船舶電力系統(tǒng)短路故障及其穩(wěn)定性提升策略

趙長江

蓬萊中柏京魯船業(yè)有限公司 山東 煙臺 265601

引言

船舶電力系統(tǒng)是船舶系統(tǒng)的重要組成部分。隨著超大功率的用電設(shè)備在船舶上應(yīng)用越來越廣泛,因此要求船舶電力系統(tǒng)的容量也越來越大,以滿足用電負(fù)荷的需求。同時隨著用電設(shè)備的增多,船舶電網(wǎng)復(fù)雜程度的增加,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素也越來越復(fù)雜,對船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求也越來越高,因此,穩(wěn)定性問題成了亟待解決的問題,尤其是暫態(tài)穩(wěn)定性問題更是研究熱點的核心。

1 提升船舶電力系統(tǒng)運作安全平穩(wěn)性的意義

船舶電力系統(tǒng)是電力能源發(fā)、配、送充分結(jié)合為一體的電力運作項目,在其系統(tǒng)的整體構(gòu)造當(dāng)中,所有設(shè)施之間都是互為關(guān)聯(lián)的,倘若其中任何一個設(shè)施運作的狀態(tài)出現(xiàn)了改變,往往會導(dǎo)致整體電力系統(tǒng)的運作效率與品質(zhì)都會受到一定程度上的影響。而電力運作系統(tǒng)倘若喪失了安全與平穩(wěn)性,則會導(dǎo)致電力生產(chǎn)與傳輸過程中都會受到很大程度上的阻礙,特別是會對系統(tǒng)當(dāng)中二次設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化運作帶來極大的沖擊。比如電力運作系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩的過程中會引發(fā)防護裝置,不過這個階段電力系統(tǒng)并沒有產(chǎn)生故障,則就引發(fā)了防護誤動,并且往往會出現(xiàn)產(chǎn)生故障的極端,因為防護不到位而產(chǎn)生防護拒動情況。電力供應(yīng)的平穩(wěn)性與安全性很大程度上關(guān)乎著整體電力領(lǐng)域長久的發(fā)展。特別是其對于船舶電力供應(yīng)的高品質(zhì)有著極大的影響作用。

2 船舶電力系統(tǒng)短路的危害

船舶電力系統(tǒng)由正常電力系統(tǒng)和應(yīng)急電力系統(tǒng)兩部分組成,后者是前者正常工作的一個補充與保障。由于船舶電力系統(tǒng)總?cè)萘啃　⑤旊娋W(wǎng)絡(luò)短、外部影響多等特點,使得一個小小的元件故障都有可能會影響到整條船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并給船舶的安全運行帶來安全問題。船舶電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,會出現(xiàn)短時的大沖擊電流,電流沖擊時間雖然不長但卻會給整個電力系統(tǒng)帶來巨大的沖擊與損害,如果保護裝置動作不快還會帶來一系列的后續(xù)損害和問題。而且,穩(wěn)態(tài)短路電流如果過大也會損壞船舶用電設(shè)備。短路故障特別嚴(yán)重時,甚至?xí)斐纱暗碾娏ο稻腿堪c瘓,供電完全中斷,如果在惡劣天氣航行過程遇到這種情況,有可能會造成船毀人亡的重大事故。

