船舶電力系統短路故障及其穩定性提升策略

趙長江

蓬萊中柏京魯船業有限公司 山東 煙臺 265601

引言

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

1 提升船舶電力系統運作安全平穩性的意義

船舶電力系統是電力能源發、配、送充分結合為一體的電力運作項目,在其系統的整體構造當中,所有設施之間都是互為關聯的,倘若其中任何一個設施運作的狀態出現了改變,往往會導致整體電力系統的運作效率與品質都會受到一定程度上的影響。而電力運作系統倘若喪失了安全與平穩性,則會導致電力生產與傳輸過程中都會受到很大程度上的阻礙,特別是會對系統當中二次設施的標準化運作帶來極大的沖擊。比如電力運作系統產生振蕩的過程中會引發防護裝置,不過這個階段電力系統并沒有產生故障,則就引發了防護誤動,并且往往會出現產生故障的極端,因為防護不到位而產生防護拒動情況。電力供應的平穩性與安全性很大程度上關乎著整體電力領域長久的發展。特別是其對于船舶電力供應的高品質有著極大的影響作用。

2 船舶電力系統短路的危害

船舶電力系統由正常電力系統和應急電力系統兩部分組成,后者是前者正常工作的一個補充與保障。由于船舶電力系統總容量小、輸電網絡短、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的穩定性,并給船舶的安全運行帶來安全問題。船舶電力系統發生短路故障時,會出現短時的大沖擊電流,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損害和問題。而且,穩態短路電流如果過大也會損壞船舶用電設備。短路故障特別嚴重時,甚至會造成船舶的電力系就全部癱瘓,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短路故障管控實施的首要環節,當前主要研究思路和手段包括如下。1)檢測交流側電流實現保護基于交流保護方案,通過檢測整流發電機交流側電流以實現直流側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斷,難以滿足直流電網快速性保護的時間要求,且采用這一方法會導致系統失電。2)檢測直流過電流和電流上升率實現保護過流保護在交流系統中較多采用,但由于船舶直流電網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以及作為多端直流系統的后備保護。此外,電流上升率di/dt在直流電網故障檢測中也經常被采用。同時測量di/dt和端電壓值,還可估計保護區段的電抗,從而進行故障定位,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保護直流電網通過檢測判斷電流方向實現方向保護與交流電網類似,但這一保護需有合適的直流斷路器來隔離故障。此外,基于流入和流出節點電流不同的差動保護也可用于直流電網,但由于直流短路故障電流上升率很大,實現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 提升船舶電力系統穩定性的策略

4.1 運作安全自動化設施 在電力系統運作的過程當中,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節:一是需要具有預防性的設施。特別是需要全面保障繼電防護設施可以平穩化運作,只有如此,倘若出現事故產生預兆的階段,就可以第一時間對故障產生區域進行排查,從而保證其它線路運作的安全性與穩定性;二是需要充分保障管控設施的可靠性。系統運作需要具備切機的功能,從而更好規避電力系統故障的進一步擴展,從而更好保證電力系統的運作安全性;三是需要裝備具有電壓管控的相關設施,如此,在電力系統產生較大故障的階段,可以更好規避較大區域的停電情況。

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

4.3 船舶電力系統的穩定性 當船舶電力系統受到內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的穩定性強度,船舶電力系統的穩定性是保證船舶正常安全航行的必要前提。船舶電力系統穩定性包括兩個方面的內容:靜態穩定和暫態穩定。前者指的是受到小干擾的電力系統能否保持穩定性,能保持穩定就說明系統具有靜態的穩定;后者指的是受到某一特定大干擾后的電力系統能否保持穩定性,能保持穩定就說明系統具有暫態的穩定。突加突卸負載、電力系統的意外短路、大型用電設備工作等都屬于特定大干擾。因為船舶電力系統的穩定性更多的是體現在船舶航行過程中大干擾,因此針對船舶電力系統穩定性的研究主要是針對暫態穩定進行的。

結束語

電力平穩化與安全化運作是船舶電力系統發展的基礎保證,因此需要充分認知到其安全運作的核心價值,相關的管控工作人員需要持續化增強對電力系統的日常維護與管控工作,同時運用有針對性的舉措來規避故障問題的產生,并且需持續增強對電力系統安全基礎的建設工作,保證船舶電力系統平穩、高效、安全化持續的運作。