大型艦船電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護原理研究

戚雙斌　楊學(xué)春

摘 要：隨著社會生產(chǎn)力的快速發(fā)展，艦船電力系統(tǒng)也得到了極大發(fā)展。艦船電力系統(tǒng)的配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的運行模式這些方面相對于以往那些大型艦船電力系統(tǒng)改變了很多，以往有的“三段式”的電流保護的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)代的大型艦船電力系統(tǒng)發(fā)展需求。由此看來，這就需要全方位看待以往的繼電保護方法，改善以往的大型船艦電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護措施，通過互聯(lián)網(wǎng)的各種結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)保護整定值來有效提升大型艦船電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護的靈敏程度，拓寬電流整定值選擇的范圍。

關(guān)鍵詞：大型艦船電力系統(tǒng) 自適應(yīng)保護 原理

中圖分類號：U665.14 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0133-02

艦船的電力系統(tǒng)保護是用來檢查或者消除那些非正常狀態(tài)和系統(tǒng)故障，確保其他區(qū)域能夠進行持續(xù)性的電力供應(yīng)的一種電力供應(yīng)保護系統(tǒng)[1]。大型艦船的電力系統(tǒng)是一種獨立的、較小的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其自身的特點和特殊性決定了它在電力系統(tǒng)的繼電保護等一些方面和那些陸地上的電力系統(tǒng)有著較大的區(qū)別。以往有的大型船艦的電力系統(tǒng)有著電量儲存量小、電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)太過簡單的缺陷。并且，以往的大型艦船電力系統(tǒng)的繼電保護主要是使用了“電流”和“時間”這兩個關(guān)鍵點為原則來構(gòu)建離線整體為特征的“三段式”的電流保護方式，這種方式有著事前整頓，動作實時變化和需要定期進行檢查的特點。對在系統(tǒng)狀態(tài)下的自動在線調(diào)節(jié)的整定值幾乎不進行改動[2]。

隨著社會生產(chǎn)力的快速發(fā)展，艦船電力系統(tǒng)也得到了極大發(fā)展。大型艦船電力系統(tǒng)的電存儲量以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著變化[3]。由此看來以離線整體為特征的“三段式”電流保護方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)代的大型艦船電力系統(tǒng)發(fā)展需求，這就對電力供應(yīng)的穩(wěn)定和持續(xù)產(chǎn)生了很大的影響。自適應(yīng)的電力保護方式是一種新型的智能電力系統(tǒng)保護系統(tǒng)，它可以根據(jù)具體情況自行改變保護的特性，對大型艦船電力系統(tǒng)的保護作用十分顯著[4]。到目前為止，這種自適應(yīng)方式的保護已經(jīng)在陸地的電力網(wǎng)絡(luò)中投入使用，但在大型艦船的電力系統(tǒng)中使用的比較少，在我國現(xiàn)已有的相關(guān)文獻資料中只有很少的一部分有相關(guān)的記載。作者基于系統(tǒng)分析以往電力保護特性的層面上，提出有關(guān)現(xiàn)代大型艦船電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護的措施，對現(xiàn)代大型艦船電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護的原理進行探究。

1 以往的電力系統(tǒng)保護體系

以往的大型艦船電力系統(tǒng)保護措施都是通過交流電來進行控制的，一般情況下會配備兩個供電站來確保電力供應(yīng)的持續(xù)可靠，而電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一般則會采用干饋混合輻射的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。到目前為止，我國現(xiàn)已有的大型艦船電力系統(tǒng)一般采用結(jié)合了電流原則以及時間原則，能夠做到延長過載、短路時間和特大短路時瞬間短路的“三段式”的電流保護方式。這種方法操作十分簡便，可以通過特定的裂解方式將那些有故障的地方隔離出來，并使用每個斷路器的動作值整定從而實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的選擇性保護，通常情況下能夠做到短時間隔離故障的目的，所以，“三段式”的保護方式得到了較為廣泛的應(yīng)用。然而因為一些實際原因，致使以離線整體為特征的“三段式”電流保護方式在實際操作的時候極易出現(xiàn)問題。

2 大型艦船電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護的原理

大型艦船的電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護可以根據(jù)自身電力系統(tǒng)的故障問題以及運行的狀態(tài)來及時改變對特定電力系統(tǒng)的保護特性，保證電力供應(yīng)的持續(xù)性和可靠性。大型艦船的電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護可以做到通過改變保護定值和原理來提高電力系統(tǒng)的的保護性能。從本質(zhì)上來看，大型艦船的電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護是一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動反饋的控制系統(tǒng)。眾所周知，電力系統(tǒng)不僅僅是設(shè)備的數(shù)目數(shù)不勝數(shù)，電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的運行狀態(tài)也是繁雜易變，所以在很多時候故障地點和類型都很難測出，自適應(yīng)保護系統(tǒng)能夠很好地解決這類問題。自適應(yīng)系統(tǒng)能夠通過自身特有的自動控制方式自動變更保護的特性，及時處理故障，使得電力供應(yīng)持續(xù)有效。到目前為止，電力系統(tǒng)的自適應(yīng)保護主要應(yīng)用于陸地的多端口網(wǎng)絡(luò)線路的保護，在電力傳送的變壓器、斷路自動重合閘以及一些較低頻率的保護當(dāng)中的應(yīng)用也是十分廣泛的。