3 故障檢測

故障檢測是船舶直流電網(wǎng)短路故障管控實施的首要環(huán)節(jié),當(dāng)前主要研究思路和手段包括如下。1)檢測交流側(cè)電流實現(xiàn)保護基于交流保護方案,通過檢測整流發(fā)電機交流側(cè)電流以實現(xiàn)直流側(cè)短路保護是最簡單的方法,但其主要問題在于交流斷路器一般需要一到兩個周波的時間才能分?jǐn)?難以滿足直流電網(wǎng)快速性保護的時間要求,且采用這一方法會導(dǎo)致系統(tǒng)失電。2)檢測直流過電流和電流上升率實現(xiàn)保護過流保護在交流系統(tǒng)中較多采用,但由于船舶直流電網(wǎng)短時路各處短路電流幾乎相同而難以適用,其更適合點對點的直流系統(tǒng)以及作為多端直流系統(tǒng)的后備保護。此外,電流上升率di/dt在直流電網(wǎng)故障檢測中也經(jīng)常被采用。同時測量di/dt和端電壓值,還可估計保護區(qū)段的電抗,從而進(jìn)行故障定位,但該方案的主要不足在于需要高帶寬傳感器和快速計算故障后的線路電抗。3)電流差動和方向檢測實現(xiàn)保護直流電網(wǎng)通過檢測判斷電流方向?qū)崿F(xiàn)方向保護與交流電網(wǎng)類似,但這一保護需有合適的直流斷路器來隔離故障。此外,基于流入和流出節(jié)點電流不同的差動保護也可用于直流電網(wǎng),但由于直流短路故障電流上升率很大,實現(xiàn)差動保護需要有速度極快和高可靠的電流傳感器及通信手段。

4 提升船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的策略

4.1 運作安全自動化設(shè)施 在電力系統(tǒng)運作的過程當(dāng)中,為了更好保證其運作的高效率以及安全性,則需要特別注意幾個環(huán)節(jié):一是需要具有預(yù)防性的設(shè)施。特別是需要全面保障繼電防護設(shè)施可以平穩(wěn)化運作,只有如此,倘若出現(xiàn)事故產(chǎn)生預(yù)兆的階段,就可以第一時間對故障產(chǎn)生區(qū)域進(jìn)行排查,從而保證其它線路運作的安全性與穩(wěn)定性;二是需要充分保障管控設(shè)施的可靠性。系統(tǒng)運作需要具備切機的功能,從而更好規(guī)避電力系統(tǒng)故障的進(jìn)一步擴展,從而更好保證電力系統(tǒng)的運作安全性;三是需要裝備具有電壓管控的相關(guān)設(shè)施,如此,在電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大故障的階段,可以更好規(guī)避較大區(qū)域的停電情況。

4.2 維保計劃制定 任何事情應(yīng)該制定計劃,維保工作也是這樣。因為企業(yè)每年對船舶電力推進(jìn)裝置需要維護和保養(yǎng)的數(shù)量較多,頻次也較高,不同設(shè)備需要采用不同的維護頻次,不同設(shè)備的維保費用也不一樣因此在每年年初應(yīng)該制定詳細(xì)的維保計劃,以保證年度維保工作的正常進(jìn)行。

4.3 船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性 當(dāng)船舶電力系統(tǒng)受到內(nèi)外部因素的擾動后仍然能夠保持正常工作的能力就是船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性強度,船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是保證船舶正常安全航行的必要前提。船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性包括兩個方面的內(nèi)容:靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。前者指的是受到小干擾的電力系統(tǒng)能否保持穩(wěn)定性,能保持穩(wěn)定就說明系統(tǒng)具有靜態(tài)的穩(wěn)定;后者指的是受到某一特定大干擾后的電力系統(tǒng)能否保持穩(wěn)定性,能保持穩(wěn)定就說明系統(tǒng)具有暫態(tài)的穩(wěn)定。突加突卸負(fù)載、電力系統(tǒng)的意外短路、大型用電設(shè)備工作等都屬于特定大干擾。因為船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性更多的是體現(xiàn)在船舶航行過程中大干擾,因此針對船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究主要是針對暫態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行的。

結(jié)束語

電力平穩(wěn)化與安全化運作是船舶電力系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)保證,因此需要充分認(rèn)知到其安全運作的核心價值,相關(guān)的管控工作人員需要持續(xù)化增強對電力系統(tǒng)的日常維護與管控工作,同時運用有針對性的舉措來規(guī)避故障問題的產(chǎn)生,并且需持續(xù)增強對電力系統(tǒng)安全基礎(chǔ)的建設(shè)工作,保證船舶電力系統(tǒng)平穩(wěn)、高效、安全化持續(xù)的運作。