大型艦艇電力系統(tǒng)的復合繼電保護方案

陳文濤

駐大連426廠軍事代表室

大型艦艇電力系統(tǒng)的復合繼電保護方案

陳文濤

駐大連426廠軍事代表室

本文分析了艦艇電力系統(tǒng)運行特性對傳統(tǒng)的時間電源原則繼電保護的不利影響及該保護方法的局限性，提出了設置限流裝置對短路電流進行限制與傳統(tǒng)的時間電流繼電保護相結(jié)合的保護方案，并從理論上分析了其可行性。

概述

隨著船艦噸位的增加，其電力系統(tǒng)越來越具有裝機容量大、集成發(fā)電、大量電力電子設備、電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)復雜等特點。其中容量的增大將導致電網(wǎng)最大短路電流的幅值也急驟增大，對斷路器的極限分斷能力以及電氣設備承受短路電流的能力也提出了更高的要求。我國建造的艦船，在電站參數(shù)的選擇上，往往采用低電壓等級供電。在這種情況下，如果還要保證在網(wǎng)功率，那么主分斷器的分斷功能就有可能接近技術極限，所以短路電流限制技術是艦船電力系統(tǒng)關鍵技術之一。

開展短路限流技術研究，限制短路電流在合理的范圍內(nèi)，可以使得現(xiàn)有的斷路器實現(xiàn)開斷短路電流的功能，保證系統(tǒng)繼電保護功能的實現(xiàn)，從而保證系統(tǒng)的安全運行。同時，短路電流將增強艦船電力系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性和電動力穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定性。因此，短路限流技術研究對于大容量艦船電力系統(tǒng)意義重大。

基于時間電流原則的繼電保護的局限性

傳統(tǒng)的繼電保護采用時間電流原則來實現(xiàn)保護的選擇性，而艦船電力系統(tǒng)要實現(xiàn)發(fā)電、配電與用電及其他設備用電統(tǒng)一調(diào)度和集中控制，這些特點使得基于時間電流原則的設計綜合電力系統(tǒng)的繼電保護存在局限性。

如圖1所示為電力系統(tǒng)部分輸電網(wǎng)和一條連在母線上的支路，其中為線路阻抗，為變壓器短路阻抗，兩臺發(fā)電機組G1和G2并聯(lián)運行，曲線L代表母聯(lián)開關短路電流峰值隨故障點變化情況。

從圖1中可以看出，若G2的容量大于G1的容量，則在母聯(lián)開關的左側(cè)的短路電流峰值大于右側(cè)的短路電流峰值。

而與母線相連一條支路上發(fā)生短路故障時流過母聯(lián)開關的短路電流峰值變化情況如曲線L后半段所示。如果變壓器副邊發(fā)生短路，則流過母聯(lián)開關的短路電流峰值滿足：

圖1　電力系統(tǒng)運行特點對輸電網(wǎng)繼電保護的影響

圖2　電力系統(tǒng)運行特點對配電網(wǎng)繼電保護的影響

圖3　整流式故障電路拓撲結(jié)構(gòu)

較大運行方式下，在變壓器副邊發(fā)生短路，短路電流為：

結(jié)合短路限流的復合保護方案

傳統(tǒng)的基于時間電流原則的繼電保護存在局限性的根源在于電力系統(tǒng)運行方式差異的巨大導致短路電流的幅值也在一個很大的范圍內(nèi)變化。而故障電流限流器具有限制短路電流的作用，所以在傳統(tǒng)的基于時間電流原則的繼電保護的基礎上結(jié)合短路限流技術實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的繼電保護的復合方案。

整流式故障電流限制器結(jié)構(gòu)如圖3所示，其特點是：集檢測和觸發(fā)為一體，響應時間短，具有快速響應的特性，工程上可以認為短路發(fā)生的同時，限流器即開始限制短路電流。復合保護方案在輸電網(wǎng)發(fā)電機的輸電網(wǎng)發(fā)電機的出口端設置限流器，再根據(jù)時間電流原則高定合適設定合適的開關整定值來這現(xiàn)對系統(tǒng)的繼電保護。

結(jié)語

限流技術的發(fā)展與其他研究領域的發(fā)展緊密相關。隨著材料、加工工藝、計算機技術等領域的發(fā)展，出現(xiàn)了超導限流器、固態(tài)限流器、絕緣擋板阻隔電弧限流器、液態(tài)金屬限流器、PTC限流器等多種形式的限流裝置。本文結(jié)合最新的短路電流限制技術，提出了在輸電網(wǎng)發(fā)電機出口端設置限流器再根據(jù)時間電流原則設定整定值的復合繼電保護方案，具有很大的應用價值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.049