船舶綜合電力系統(tǒng)的直流區(qū)域配電系統(tǒng)分析

陳斌

摘 要：文章對我國現(xiàn)代化艦船使用的綜合電力系統(tǒng)技術作了詳細的研究，并對該系統(tǒng)中直流區(qū)域配電系統(tǒng)在隔離故障和優(yōu)化艦船設計方面的優(yōu)勢作了闡述，較為詳細的分析了直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡在艦船容量設置以及故障重構方面的突出優(yōu)點，并且立足于該直流區(qū)域的配電網(wǎng)狀系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的網(wǎng)絡配電中的繼電保護的主要研究內容作了深入的研究

關鍵詞：綜合電力系統(tǒng)；直流區(qū)域；繼電保護

引言

綜合電力系統(tǒng)包含了艦船的日常用電、艦體推進用電、高端武器設備發(fā)射用電和大功率探測設備用電等，作為一種綜合電力技術不僅可以對當前現(xiàn)代化艦船的整體設計實施簡化，而且對簡化艦船的動力系統(tǒng)提高了可能，為我國穩(wěn)定，可靠的使用高端的艦載武器設備提供了強大的保障。現(xiàn)在國內很多科研單位對艦船的綜合電力系統(tǒng)做了深入的研究，雖然在技術上取得了一定的進步，但是艦船綜合電力系統(tǒng)的關鍵技術并沒有取得突破性的進展[1]。文章重點分析了與傳統(tǒng)結構相比，直流區(qū)域配電系統(tǒng)的直流網(wǎng)狀結構存在的明顯優(yōu)勢，站在電力系統(tǒng)繼電保護的層面對該系統(tǒng)中直流配電系統(tǒng)做了進一步的研究分析，希望對我國現(xiàn)代化艦船綜合電力系統(tǒng)的建設和發(fā)展起到一些借鑒性的意義。

1 直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡的介紹

國內大型水面艦船自建造以來所使用的供電系統(tǒng)就是采用兩個電站同時進行供電的模式，這種供電模式被稱為干饋式混合配電系統(tǒng)，這種模式的特點在于這兩個供電站是完全隔開的，它們兩個分別有自己的發(fā)電機組，雖然設備存于不同的艦體結構中，但是對艦船的符合設備卻是同步供電[2]。但是從長遠的角度來看，水面艦船會不斷的向超大容量方向發(fā)展，基于此種發(fā)展趨勢，綜合電力系統(tǒng)的雙電站模式很有可能被突破和改善，有可靠資料現(xiàn)實演變和發(fā)展的模式會是網(wǎng)狀網(wǎng)絡形式和多個供電站同時使用，但是為了確保艦船的密封性和節(jié)約空間，兩種不同的供電系統(tǒng)會通過一條母線向艦船所有的符合設備提供電能，并且根據(jù)艦船的實際需要給至關重要的符合設備輸送電力。

直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡的工作原理是將艦船電力系統(tǒng)中的電流整合為1000V的直流，通過艦船兩側的左母線和右母線將電流傳輸出去，而且在艦船的每一臺發(fā)電機組中都有與左右母線連接的端口，最終形成一個閉合的網(wǎng)絡電流回路。這種配電系統(tǒng)不僅可以完成對所有發(fā)電機組的集中控制和管理，還可以對發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機組的備用容量進行合理的配置，從另一個方面提高了發(fā)電機的使用效率。

2 直流區(qū)域的配電系統(tǒng)的優(yōu)勢

從目前的現(xiàn)狀來看主流艦船上使用的電力系統(tǒng)都是通過艦船上集中式配電系統(tǒng)的中心設備通過電纜進行輸送，這樣的結果大大的影響了艦體的密封性，使艦體出現(xiàn)了上千個電纜的穿孔，一方面為電力系統(tǒng)建設人員帶來了大量繁瑣的工作，而且還在一定程度上減低了艦船的耐壓性。如果現(xiàn)代艦船采用直流區(qū)域配電系統(tǒng)就可以有效的避免此類問題的發(fā)生，這種方法操作簡單，只需要將輸送電力的母線穿過艦體的耐壓隔壁，不僅節(jié)省了大量的電纜，也減輕了艦體的總體重量，是艦體在空間設計方面得到了很多好處[3]。

