艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能指標(biāo)計(jì)算方法

戚雙斌　楊學(xué)春

摘 要：艦船電力系統(tǒng)自身?yè)碛惺謴?fù)雜的結(jié)構(gòu)裝置，其設(shè)計(jì)制造的優(yōu)劣會(huì)對(duì)艦船穩(wěn)定綜合性能獲取造成直接影響，起到?jīng)Q定性作用。艦船電力系統(tǒng)中涉及應(yīng)用的各類(lèi)電子設(shè)備均須依賴(lài)電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行作業(yè)，充分保障艦船電力系統(tǒng)保護(hù)裝置性能，維護(hù)系統(tǒng)整體可靠穩(wěn)定性是艦船電力系統(tǒng)完成高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在。在此，本文將針對(duì)艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能指標(biāo)計(jì)算方法進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：艦船；電力系統(tǒng)；保護(hù)性能；指標(biāo)計(jì)算

1 艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能指標(biāo)分析

對(duì)于艦船而言，在其電力系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行進(jìn)程當(dāng)中，要求對(duì)應(yīng)配備保護(hù)裝置必須具備快速性以及完全性、可靠性、靈敏性等特征。當(dāng)艦船電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)裝置以及保護(hù)方式、保護(hù)整定時(shí)等的合理選擇時(shí)，應(yīng)全面參考上述性能需求，就各個(gè)保護(hù)設(shè)計(jì)方案展開(kāi)有效的性能評(píng)估。能夠?qū)⒄麄€(gè)電力系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)劃分為保護(hù)方與硬件設(shè)備兩方面內(nèi)容。保護(hù)方法主要指的是整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該采用哪種保護(hù)原理，如何正確設(shè)定每個(gè)保護(hù)設(shè)備的整定值；硬件設(shè)備則是指在整個(gè)系統(tǒng)中涉及使用的全部保護(hù)設(shè)備，涵蓋有信號(hào)通道以及保護(hù)傳感器、熔斷器以及斷路器等設(shè)備。其中，信號(hào)通道以及保護(hù)傳感器所起作用是測(cè)量，熔斷器以及斷路器所起作用則是執(zhí)行保護(hù)。

結(jié)合艦船電力系統(tǒng)繼電保護(hù)相關(guān)任務(wù)作用可得如下原則要求。第一，完全性。充分確保整個(gè)系統(tǒng)涉及的各類(lèi)電氣設(shè)備與全部電路均須進(jìn)行對(duì)應(yīng)類(lèi)型保護(hù)的合理設(shè)置，同時(shí)將所有保護(hù)的實(shí)際覆蓋范圍細(xì)化明確，使得保護(hù)部分界限以及各個(gè)部分保護(hù)方法構(gòu)成得以正確確定，旨在讓電力系統(tǒng)中涉及運(yùn)用的各類(lèi)電器設(shè)備與相關(guān)電路均能在最大程度上被保護(hù)。第二，快速性。其主要是指一旦電力系統(tǒng)形成故障問(wèn)題，則能夠讓對(duì)應(yīng)保護(hù)裝置快速做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的迅速切除。第三，選擇性。主要是指針對(duì)動(dòng)作實(shí)施保護(hù)的進(jìn)程當(dāng)中，在整個(gè)電力系統(tǒng)只是切除故障元件，力求將停電影響控制在較小范圍，進(jìn)而盡可能確保沒(méi)有產(chǎn)生故障問(wèn)題的部分仍然持續(xù)供電操作。第四，靈敏性。保護(hù)靈敏性一般所描述的是在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行進(jìn)程當(dāng)中保護(hù)裝置相關(guān)的整定值及檢測(cè)值、處于故障狀態(tài)下檢測(cè)值三方所存在相互關(guān)系，若發(fā)生故障，要求保護(hù)裝置檢測(cè)值對(duì)比其整定值相對(duì)較大，旨在確保保護(hù)方法不得發(fā)出拒動(dòng)信號(hào)；要求保護(hù)整定值相對(duì)運(yùn)行檢測(cè)值應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)較大，旨在確保保護(hù)方法不得形成并發(fā)出誤動(dòng)信號(hào)。

2 艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能指標(biāo)計(jì)算

艦船電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)整體呈現(xiàn)出環(huán)形結(jié)構(gòu)，在此供電模式下能夠形成大量電源到負(fù)載的通路，旨在促進(jìn)船舶電站實(shí)現(xiàn)可靠供電，電站運(yùn)行擁有旺盛生命力，這也是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)以及梯形網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成。如圖1所展示的是某典型艦船環(huán)形電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

