船舶电力系统选择性保护研究

窦晓峰，程德彬



船舶电力系统选择性保护研究

窦晓峰1，程德彬2

（1. 武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064；2. 海军驻洛阳四O七厂军事代表室，河南洛阳 471000）

本文概述了船舶电力系统选择性保护条件，研究了船舶电力系统中主发电机与下面各级设备、主汇流排与用电设备、电力与照明变压器之间的选择性保护。结合船舶电力系统实例，提出了各级保护电器的选型和整定。

船舶 电力系统 选择性保护

0 引言

选择性保护是船舶电力系统中一种重要保护方式。选择性保护是指当船舶电力系统发生过电流故障时，故障电路中只有最靠近故障点的保护电器动作，因此不会对未发生故障的电路产生影响，确保了船舶电力系统供电安全性和可靠性。选择性保护一般分为过载选择性保护与短路选择性保护，本文主要研究短路选择性保护。

1 选择性保护条件

在船舶电力系统中，一般短路选择性保护需要按照时间原则进行设计和整定保护电器。在电力系统短路选择性保护的过程中，保护电器需要满足以下条件：

l）保护电器需要同时具有相应短路分断和短路接通的能力。

2）保护电器间的保护特性应当协同设置，满足选择性保护的参数要求。当断路器为保护电器时，则要求下一级断路器的全分断时间小于上一级断路器的可返回时间，即两级断路器电流-时间特性曲线不能存在交叉。

图1 可实现全范围选择性保护

如图1所示，上一级断路器和下一级断路器均为两段保护，其中上一级断路器为长延时和短延时保护，下一级断路器为长延时和瞬时保护，两级断路器电流-时间曲线不存在交叉，所以能够对全范围进行选择性保护。

如图2所示，上一级断路器为三段保护，分别为长延时、短延时和瞬时保护，下一级断路器为两段保护，分别为长延时和瞬时保护。当电路中的短路电流大于1时上、下两级断路器均会发生动作，因此不能完成全范围选择性保护，仅可以完成部分选择性保护。

3）在保护器件选择性保护动作切除故障电路过程中，保护电路中相关设备及电气元件需要具有优异的热稳定性。

图2 可实现部分选择性保护

2 电力系统选择性保护

2.1 主发电机与以下各级之间

在船舶电力系统中，各级设备均设置了保护，包括：主发电机、主汇流排分段断路器、主汇流排、应急汇流排、组合起动屏、主照明汇流排和应急照明汇流排等。其中作为第一级保护，主发电机保护是涉及全船供电可靠性的关键，必须得到有效保障。

主发电机短延时保护参数设置时需要遵循下列要求：

1）根据船规及相关标准要求，在设置主发电机短延时保护参数时，短延时保护电流整定值应当以3倍发电机额定电流作为标准；

2）由于电力系统中存在大容量电动机，因此需要避免在起动过程中引起误操作；

3）主发电机应当为下一级提供后备保护。

2.2 主汇流排与用电设备间选择性保护

船舶电力系统配电网络主要采用馈线式网络结构，存在于主汇流排和用电设备间的保护级数一般不超过3级。主汇流排和用电设备之间的选择性保护通过以下几种方法实现：

l）各级保护均使用断路器。除末级保护外，其他各级保护使用长延时、短延时和瞬时保护的三段保护塑壳断路器，而末级保护使用具有长延时和瞬时保护的两段保护塑壳断路器。

2）电力系统中使用熔断器是选择性保护最简单的实现方式。只有在照明网络的末级不能使用熔断器替代塑壳断路器。除此之外，各级均可以使用熔断器。

3）与照明网络不同，在动力网络中要求必须均使用塑壳断路器。

2.3 电力与照明变压器选择性保护

船舶电力系统中通讯设备、导航设备以及照明系统等均是由电力与照明变压器进行供电，因此电力与照明变压器起着至关重要的作用，保证其相关电路的选择性保护就显得尤为重要。

对于电力与照明变压器选择性保护，一般采用时间原则进行设计和整定保护电器，从而完成选择性保护功能。常用的选择性保护方法有：

l）变压器初级电路使用塑壳断路器来实现短路和过载保护功能。塑壳断路器设置为短延时、长延时两段保护，其中短路保护通过短延时实现，过载保护通过长延时实现。同时变压器初级保护需要与上、下级保护都达到选择性保护条件的要求。

2）变压器初级电路使用塑壳断路器，塑壳断路器仅设置为瞬时保护。同时要求塑壳断路器仅在变压器初级发生短路时发生动作，而在变压器次级电路发生短路时不发生动作。

3）变压器初级电路中短路保护功能通过熔断器实现，同时过载保护功能通过具有长延时保护的塑壳断路器实现。此外，需要保证熔断器的熔断电流-时间特性与上、下级保护协调配合。

3 选择性保护实例

3.1 电力系统简介

本实例是以某敷缆船的电力系统为例进行选择性保护。本船采用交流电力供电，系统电压为交流690 V。公共电站共配备4台690 V/2000 kW发电机。

在不同工况下的电能配置为:

1）4台2000 W供电；

2）DP工况分区供电，690 V母排分别配备2台690 V/2000 kW发电机；

3）单台2000 kW供电；

4）1台300 kW供电。

船上还配备了2台AC690/400 V、3相、1500 kVA电力变压器，供电于AC400 V/230 V配电板，还配备了2台AC400/230 V、3相、200 kVA照明变压器供电于230 V照明配电板，其中，2台电力变压器、2台照明变压器具备互锁关系；推进变压器都配置有预充磁电路。

3.2 各级保护电器选型及整定

本船主发电机组、推进变压器、配电变压器、照明变压器断路器及整定值如下表所示。其中LTD代表长延时保护，STD代表短延时保护，INST代表瞬动保护。

表1 主发电机组断路器及整定值

表2 推进变压器断路器及整定值

表3 690 V/400 V配电变压器断路器及整定值

表4 400/230 V照明变压器断路器及整定值

4 结语

本文首先介绍了船舶电力系统选择性保护的基本条件，针对船舶各设备间选择性保护提出了具体措施，并根据项目实例提出了选择性保护开关整定的方法，对船舶电力系统选择性保护具有理论意义和实际参考价值。

[1] 方杰. 船舶电力系统过电流选择性保护. 江苏船舶, 2009, (1).

[2] 中国船级社. 钢质海船入级规范. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[3] 船舶电力系统过电流选择性保护指南. 中国船级社, 2007.

[4] 缪希仁. 低压配电系统全范围选择性协调保护技术[J]. 低压电器, 2014, (9): 19-22.

Research Of the Selective Protection in Ship Power System

Dou Xiaofeng1, Cheng Debin2

（1. Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China; 2. Naval Representative Office in Luoyang 407 Plant, Luoyang 471000, Henan, China）

TM77

A

1003-4862（2018）12-0025-03

2018-07-19

窦晓峰（1990-），男，工程师。研究方向：电力系统及其自动化。E-mail:506053750@qq.com