内容提要：指出船舶中压电力系统是必然趋势及其中性点接地的必要性，分析船舶中压电力系统中性点接地的三种方式，论证PLC自动跟踪IC控制消弧线圈参数的中性点接地是最佳方式。
关键词：船舶 中压电力系统 中性点接地 方式
目前多数船舶使用低压交流电力系统。随着船舶大型化，设备用电功率越来越大，发电机容量不断增加，电力设备的体积和线路电流增加，电缆线增粗，限于机舱空间，采用三相三线制中压电力系统（1 000~10 000 V）是必然趋势，但也有许多运行安全问题随之而来。本文主要探讨船舶中压电力系统中性点接地的必要性和接地方式。
中性点接地，指系统中性点与船体连接。
单相接地，指三相中的某一相与船体接触。
1.船舶中压电力系统中性点接地的必要性
中性点不接地，不会产生单相接地短路，也就不会导致发电机主开关跳闸，电网可靠性高；但若电网单向接地仍继续运行，一旦工作人员接触另一相就是两相触电，威胁人员生命安全。
单相接地故障时，电容电流由以下三部分组成：
全船电网对船体的电容电流。
电力系统与船体之间的电容电流。
船舶变配电设备增加的电网电容电流。
后两者很小可以忽略不计，单向接地故障时流过故障点的短路电流主要是全船电网对船体的电容电流之和，根据经验公式IC=0.1 UR L
式中：IC，电容电流，单位A；UR，电网线电压，单位kV；L，船上电缆和导线的总长度，单位km。
船舶低压电力系统，一则UR较低，虽然单相接地故障时不接地两相对地电位也会升高31/2倍，但UR的增加值较小，对电网的绝缘不会造成太大的损害；二则电网容量一般不大即船上电缆和导线的总长度L较小，故IC相对较小，不会因短路电流而跳闸，所以采用中性点不接地能保持连续供电保证船舶正常航行。
而船舶中压电力系统，一则UR高，单相接地时其它两相对地电位升高31/2倍，UR的增加值大；二则船舶中压电力系统电网容量大，相对用电设备多，船上电缆较长且较粗，总长度L增大较多，所以IC相当大；三则IC与正常相电压相位差90 ，接地电流过零时弧隙两端电压最高，故障点的电弧不易熄灭，常常形成熄灭和重燃交替的间歇性弧光接地（可导致危险的过电压）和稳定性电弧接地（可发展成相间短路）。
（1）故障点短路（电容）电流大
接地点热效应大，破坏非故障相电缆绝缘，可能进而造成相间短路。
配电网的铁磁谐振过电压，烧毁电压互感器和/或熔断熔断器，严重威胁电网安全。
若有人误触带电部位，受到大电流烧灼加重甚至死亡。
流入船体后，接地电阻升高整个接地网电压，危害人身安全和船舶安全。
（2）电弧 危害整个电网绝缘
稳定性电弧接地，电弧不能自灭，可能破坏绝缘导致相间短路，造成停电或损坏设备的事故，或为免于此而提高绝缘等级增加费用。
间歇弧光接地，弧光过电压可能高达3.5倍相电压，击穿绝缘薄弱处和瞬间损坏设备。
从上面分析可知，船舶中压电力系统，中性点不接地不利于船舶电力系统的安全运行，最好采用中性点接地。
2.船舶中压电力系统中性点接地的方式
船舶中压电力系统中性点接地，有直接接地、传统消弧线圈接地、中性点PLC自动控制消弧线圈接地等三种方式。
2.1中性点直接接地
中性点直接接地，一旦单相接地，有以下利弊。
（1）健全相电压不升高，对设备绝缘等级要求较低，其耐压可以按相电压来选择，节省初投资。
（2）即使非永久性单相接地，保护电器也使主开关跳闸，可靠性较低。
（3）短路电流大：
零序过流（即三相电流的相量和不等于零所产生的电流）保护灵敏度较好，比较容易检除接地线路。
若保护电器动作不及时，不能使主开关跳闸，将严重损害接地点及附近绝缘导致相间故障。
2.2中性点经传统消弧线圈接地
中性点经传统消弧线圈接地的原理，是中性点与接地点之间加装消弧线圈，一旦单相接地，消弧线圈提供电感电流IL，抵消（减小）部分接地电容电流IC，限制其破坏作用；同时也减缓故障相接地电弧两端电压恢复速度，利于熄灭电弧。因此，中性点经传统消弧线圈接地方式，可避免中性点直接接地的不足。
中性点经传统消弧线圈接地，首先要人工估算IC；再按电容电流IC大小和电压等级等确定IL；然后根据确定的IL，选定消弧线圈数量；最后，将这些数量的消弧线圈接于中性点与接地点之间。调节IL的方法，是改变接入消弧线圈的数量，但因消弧线圈投切会产生高压，必须停电。
中性点经传统消弧线圈接地不可能达到最佳补偿，且不能有效地抑制弧光过电压和控制残流（残流因电感电流IL不等于接地电容电流IC而产生，过大则无法泄放线路上的过剩电荷）。原因大致有以下4点。
