船舶电力系统短路故障及其稳定性提升策略

2021-07-12赵长江

探索科学(学术版) 2021年4期

赵长江

蓬莱中柏京鲁船业有限公司山东烟台 265601

引言

船舶电力系统是船舶系统的重要组成部分。随着超大功率的用电设备在船舶上应用越来越广泛,因此要求船舶电力系统的容量也越来越大,以满足用电负荷的需求。同时随着用电设备的增多,船舶电网复杂程度的增加,影响系统稳定性的因素也越来越复杂,对船舶电力系统的稳定性要求也越来越高,因此,稳定性问题成了亟待解决的问题,尤其是暂态稳定性问题更是研究热点的核心。

1 提升船舶电力系统运作安全平稳性的意义

船舶电力系统是电力能源发、配、送充分结合为一体的电力运作项目,在其系统的整体构造当中,所有设施之间都是互为关联的,倘若其中任何一个设施运作的状态出现了改变,往往会导致整体电力系统的运作效率与品质都会受到一定程度上的影响。而电力运作系统倘若丧失了安全与平稳性,则会导致电力生产与传输过程中都会受到很大程度上的阻碍,特别是会对系统当中二次设施的标准化运作带来极大的冲击。比如电力运作系统产生振荡的过程中会引发防护装置,不过这个阶段电力系统并没有产生故障,则就引发了防护误动,并且往往会出现产生故障的极端,因为防护不到位而产生防护拒动情况。电力供应的平稳性与安全性很大程度上关乎着整体电力领域长久的发展。特别是其对于船舶电力供应的高品质有着极大的影响作用。

2 船舶电力系统短路的危害

船舶电力系统由正常电力系统和应急电力系统两部分组成,后者是前者正常工作的一个补充与保障。由于船舶电力系统总容量小、输电网络短、外部影响多等特点,使得一个小小的元件故障都有可能会影响到整条船舶电力系统的稳定性,并给船舶的安全运行带来安全问题。船舶电力系统发生短路故障时,会出现短时的大冲击电流,电流冲击时间虽然不长但却会给整个电力系统带来巨大的冲击与损害,如果保护装置动作不快还会带来一系列的后续损害和问题。而且,稳态短路电流如果过大也会损坏船舶用电设备。短路故障特别严重时,甚至会造成船舶的电力系就全部瘫痪,供电完全中断,如果在恶劣天气航行过程遇到这种情况,有可能会造成船毁人亡的重大事故。

3 故障检测

故障检测是船舶直流电网短路故障管控实施的首要环节,当前主要研究思路和手段包括如下。1)检测交流侧电流实现保护基于交流保护方案,通过检测整流发电机交流侧电流以实现直流侧短路保护是最简单的方法,但其主要问题在于交流断路器一般需要一到两个周波的时间才能分断,难以满足直流电网快速性保护的时间要求,且采用这一方法会导致系统失电。2)检测直流过电流和电流上升率实现保护过流保护在交流系统中较多采用,但由于船舶直流电网短时路各处短路电流几乎相同而难以适用,其更适合点对点的直流系统以及作为多端直流系统的后备保护。此外,电流上升率di/dt在直流电网故障检测中也经常被采用。同时测量di/dt和端电压值,还可估计保护区段的电抗,从而进行故障定位,但该方案的主要不足在于需要高带宽传感器和快速计算故障后的线路电抗。3)电流差动和方向检测实现保护直流电网通过检测判断电流方向实现方向保护与交流电网类似,但这一保护需有合适的直流断路器来隔离故障。此外,基于流入和流出节点电流不同的差动保护也可用于直流电网,但由于直流短路故障电流上升率很大,实现差动保护需要有速度极快和高可靠的电流传感器及通信手段。

4 提升船舶电力系统稳定性的策略

4.1 运作安全自动化设施在电力系统运作的过程当中,为了更好保证其运作的高效率以及安全性,则需要特别注意几个环节:一是需要具有预防性的设施。特别是需要全面保障继电防护设施可以平稳化运作,只有如此,倘若出现事故产生预兆的阶段,就可以第一时间对故障产生区域进行排查,从而保证其它线路运作的安全性与稳定性;二是需要充分保障管控设施的可靠性。系统运作需要具备切机的功能,从而更好规避电力系统故障的进一步扩展,从而更好保证电力系统的运作安全性;三是需要装备具有电压管控的相关设施,如此,在电力系统产生较大故障的阶段,可以更好规避较大区域的停电情况。

4.2 维保计划制定任何事情应该制定计划,维保工作也是这样。因为企业每年对船舶电力推进装置需要维护和保养的数量较多,频次也较高,不同设备需要采用不同的维护频次,不同设备的维保费用也不一样因此在每年年初应该制定详细的维保计划,以保证年度维保工作的正常进行。

4.3 船舶电力系统的稳定性当船舶电力系统受到内外部因素的扰动后仍然能够保持正常工作的能力就是船舶电力系统的稳定性强度,船舶电力系统的稳定性是保证船舶正常安全航行的必要前提。船舶电力系统稳定性包括两个方面的内容:静态稳定和暂态稳定。前者指的是受到小干扰的电力系统能否保持稳定性,能保持稳定就说明系统具有静态的稳定;后者指的是受到某一特定大干扰后的电力系统能否保持稳定性,能保持稳定就说明系统具有暂态的稳定。突加突卸负载、电力系统的意外短路、大型用电设备工作等都属于特定大干扰。因为船舶电力系统的稳定性更多的是体现在船舶航行过程中大干扰,因此针对船舶电力系统稳定性的研究主要是针对暂态稳定进行的。