艦船電力系統保護性能指標計算方法

戚雙斌　楊學春

摘 要：艦船電力系統自身擁有十分復雜的結構裝置，其設計制造的優劣會對艦船穩定綜合性能獲取造成直接影響，起到決定性作用。艦船電力系統中涉及應用的各類電子設備均須依賴電力網絡實現運行作業，充分保障艦船電力系統保護裝置性能，維護系統整體可靠穩定性是艦船電力系統完成高效運行的關鍵所在。在此，本文將針對艦船電力系統保護性能指標計算方法進行簡要探討。

關鍵詞：艦船；電力系統；保護性能；指標計算

1 艦船電力系統保護性能指標分析

對于艦船而言，在其電力系統整個運行進程當中，要求對應配備保護裝置必須具備快速性以及完全性、可靠性、靈敏性等特征。當艦船電力系統進行保護裝置以及保護方式、保護整定時等的合理選擇時，應全面參考上述性能需求，就各個保護設計方案展開有效的性能評估。能夠將整個電力系統保護系統劃分為保護方與硬件設備兩方面內容。保護方法主要指的是整個保護系統應該采用哪種保護原理，如何正確設定每個保護設備的整定值；硬件設備則是指在整個系統中涉及使用的全部保護設備，涵蓋有信號通道以及保護傳感器、熔斷器以及斷路器等設備。其中，信號通道以及保護傳感器所起作用是測量，熔斷器以及斷路器所起作用則是執行保護。

結合艦船電力系統繼電保護相關任務作用可得如下原則要求。第一，完全性。充分確保整個系統涉及的各類電氣設備與全部電路均須進行對應類型保護的合理設置，同時將所有保護的實際覆蓋范圍細化明確，使得保護部分界限以及各個部分保護方法構成得以正確確定，旨在讓電力系統中涉及運用的各類電器設備與相關電路均能在最大程度上被保護。第二，快速性。其主要是指一旦電力系統形成故障問題，則能夠讓對應保護裝置快速做出反應，實現對故障的迅速切除。第三，選擇性。主要是指針對動作實施保護的進程當中，在整個電力系統只是切除故障元件，力求將停電影響控制在較小范圍，進而盡可能確保沒有產生故障問題的部分仍然持續供電操作。第四，靈敏性。保護靈敏性一般所描述的是在電力系統正常運行進程當中保護裝置相關的整定值及檢測值、處于故障狀態下檢測值三方所存在相互關系，若發生故障，要求保護裝置檢測值對比其整定值相對較大，旨在確保保護方法不得發出拒動信號；要求保護整定值相對運行檢測值應遠遠較大，旨在確保保護方法不得形成并發出誤動信號。

2 艦船電力系統保護性能指標計算

艦船電力系統輸電網整體呈現出環形結構，在此供電模式下能夠形成大量電源到負載的通路，旨在促進船舶電站實現可靠供電，電站運行擁有旺盛生命力，這也是網狀網絡以及梯形網絡的基本構成。如圖1所展示的是某典型艦船環形電力系統網絡結構示意圖。

在輸電網絡中，斷路器涵蓋有發電機出口斷路器B1～B4以及跨接斷路器B7～B10。就所存在的短路故障問題，斷路器整定值涵蓋有短延時電流整定值Idi以及瞬動電流整定值Idi、短延時時間整定值tdi。為充分確保斷路器能夠實現可靠分斷，須將短延時整定時間間隔控制在超過Δt范圍內，通常而言，Δt取值為0.1～0.2s。使用字母S針對跨接線以及母線、發電機出口電纜等多個線路實施合理標記，整個輸電網絡主要是由斷路器B以及發電機G、線路S共同構成的。針對故障點j來說，輸電網絡中涉及的各個斷路器上所流過的短路電流是Ifji。由故障點開始回溯搜索各個進行短路電流提供的發電機，能夠獲得Mj條短路路徑，在其中，各條短路路徑結構為。在此須根據相關原則判斷各條短路路徑斷路器，若，則能夠將其稱作是斷路器Bi的瞬動條件，若，則能夠被稱作是斷路器Bi的短延時條件。若是在短路路徑上僅有唯一主保護斷路器或者是不存在主保護斷路器，但是其卻出現拒動行為，此時無斷路器進行動作實現對故障問題切除，唯有讓發電機設備退出運行方可。假設發電機內部位置尚且仍有一個斷路器BGjt，如果沒有切除其所在路徑故障情況，待到一定時間后其能夠被有效斷開。如此一來，各條電路上可生成主保護斷路器集合Zjh以及后備保護斷路器集合Hjh，一共涵蓋有七種分類結果，如表1所示。

3 實例分析

實例選取某典型艦船環形電網進行其保護性能計算，這個擁有環形結構的電網主要是由兩個電站共同組成，各個電站均配備有三臺2MW發電機，輸電網對應使得中壓交流6kV，S1～S2各個主配電板對應負載是6kV，縱觀其整個輸電網絡，斷路器保護整定值以及額定值參圖2和表2。

在下述工況下針對輸電網保護性能進行合理計算，具體地，斷開斷路器BK2，BK4，BK13，BK14，而后閉合余下的斷路器，讓發電機G1以及G3，G5以及G6處于運行進程當中，主配電板S1～S6都可實現帶滿功率負載。就母線S所出現的短路問題，首先應針對各個斷路器中經過電流值展開仿真計算，而后基于拓撲搜索方式將各短路路徑及時找出，并參考之前所述斷路器判斷準則把各條短路路徑對應的主保護及后備保護斷路器準確找出，集合主保護斷路器以及后備保護斷路器，就剩余短路點而言，可使用相同手段獲取結果。

根據斷路器不同可靠性下保護性能計算結果分析可知，通過運用時間電流保護方式，伴隨著斷路器可靠性所發生的改變，保護性能指標變化幅度相對較小；若斷路器可靠性被弱化，那么差動保護性能指標會呈現出顯著上升趨勢，這說明差動保護性能跟斷路器可靠性相互間存在較大關系，若其可靠性趨向變差，那么差動保護性能會隨之減弱，在此凸顯出差動保護不存在有效的后備保護的問題缺陷，其擁有良好的保護性能，若主保護發生拒動，那么難以確保其良好保護性能。

4 結語

綜上所述，立足艦船電力系統繼電保護的完全性以及快速性、選擇性、靈敏性、可靠性等原則出發，基于保護性能所受斷路器拒動的影響分析，針對艦船電力系統保護性能展開細化計算，旨在為其系統穩定運行奠定良好基礎，應用意義十分深遠。

參考文獻

[1]方明，付立軍，葉志浩，等.艦船電力系統保護性能指標計算方法[J].華中科技大學學報：自然科學版，2013，41（5）：127-132.

[2]葉志浩，肖晗，王剛，等.艦船電力系統短路保護性能量化評估方法[J].電機與控制學報，2015，19（12）：1-6.

（作者單位：1.91404部隊91分隊；2.93413部隊）