船舶電力系統選擇性保護研究

竇曉峰，程德彬

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船舶電力系統選擇性保護研究

竇曉峰1，程德彬2

（1. 武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064；2. 海軍駐洛陽四O七廠軍事代表室，河南洛陽 471000）

本文概述了船舶電力系統選擇性保護條件，研究了船舶電力系統中主發電機與下面各級設備、主匯流排與用電設備、電力與照明變壓器之間的選擇性保護。結合船舶電力系統實例，提出了各級保護電器的選型和整定。

船舶 電力系統 選擇性保護

0 引言

選擇性保護是船舶電力系統中一種重要保護方式。選擇性保護是指當船舶電力系統發生過電流故障時，故障電路中只有最靠近故障點的保護電器動作，因此不會對未發生故障的電路產生影響，確保了船舶電力系統供電安全性和可靠性。選擇性保護一般分為過載選擇性保護與短路選擇性保護，本文主要研究短路選擇性保護。

1 選擇性保護條件

在船舶電力系統中，一般短路選擇性保護需要按照時間原則進行設計和整定保護電器。在電力系統短路選擇性保護的過程中，保護電器需要滿足以下條件：

l）保護電器需要同時具有相應短路分斷和短路接通的能力。

2）保護電器間的保護特性應當協同設置，滿足選擇性保護的參數要求。當斷路器為保護電器時，則要求下一級斷路器的全分斷時間小于上一級斷路器的可返回時間，即兩級斷路器電流-時間特性曲線不能存在交叉。

圖1 可實現全范圍選擇性保護

如圖1所示，上一級斷路器和下一級斷路器均為兩段保護，其中上一級斷路器為長延時和短延時保護，下一級斷路器為長延時和瞬時保護，兩級斷路器電流-時間曲線不存在交叉，所以能夠對全范圍進行選擇性保護。

如圖2所示，上一級斷路器為三段保護，分別為長延時、短延時和瞬時保護，下一級斷路器為兩段保護，分別為長延時和瞬時保護。當電路中的短路電流大于1時上、下兩級斷路器均會發生動作，因此不能完成全范圍選擇性保護，僅可以完成部分選擇性保護。

3）在保護器件選擇性保護動作切除故障電路過程中，保護電路中相關設備及電氣元件需要具有優異的熱穩定性。

圖2 可實現部分選擇性保護

2 電力系統選擇性保護

2.1 主發電機與以下各級之間

在船舶電力系統中，各級設備均設置了保護，包括：主發電機、主匯流排分段斷路器、主匯流排、應急匯流排、組合起動屏、主照明匯流排和應急照明匯流排等。其中作為第一級保護，主發電機保護是涉及全船供電可靠性的關鍵，必須得到有效保障。

主發電機短延時保護參數設置時需要遵循下列要求：

1）根據船規及相關標準要求，在設置主發電機短延時保護參數時，短延時保護電流整定值應當以3倍發電機額定電流作為標準；

2）由于電力系統中存在大容量電動機，因此需要避免在起動過程中引起誤操作；

3）主發電機應當為下一級提供后備保護。

2.2 主匯流排與用電設備間選擇性保護

船舶電力系統配電網絡主要采用饋線式網絡結構，存在于主匯流排和用電設備間的保護級數一般不超過3級。主匯流排和用電設備之間的選擇性保護通過以下幾種方法實現：

l）各級保護均使用斷路器。除末級保護外，其他各級保護使用長延時、短延時和瞬時保護的三段保護塑殼斷路器，而末級保護使用具有長延時和瞬時保護的兩段保護塑殼斷路器。

2）電力系統中使用熔斷器是選擇性保護最簡單的實現方式。只有在照明網絡的末級不能使用熔斷器替代塑殼斷路器。除此之外，各級均可以使用熔斷器。

3）與照明網絡不同，在動力網絡中要求必須均使用塑殼斷路器。

2.3 電力與照明變壓器選擇性保護

船舶電力系統中通訊設備、導航設備以及照明系統等均是由電力與照明變壓器進行供電，因此電力與照明變壓器起著至關重要的作用，保證其相關電路的選擇性保護就顯得尤為重要。

對于電力與照明變壓器選擇性保護，一般采用時間原則進行設計和整定保護電器，從而完成選擇性保護功能。常用的選擇性保護方法有：

l）變壓器初級電路使用塑殼斷路器來實現短路和過載保護功能。塑殼斷路器設置為短延時、長延時兩段保護，其中短路保護通過短延時實現，過載保護通過長延時實現。同時變壓器初級保護需要與上、下級保護都達到選擇性保護條件的要求。

2）變壓器初級電路使用塑殼斷路器，塑殼斷路器僅設置為瞬時保護。同時要求塑殼斷路器僅在變壓器初級發生短路時發生動作，而在變壓器次級電路發生短路時不發生動作。

3）變壓器初級電路中短路保護功能通過熔斷器實現，同時過載保護功能通過具有長延時保護的塑殼斷路器實現。此外，需要保證熔斷器的熔斷電流-時間特性與上、下級保護協調配合。

3 選擇性保護實例

3.1 電力系統簡介

本實例是以某敷纜船的電力系統為例進行選擇性保護。本船采用交流電力供電，系統電壓為交流690 V。公共電站共配備4臺690 V/2000 kW發電機。

在不同工況下的電能配置為:

1）4臺2000 W供電；

2）DP工況分區供電，690 V母排分別配備2臺690 V/2000 kW發電機；

3）單臺2000 kW供電；

4）1臺300 kW供電。

船上還配備了2臺AC690/400 V、3相、1500 kVA電力變壓器，供電于AC400 V/230 V配電板，還配備了2臺AC400/230 V、3相、200 kVA照明變壓器供電于230 V照明配電板，其中，2臺電力變壓器、2臺照明變壓器具備互鎖關系；推進變壓器都配置有預充磁電路。

3.2 各級保護電器選型及整定

本船主發電機組、推進變壓器、配電變壓器、照明變壓器斷路器及整定值如下表所示。其中LTD代表長延時保護，STD代表短延時保護，INST代表瞬動保護。

表1 主發電機組斷路器及整定值

表2 推進變壓器斷路器及整定值

表3 690 V/400 V配電變壓器斷路器及整定值

表4 400/230 V照明變壓器斷路器及整定值

4 結語

本文首先介紹了船舶電力系統選擇性保護的基本條件，針對船舶各設備間選擇性保護提出了具體措施，并根據項目實例提出了選擇性保護開關整定的方法，對船舶電力系統選擇性保護具有理論意義和實際參考價值。

[1] 方杰. 船舶電力系統過電流選擇性保護. 江蘇船舶, 2009, (1).

[2] 中國船級社. 鋼質海船入級規范. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[3] 船舶電力系統過電流選擇性保護指南. 中國船級社, 2007.

[4] 繆希仁. 低壓配電系統全范圍選擇性協調保護技術[J]. 低壓電器, 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

竇曉峰（1990-），男，工程師。研究方向：電力系統及其自動化。E-mail:506053750@qq.com