SSCM和SSIM有多重功能，并且它們能夠對通過半導體設備的電流執(zhí)行電力轉換、監(jiān)測和限制，所以可以在設備出現(xiàn)緊急故障時對供電系統(tǒng)實施保護，所以如果艦船使用的是直流區(qū)域配電系統(tǒng)，在故障發(fā)生時就可以將發(fā)生故障的部位隔離在一個小范圍的電力區(qū)域中，而且因為這種電力系統(tǒng)中的電流都是直流電，在對設備故障檢測的時候也更加方便和簡單，原先監(jiān)測直流故障和初始化自動母線的轉換器所需要的時間延遲不存在了，進一步提升了電源的使用性能，也提升了艦體的整體性能，而且隨著供電系統(tǒng)功率全面自動化程度的提高，極大的簡化了艦船的戰(zhàn)斗系統(tǒng)設計。

直流區(qū)域配電系統(tǒng)的第二個顯著優(yōu)勢就是對于不同的泵體和排風機來說可以進行不同的速度控制，保證其始終保持在較高的運行效率之下，另外在艦船大型電動機被啟動的時候，其輸電系統(tǒng)中的電流會受到一定的限制，這種情況可以使艦船母線中的電壓始終處在穩(wěn)定的狀態(tài)之下，而且在特定的場合下也可以實現(xiàn)電力的轉換，直流區(qū)域配電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)相比有很多明顯的優(yōu)勢，例如：在艦船不同的戰(zhàn)斗系統(tǒng)當中，很多武器設備要用到400Hz的直流電壓，因此如果現(xiàn)代艦船的配電系統(tǒng)是交流電則還要經(jīng)過一步轉化，再用一個逆變器將交流電轉換成400Hz方可實現(xiàn)戰(zhàn)斗系統(tǒng)的運行和使用，但是如果直接采用是直流區(qū)域配電系統(tǒng)，那么僅僅需要將電壓調到合適的水平就可以了，然后在將電流整合成需要的直流即可。將兩者進行對比之后可以看出在該系統(tǒng)與交流配電系統(tǒng)相比減少了很多的輸電設備，例如：擔任變壓作用的傳輸變壓器，還有交流配電系統(tǒng)中的很多開關，這些設備的減少可以降低艦船本身的質量，而且也節(jié)省了出了很多空間，使艦船有了更多的空間安裝更多的艦載武器，進而增減現(xiàn)代化艦船的作戰(zhàn)能力。

第三，直流配電系統(tǒng)具備的另一大優(yōu)勢是發(fā)電機組的發(fā)電頻率，這種高頻率的發(fā)電機組可以和整流器實現(xiàn)最大尺寸的優(yōu)化組合，而且根據(jù)直流區(qū)域的配電系統(tǒng)能夠將原動機設計為始終處在最有效率的運行狀態(tài)之下，從節(jié)省油料方面來說不僅做到了最小的能源使用，也減少了艦船配伍的排放量。

3 基于直流區(qū)域配電系統(tǒng)的直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡的繼電保護

適應直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡中短路電流的計算標準，當前我國陸地電網(wǎng)的自動保護技術相對艦船配電系統(tǒng)的保護技術來說比較成熟，而且在系統(tǒng)級別的保護方法上也有了一定的研究，例如：陸地電網(wǎng)中的快速距離保護、反應暫態(tài)分量的行波保護以及光纖差動保護等，但是因為艦船的綜合電力系統(tǒng)是建立在有限的空間之內，并且是一種獨立的電網(wǎng)單元，因此其穩(wěn)定性會受到艦船符合設備的影響，加之系統(tǒng)結構形式復雜等多種不利因素，提高了信號提取的困難程度。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)以往對艦船電力系統(tǒng)分析的原理、方法以及一些應用技術的成果，在當前的直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡配電系統(tǒng)中不能直接使用，必須對艦船綜合電力系統(tǒng)中常見故障的特征進行研究，而且還要對現(xiàn)在艦船綜合電力系統(tǒng)采用的保護手段進行適當?shù)母倪M，這樣才能切實滿足綜合電力的保護需求。

4 結束語

綜合電力系統(tǒng)能夠包括電力推進在內的全船電能進行統(tǒng)一的調配，具有很好的經(jīng)濟性、并且配置靈活多變、目標的聲音強度很低、功率的密度較高等很多優(yōu)點，是世界各國艦船技術發(fā)展的主流方向。直流區(qū)域配電系統(tǒng)有很強的生命力，而且有利于總體優(yōu)化和模塊化建造等優(yōu)勢，是綜合電力系統(tǒng)的最好選擇。

參考文獻

[1]曹融.船舶綜合電力系統(tǒng)短路計算與仿真[J].哈爾濱工程大學，2013（03）：42-45.

[2]葉志浩.基于直流區(qū)域配電的艦船綜合電力系統(tǒng)智能保護方式的研究[J].船電技術，2009（02）：31-34.

[3]羅偉，方斌.船舶綜合電力系統(tǒng)研究的新進展[J].艦船科學技術，2009（12）：18-21.