船舶綜合電力系統的直流區域配電系統分析

陳斌

摘 要：文章對我國現代化艦船使用的綜合電力系統技術作了詳細的研究，并對該系統中直流區域配電系統在隔離故障和優化艦船設計方面的優勢作了闡述，較為詳細的分析了直流網狀網絡在艦船容量設置以及故障重構方面的突出優點，并且立足于該直流區域的配電網狀系統，對該系統的網絡配電中的繼電保護的主要研究內容作了深入的研究

關鍵詞：綜合電力系統；直流區域；繼電保護

引言

綜合電力系統包含了艦船的日常用電、艦體推進用電、高端武器設備發射用電和大功率探測設備用電等，作為一種綜合電力技術不僅可以對當前現代化艦船的整體設計實施簡化，而且對簡化艦船的動力系統提高了可能，為我國穩定，可靠的使用高端的艦載武器設備提供了強大的保障。現在國內很多科研單位對艦船的綜合電力系統做了深入的研究，雖然在技術上取得了一定的進步，但是艦船綜合電力系統的關鍵技術并沒有取得突破性的進展[1]。文章重點分析了與傳統結構相比，直流區域配電系統的直流網狀結構存在的明顯優勢，站在電力系統繼電保護的層面對該系統中直流配電系統做了進一步的研究分析，希望對我國現代化艦船綜合電力系統的建設和發展起到一些借鑒性的意義。

1 直流網狀網絡的介紹

國內大型水面艦船自建造以來所使用的供電系統就是采用兩個電站同時進行供電的模式，這種供電模式被稱為干饋式混合配電系統，這種模式的特點在于這兩個供電站是完全隔開的，它們兩個分別有自己的發電機組，雖然設備存于不同的艦體結構中，但是對艦船的符合設備卻是同步供電[2]。但是從長遠的角度來看，水面艦船會不斷的向超大容量方向發展，基于此種發展趨勢，綜合電力系統的雙電站模式很有可能被突破和改善，有可靠資料現實演變和發展的模式會是網狀網絡形式和多個供電站同時使用，但是為了確保艦船的密封性和節約空間，兩種不同的供電系統會通過一條母線向艦船所有的符合設備提供電能，并且根據艦船的實際需要給至關重要的符合設備輸送電力。

直流網狀網絡的工作原理是將艦船電力系統中的電流整合為1000V的直流，通過艦船兩側的左母線和右母線將電流傳輸出去，而且在艦船的每一臺發電機組中都有與左右母線連接的端口，最終形成一個閉合的網絡電流回路。這種配電系統不僅可以完成對所有發電機組的集中控制和管理，還可以對發電系統中發電機組的備用容量進行合理的配置，從另一個方面提高了發電機的使用效率。

2 直流區域的配電系統的優勢

從目前的現狀來看主流艦船上使用的電力系統都是通過艦船上集中式配電系統的中心設備通過電纜進行輸送，這樣的結果大大的影響了艦體的密封性，使艦體出現了上千個電纜的穿孔，一方面為電力系統建設人員帶來了大量繁瑣的工作，而且還在一定程度上減低了艦船的耐壓性。如果現代艦船采用直流區域配電系統就可以有效的避免此類問題的發生，這種方法操作簡單，只需要將輸送電力的母線穿過艦體的耐壓隔壁，不僅節省了大量的電纜，也減輕了艦體的總體重量，是艦體在空間設計方面得到了很多好處[3]。

SSCM和SSIM有多重功能，并且它們能夠對通過半導體設備的電流執行電力轉換、監測和限制，所以可以在設備出現緊急故障時對供電系統實施保護，所以如果艦船使用的是直流區域配電系統，在故障發生時就可以將發生故障的部位隔離在一個小范圍的電力區域中，而且因為這種電力系統中的電流都是直流電，在對設備故障檢測的時候也更加方便和簡單，原先監測直流故障和初始化自動母線的轉換器所需要的時間延遲不存在了，進一步提升了電源的使用性能，也提升了艦體的整體性能，而且隨著供電系統功率全面自動化程度的提高，極大的簡化了艦船的戰斗系統設計。

直流區域配電系統的第二個顯著優勢就是對于不同的泵體和排風機來說可以進行不同的速度控制，保證其始終保持在較高的運行效率之下，另外在艦船大型電動機被啟動的時候，其輸電系統中的電流會受到一定的限制，這種情況可以使艦船母線中的電壓始終處在穩定的狀態之下，而且在特定的場合下也可以實現電力的轉換，直流區域配電系統與傳統的供電系統相比有很多明顯的優勢，例如：在艦船不同的戰斗系統當中，很多武器設備要用到400Hz的直流電壓，因此如果現代艦船的配電系統是交流電則還要經過一步轉化，再用一個逆變器將交流電轉換成400Hz方可實現戰斗系統的運行和使用，但是如果直接采用是直流區域配電系統，那么僅僅需要將電壓調到合適的水平就可以了，然后在將電流整合成需要的直流即可。將兩者進行對比之后可以看出在該系統與交流配電系統相比減少了很多的輸電設備，例如：擔任變壓作用的傳輸變壓器，還有交流配電系統中的很多開關，這些設備的減少可以降低艦船本身的質量，而且也節省了出了很多空間，使艦船有了更多的空間安裝更多的艦載武器，進而增減現代化艦船的作戰能力。

第三，直流配電系統具備的另一大優勢是發電機組的發電頻率，這種高頻率的發電機組可以和整流器實現最大尺寸的優化組合，而且根據直流區域的配電系統能夠將原動機設計為始終處在最有效率的運行狀態之下，從節省油料方面來說不僅做到了最小的能源使用，也減少了艦船配伍的排放量。

3 基于直流區域配電系統的直流網狀網絡的繼電保護

適應直流網狀網絡中短路電流的計算標準，當前我國陸地電網的自動保護技術相對艦船配電系統的保護技術來說比較成熟，而且在系統級別的保護方法上也有了一定的研究，例如：陸地電網中的快速距離保護、反應暫態分量的行波保護以及光纖差動保護等，但是因為艦船的綜合電力系統是建立在有限的空間之內，并且是一種獨立的電網單元，因此其穩定性會受到艦船符合設備的影響，加之系統結構形式復雜等多種不利因素，提高了信號提取的困難程度。根據研究發現以往對艦船電力系統分析的原理、方法以及一些應用技術的成果，在當前的直流網狀網絡配電系統中不能直接使用，必須對艦船綜合電力系統中常見故障的特征進行研究，而且還要對現在艦船綜合電力系統采用的保護手段進行適當的改進，這樣才能切實滿足綜合電力的保護需求。

4 結束語

綜合電力系統能夠包括電力推進在內的全船電能進行統一的調配，具有很好的經濟性、并且配置靈活多變、目標的聲音強度很低、功率的密度較高等很多優點，是世界各國艦船技術發展的主流方向。直流區域配電系統有很強的生命力，而且有利于總體優化和模塊化建造等優勢，是綜合電力系統的最好選擇。

參考文獻

[1]曹融.船舶綜合電力系統短路計算與仿真[J].哈爾濱工程大學，2013（03）：42-45.

[2]葉志浩.基于直流區域配電的艦船綜合電力系統智能保護方式的研究[J].船電技術，2009（02）：31-34.

[3]羅偉，方斌.船舶綜合電力系統研究的新進展[J].艦船科學技術，2009（12）：18-21.