套装置具有调节范围宽、调节速度快、调节方式灵活及选线快速、准确等特点，且调节开关寿命长、工作安全、可靠。
3 小电流接地研究
由于船舶工作在高温、高湿、油雾、盐雾、霉菌、振动、冲击和摇摆等恶劣的环境下，很容易造成电气线路、设备绝缘结构的损坏、绝缘电阻的降低，从而引起接地故障，虽然故障的原理很简单，但由于船舶结构的特殊性，使电气接地故障很难查找。另外，考虑到接地故障可能会造成的严重后果，小电流接地系统发生接地故障时，非故障线路的保护流过的零序电流为该线路本身非故障相对地电容电流之和，其方向从母线指向线路。如图2所示，中压电力系统中接入高电阻器后，接地电流不大，仍能达到接地电弧自行熄灭的条件。这样，此种称为中性点经高值电阻器接地的系统就可以保持中性点不接地系统（发生接地故障但不跳闸）的优点，同时又解决了电弧接地过电压的问题，且高阻接地也有利于满足接地故障继电保护的要求。
4 总结
随着船舶电力系统的要求越来越高，原先的船舶电力系统面临着前所未有的难题。高压电力系统正越来越普遍的使用于各种类型，各种用途的大型船舶中。必须在考虑经济成本，克服技术难题的同时，加入对安全因素的考虑，并在两者之间寻找到一个合适的平衡点。
关键词：船舶 接地保护 中性点接地 小电流接地
引言
在迅猛发展的国际贸易中，船舶运输占据了非常重要的地位。高比例的货运量任务，使新造船向大型化、智能化方向发展。由于船舶电气自动化和智能化程度的大大提升，所需的电力负荷增大，其电力系统采用的电压等级亦随之增高。高压电力系统的采用已成为超大容量船舶电力系统的必然选择。对于高压系统，工作的可靠性与安全性永远是第一位的，因此必须采用合适的接地方式以防止船舶高压交流电力系统单相接地时发生严重事故。本文结合当前船舶电力系统中较为常见的接地保护方法，分析讨论了各方法的优劣性，并提出一种较为适合的接地方案
1 几种船舶接地方式分析
在船舶电气系统中，船舶接地有“接地保护”和“接地故障”之分。船舶接地分为以下几种：
1.1 非接地方式（NEUTRAL INSULATION）
该方式下的单相接地故障时的接地电流在各种方式中是最小的。因其接地电流很小，所以确定故障回路比较困难，也难以使接地继电器正确动作和实现选择性保护，但可保持供电的连续性。单相接地故障时，其它健全相的对地电压要升高。而对于暂态过渡高压，理论上，故障产生的系统高压可以达到额定电压的 7.5 倍，但因系统的静电电容及接地异常电压继电器的内阻的存在，实践中可能达到最大 5 倍的程度，所以该方式对设备的绝缘水平要求很高。
1.2 高阻抗接地方式（HIGH RESISTANCE EARTHING）
该方式基本原理如图 1 所示。在各母线上分别设置 ET，通过 ET 二次侧电阻检测出接地电流，没有必要设置发电机的中性点。即使有多台发电机，也只要在每个母线上设置一台 ET 即可，且可选择小型的低压阻抗。该方式下的单项接地故障时的接地电流可以通过 ET（Earthing Transformer）二次侧电阻进行调节（ab.6A），可由此获得选择性保护。但接地电流的设置要注意不要因各个回路的对地电容电流而引起继电器误动作，可以通过设置接地方向继电器来防止上述继电器可能的误动作。
1.3 中性点接地方式
当电力系统的容量达到一定的数值后，采用中压交流电力系统是一个很好的选择，它可以大大降低短路电流的等级，在大大降低配电板成本的同时，也节约了大量电缆，提高系统的安全可靠性。由于中压系统对设备绝缘等级的要求非常高，出于对绝缘成本、人身和设备安全等方面考虑，中性点接线方式自然而然的成为必须合理解决的问题。
2 中性点接地的最优方式探索
2. 1 中性点经小电阻接地方式
如果船舶中压电力系统采用中性点经小电阻接地方式，可以泄放线路上的过剩电荷，来限制产生过电压，其特点是：系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，系统单相接地时，由于通过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检查出接地线路；由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生；当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了船舶正常供电，使其供电的可靠性下降。基于以上，该方式很少使用。
2. 2 中性点经消弧线圈接地方式
如果船舶电力系统采用中性点经消弧线圈接地方式，发生单相短路时接地电流减小，但在正常运行状态下的系统不平衡电压往往会增加。因消弧线圈的电感可抵消接地点流过的电容电流，限制了接地故障电流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭；当残流过零熄弧后，又能降低故障相恢复电压的初速度及其幅值，避免接地电弧的重燃，电弧能自灭。
2. 3 自动跟踪补偿PLC控制消弧装置
从船舶中压电网小电流接地系统对地电容电流超标所产生的影响和使用传统消弧线圈存在问题的分析，采用自动跟踪PLC控制消弧线圈补偿技术可以克服这一缺点。用变压器及阻抗变换原理，消弧线圈增设二次绕组，通过调整二次绕组投入的电容量大小来调节消弧线圈的电感电流，可在0% ～100%额定电流全范围内调节；集自动跟踪消弧线圈和单相接地选线于一体，采用”残流增量法”对单相接地线路进行选线，具有完善的功能和极高的可靠性；成套装置具有调节范围宽、调节速度快、调节方式灵活及选线快速、准确等特点，且调节开关寿命长、工作安全、可靠。
3 小电流接地研究
由于船舶工作在高温、高湿、油雾、盐雾、霉菌、振动、冲击和摇摆等恶劣的环境下，很容易造成电气线路、设备绝缘结构的损坏、绝缘电阻的降低，从而引起接地故障，虽然故障的原理很简单，但由于船舶结构的特殊性，使电气接地故障很难查找。另外，考虑到接地故障可能会造成的严重后果，小电流接地系统发生接地故障时，非故障线路的保护流过的零序电流为该线路本身非故障相对地电容电流之和，其方向从母线指向线路。如图2所示，中压电力系统中接入高电阻器后，接地电流不大，仍能达到接地电弧自行熄灭的条件。这样，此种称为中性点经高值电阻器接地的系统就可以保持中性点不接地系统（发生接地故障但不跳闸）的优点，同时又解决了电弧接地过电压的问题，且高阻接地也有利于满足接地故障继电保护的要求。
4 总结
随着船舶电力系统的要求越来越高，原先的船舶电力系统面临着前所未有的难题。高压电力系统正越来越普遍的使用于各种类型，各种用途的大型船舶中。必须在考虑经济成本，克服技术难题的同时，加入对安全因素的考虑，并在两者之间寻找到一个合适的平衡点。