在輸電網(wǎng)絡(luò)中，斷路器涵蓋有發(fā)電機(jī)出口斷路器B1～B4以及跨接斷路器B7～B10。就所存在的短路故障問(wèn)題，斷路器整定值涵蓋有短延時(shí)電流整定值Idi以及瞬動(dòng)電流整定值Idi、短延時(shí)時(shí)間整定值tdi。為充分確保斷路器能夠?qū)崿F(xiàn)可靠分?jǐn)?，須將短延時(shí)整定時(shí)間間隔控制在超過(guò)Δt范圍內(nèi)，通常而言，Δt取值為0.1～0.2s。使用字母S針對(duì)跨接線以及母線、發(fā)電機(jī)出口電纜等多個(gè)線路實(shí)施合理標(biāo)記，整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)主要是由斷路器B以及發(fā)電機(jī)G、線路S共同構(gòu)成的。針對(duì)故障點(diǎn)j來(lái)說(shuō)，輸電網(wǎng)絡(luò)中涉及的各個(gè)斷路器上所流過(guò)的短路電流是Ifji。由故障點(diǎn)開(kāi)始回溯搜索各個(gè)進(jìn)行短路電流提供的發(fā)電機(jī)，能夠獲得Mj條短路路徑，在其中，各條短路路徑結(jié)構(gòu)為。在此須根據(jù)相關(guān)原則判斷各條短路路徑斷路器，若，則能夠?qū)⑵浞Q(chēng)作是斷路器Bi的瞬動(dòng)條件，若，則能夠被稱(chēng)作是斷路器Bi的短延時(shí)條件。若是在短路路徑上僅有唯一主保護(hù)斷路器或者是不存在主保護(hù)斷路器，但是其卻出現(xiàn)拒動(dòng)行為，此時(shí)無(wú)斷路器進(jìn)行動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)故障問(wèn)題切除，唯有讓發(fā)電機(jī)設(shè)備退出運(yùn)行方可。假設(shè)發(fā)電機(jī)內(nèi)部位置尚且仍有一個(gè)斷路器BGjt，如果沒(méi)有切除其所在路徑故障情況，待到一定時(shí)間后其能夠被有效斷開(kāi)。如此一來(lái)，各條電路上可生成主保護(hù)斷路器集合Zjh以及后備保護(hù)斷路器集合Hjh，一共涵蓋有七種分類(lèi)結(jié)果，如表1所示。

3 實(shí)例分析

實(shí)例選取某典型艦船環(huán)形電網(wǎng)進(jìn)行其保護(hù)性能計(jì)算，這個(gè)擁有環(huán)形結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)主要是由兩個(gè)電站共同組成，各個(gè)電站均配備有三臺(tái)2MW發(fā)電機(jī)，輸電網(wǎng)對(duì)應(yīng)使得中壓交流6kV，S1～S2各個(gè)主配電板對(duì)應(yīng)負(fù)載是6kV，縱觀其整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)，斷路器保護(hù)整定值以及額定值參圖2和表2。

在下述工況下針對(duì)輸電網(wǎng)保護(hù)性能進(jìn)行合理計(jì)算，具體地，斷開(kāi)斷路器BK2，BK4，BK13，BK14，而后閉合余下的斷路器，讓發(fā)電機(jī)G1以及G3，G5以及G6處于運(yùn)行進(jìn)程當(dāng)中，主配電板S1～S6都可實(shí)現(xiàn)帶滿(mǎn)功率負(fù)載。就母線S所出現(xiàn)的短路問(wèn)題，首先應(yīng)針對(duì)各個(gè)斷路器中經(jīng)過(guò)電流值展開(kāi)仿真計(jì)算，而后基于拓?fù)渌阉鞣绞綄⒏鞫搪仿窂郊皶r(shí)找出，并參考之前所述斷路器判斷準(zhǔn)則把各條短路路徑對(duì)應(yīng)的主保護(hù)及后備保護(hù)斷路器準(zhǔn)確找出，集合主保護(hù)斷路器以及后備保護(hù)斷路器，就剩余短路點(diǎn)而言，可使用相同手段獲取結(jié)果。

根據(jù)斷路器不同可靠性下保護(hù)性能計(jì)算結(jié)果分析可知，通過(guò)運(yùn)用時(shí)間電流保護(hù)方式，伴隨著斷路器可靠性所發(fā)生的改變，保護(hù)性能指標(biāo)變化幅度相對(duì)較??；若斷路器可靠性被弱化，那么差動(dòng)保護(hù)性能指標(biāo)會(huì)呈現(xiàn)出顯著上升趨勢(shì)，這說(shuō)明差動(dòng)保護(hù)性能跟斷路器可靠性相互間存在較大關(guān)系，若其可靠性趨向變差，那么差動(dòng)保護(hù)性能會(huì)隨之減弱，在此凸顯出差動(dòng)保護(hù)不存在有效的后備保護(hù)的問(wèn)題缺陷，其擁有良好的保護(hù)性能，若主保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)，那么難以確保其良好保護(hù)性能。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，立足艦船電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的完全性以及快速性、選擇性、靈敏性、可靠性等原則出發(fā)，基于保護(hù)性能所受斷路器拒動(dòng)的影響分析，針對(duì)艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能展開(kāi)細(xì)化計(jì)算，旨在為其系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)，應(yīng)用意義十分深遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]方明，付立軍，葉志浩，等.艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能指標(biāo)計(jì)算方法[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，41（5）：127-132.

[2]葉志浩，肖晗，王剛，等.艦船電力系統(tǒng)短路保護(hù)性能量化評(píng)估方法[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2015，19（12）：1-6.

（作者單位：1.91404部隊(duì)91分隊(duì)；2.93413部隊(duì)）