自適應(yīng)電力保護系統(tǒng)作為智能化的繼電保護系統(tǒng)的重要組成成分，可以做到針對特定的系統(tǒng)變更以及故障類型自動地變更保護的特性，從而保證電力供應(yīng)的持續(xù)性和有效性。自適應(yīng)方式的電力系統(tǒng)保護主要的特點就是可以有效提升以往保護措施的性能，大幅提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

大型艦船電力系統(tǒng)的自適應(yīng)保護方式是在已有的短延時的基礎(chǔ)上進一步提升的結(jié)果，它針對自身的電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和電力系統(tǒng)的運行情況及時、自動地改正電流的整定值，與此同時還運用了反時限的延時功能在最大限度上提升了保護系統(tǒng)的速度，高度確保了電力保護系統(tǒng)的選擇性和靈敏程度。

3 具體分析

具有短延時作用的自適用方式的電力系統(tǒng)保護能夠針對工作電流的大小實現(xiàn)實時調(diào)整電流整定值，及時消除系統(tǒng)故障。在時間延遲方面是根據(jù)電力保護設(shè)備在相應(yīng)電力系統(tǒng)中的位置來確定的，確保符合電流整定值的選擇要求。這種電力系統(tǒng)的保護措施可以做到在系統(tǒng)運行的同時以最短的時間查出系統(tǒng)運行故障同時消除這種故障，以此確保大型艦船電力系統(tǒng)線路的全長。不僅如此，它還能夠承擔(dān)起保護臨近線路的責(zé)任。大型艦船電力系統(tǒng)的電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)都會安裝相應(yīng)的自適應(yīng)式的短延時保護系統(tǒng)，其中包含發(fā)電機的開關(guān)、配電中心的開關(guān)以及母聯(lián)開關(guān)等其他一些開關(guān)。

由于大型艦船的電力系統(tǒng)的供電電纜比較短，因此在運輸?shù)臅r候所遇到的電阻阻抗就比較小，所以每個地方的短路電流都不盡相同，如果按照以往的電流原則來實現(xiàn)選擇性就比較困難了，因此采用時間原則來實現(xiàn)就相對容易多了，并且根據(jù)時間原則來實現(xiàn)選擇性也比較可靠實用。而在設(shè)計自適應(yīng)方式的電力保護動作的延長時限的時候運用定時限和反時限這兩種方法比較容易。例如，如果大型艦船的電力系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，為了達到提升橫向保護性能的目的，可以對某些特定的開關(guān)采取反時限延時的短延時保護措施。這是一種可以隨著所輸入的電流改變動作時間的新型限流保護措施，當(dāng)輸入的電流高于電力系統(tǒng)的保護整定值的時候就會啟動保護程序，并且動作會隨著輸入電流的變大而減短時間。同理，針對不同的保護開關(guān)處可以承受的短路電流的大小以及電力保護裝備在整個電力保護系統(tǒng)中的位置對各個短延時的定時延時的整定值進行較為精準的確定，從而確保整個電力保護系統(tǒng)可以滿足電流整定值的選擇要求。

4 結(jié)語

繼電保護措施是目前現(xiàn)已有的大型艦船電力系統(tǒng)設(shè)計過程里十分重要的一個步驟。在以往的電力保護措施里，主要是以離線整體為特征的“三段式”電流保護方式，這種保護方式在那些比較簡單的網(wǎng)絡(luò)中有著很好的效果，但是在那些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中就有些差強人意。自適應(yīng)方式的保護方法可以有效保護那些復(fù)雜的大型電力系統(tǒng)。它可以靈活運用各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)下的在線自動調(diào)整保護整定值，最大限度發(fā)揮微機的智能作用，顯著提升保護性能，在大型艦船電力系統(tǒng)中得到越來越廣泛的運用。

參考文獻

[1] 王秘.大型艦船電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護原理研究[D].華中科技大學(xué)，2011.

[2] 甄洪斌，戚連鎖，張曉鋒.艦船電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護技術(shù)研究[J].船舶工程，2011（1）：38-41.

[3] 甄洪斌，張曉鋒，戚連鎖，等.基于拓撲識別的艦船電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護策略[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2011（3）：53-56.

[4] 葉志浩，姜遠志，肖楊婷，等.艦船電力系統(tǒng)保護性能優(yōu)化的自適應(yīng)算法[J].船舶工程，2015（2）：44-49.