（1）不能实时测量IC，只能估算的IL。按其作用原理，IC是连续变化的不定值，而传统的消弧线圈系统没有自动测量功能，不能实时测量IC，只能按照估算的IL确定消弧线圈的参数，误差很大。
（2）不能无级调节。按其作用原理，IC是连续变化的不定值，而消弧线圈所提供的电感电流IL是固定值，IL不可能等于IC，即不可能达到最佳补偿。还有，IC是连续变化的不定值，而调解消弧线圈电感电流IL使其更接近IC的方法，只能是改变消弧线圈数量，即只能阶梯式调节，补偿精度低。
（3）只能采用过补偿（IL IC）方式。传统消弧线圈与电网对地电容构成的串联谐振回路，大多数没有阻尼电阻。若欠补偿（IL IC）状态运行时减少负载，易进入全补偿状态（即电压谐振状态）而过电压，对船舶电力系统绝缘的损害比电弧接地过电压更大。所以，只能采用过补偿（IL IC）方式，补偿方式不灵活。
（4）不能及时调节。消弧线圈投切会产生高压，故改变接入消弧线圈的数量必须停电，响应速度太慢，不能及时调节。更严重的是，当单相接地时需要补偿却来不及调整，容易产生过电压，损坏绝缘薄弱的电气设备，扩大事故损失。
2.3中性点PLC自动控制消弧线圈接地
针对传统消弧线圈接地的上述难题，船舶中压电网中性点接地最好能做到：
无单相接地时，中性点不接地；
单相接地时，中性点接地，且测量IC和IL，调节IL接近最好等于IC。
采用PLC的二次调容式自动跟踪消弧补偿成套装置，可实现这些设想。
2.3.1无单相接地时中性点不接地
PLC监测电网参数，无单相接地时，断开中性点隔离开关（见图1），中性点不接地。
2.3.2单相接地时中性点接地并调节IL
目前运行的消弧线圈，有调匝式、调气隙式、二次调容式等三种类型。鉴于二次调容式消弧线圈的控制比较简单，本文的分析以它为例。
采用PLC的二次调容式自动跟踪消弧补偿成套装置，由消弧线圈、电容调节箱、阻尼电阻箱、自动跟踪调节及控制器（装于控制屏中）组成，见图1。
图中，L1为主绕组，L2为二次绕组（组成消弧线圈），二次绕组连接电容调节箱；K1～K4为真空接触器（或双向晶闸管）；C1～C4为二次调节电容器，电容器调节箱装有4只电容，容量配置原则为C1∶C2∶C3∶C4=1∶2∶4∶8，根据二进制组合原理，4只电容有16种组合即16级调节。
（1）二次绕组连接电容调节箱调节IL
因为感性电流和容性电流的相位相差180 ，两者可以进行算术运算，所以可将消弧线圈二次侧的电容电流折算到一次侧去抵消电感电流，改变消弧线圈的电感补偿电流。
具体做法是，通过真空接触器的开、合，接入不同数量的电容器；PLC控制器自动跟踪电网对地电容的大小，采用选线控制器自动调节二次侧电容器的容量，得到理想的补偿效果。
调节二次电容的容量即可控制主绕组的感抗及电感电流的大小：二次调节电容器全部断开，主绕组感抗最小，电感电流最大；二次绕组有电容器接入后，根据阻抗折算原理，相当于主绕组两端并接了相同功率的电容，使主绕组电感电流减少。
（2）电阻箱
单相接地时，与阻尼电阻并接的接触器吸合，将电阻短接，以避免单相接地后流过阻尼电阻上的有功电流可能增大接地残流。
若采用预调谐方式，必须加装电阻箱，因为自动跟踪消弧线圈调节精度较高，残流小，接近谐振点，为防止产生串联谐振过电压，消弧线圈接地回路必须串联阻尼电阻箱，以电阻的阻尼作用防止中性点电压升至太高。
（3）真空接触器
开关K1～K4：
操作线圈通电，衔铁吸合，在触点弹簧和真空管自闭力的作用下触点闭合；
操作线圈断电时，反力弹簧克服真空管自闭力使衔铁释放，触点断开。
触点断开时，触点间会有金属蒸汽和其它带电粒子形成电弧。真空接触器将主触点密封隔离在真空灭弧管内，以真空为灭弧介质，不会传向外界。
由上可知，二次调容式自动跟踪消弧补偿成套装置的突出特点是：
采用 残流增量法 对单相接地线路进行选线，且集单相接地选线和自动跟踪消弧线圈于一体，功能完善，可靠性高。
消弧线圈增设二次绕组，利用变压器及阻抗变换原理，通过调整二次绕组投入电容的量调节消弧线圈电感电流，可实现0%～100%额定电流全范围调节。
成套装置调节范围宽、调节速度快、调节方式灵活，选线快速、准确，安全可靠，且开关寿命长。
3.结论
鉴于电子技术进步，采用PLC自动跟踪IC以补偿消弧线圈的感性电流IL和选线装置的改进，已经为船舶中压电网中性点接地提供必要的技术，船舶中压电力系统应推广中性点接地与不接地相结合的方式--正常时中性点不接地，单向接地时中性点接地并自动控制消弧线圈的电感电流补偿。