適用于船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)的保護方法研究

張 平

（海軍裝備部駐上海地區(qū)第八軍事代表室 上海200011）

0 引 言

直流區(qū)域配電網(wǎng)是交直流混聯(lián)型電力系統(tǒng)的重要中間網(wǎng)絡(luò)，對全船電能的分配優(yōu)化和提高船舶生命力具有重要意義。船舶直流配電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)上與交流配電網(wǎng)類似，具有輻射狀、環(huán)狀和區(qū)域配電網(wǎng)等多種拓撲結(jié)構(gòu)。直流配電網(wǎng)通過逆變電路為交流負載供電、直接或通過斬波電路為直流負載進行供電。在中低壓直流配電中，直流配電技術(shù)具有穩(wěn)定性高、線路損耗小、便于小型分布式能源接入等優(yōu)點。直流配電網(wǎng)目前多用于工業(yè)園區(qū)、軌交、船舶等領(lǐng)域的供電。其中直流區(qū)域配電網(wǎng)是主要適用于船舶供電領(lǐng)域的直流網(wǎng)絡(luò)，屬于相對獨立的電力網(wǎng)絡(luò)。

目前，在船舶和航空等獨立供電領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的直流配電網(wǎng)主要為輻射形和環(huán)形配電方式，在保護策略方面，研究與應(yīng)用較多的有：過電流定時限保護、差動保護、智能算法保護、基于單端電氣量的無通信保護。

（1）過電流定時限保護

小型獨立電力系統(tǒng)目前仍然采用按照電流與時間原則進行斷路器保護的整定，保護雖然簡單易實現(xiàn)，但是按照時間原則，越靠近上級線路的保護開關(guān)延時時間越長，有可能使故障類型向更嚴(yán)重的程度發(fā)展，危害電力系統(tǒng)。針對過電流定時限保護的缺點，張芳等提出通過比較本端故障電流的變化來判別對端斷路器的動作狀態(tài)，再按照時限特性加速啟動本端保護的方法，很大程度上減少了保護的延時時長。劉華臣等提出在保護中加入邏輯單元，利用斷路器輸出開關(guān)量逐級傳遞代替時間原則，將過電流定時限保護作為后備保護，保證了保護的快速性與可靠性。

（2）線路縱聯(lián)差動保護

直流線路與交流線路的線路縱聯(lián)差動保護原理相同，都是基于基爾霍夫電流定律，通過對被保護線路兩端測量到的電流幅值、電流方向、功率方向等電氣量進行比較來進行故障定位，主要采用基于電流量的差動保護。線路差動保護不受系統(tǒng)運行方式的影響，可靠性與速動性很高，在陸用電力系統(tǒng)的保護中得到廣泛應(yīng)用。但是遠距離輸電線路對通信條件有一定的要求，經(jīng)大電阻接地時保護的靈敏度也會降低。

在船舶這種獨立電力系統(tǒng)中，輸電線纜很短，配置線路差動保護十分方便，尤其是在船舶電力系統(tǒng)較復(fù)雜的情況下，縱聯(lián)差動保護具有優(yōu)良的選擇性。范繼偉等在此基礎(chǔ)上提出以廣域差動保護為后備保護的方案，實現(xiàn)電網(wǎng)任意兩測量點間的差動保護，構(gòu)成嵌套式保護。李斌等提出利用暫態(tài)極性制定保護方案，通過比較被保護線路上線路兩端電流暫態(tài)極性的相關(guān)性實現(xiàn)故障定位，比較適用于含有多個分布式電源的電網(wǎng)。在實際應(yīng)用中，通信實時性、互感器飽和、輕微故障下保護拒動等問題等成為差動保護實現(xiàn)的難點，在交流電力系統(tǒng)中已有故障分量、補償電容等解決方法，而對于直流線路，這些問題仍有待探究。

（3）基于智能算法的保護

近年來，越來越多的智能算法也逐漸應(yīng)用于直流配電保護，能較好實現(xiàn)故障定位與切除，并調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。目前研究最多的為自適應(yīng)保護算法。自適應(yīng)保護是一種能根據(jù)電力系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)和故障狀態(tài)的變化而實時改變保護原理、特性以及定值的保護方法，從而使保護裝置能快速適應(yīng)電力系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生的各種變化。目前自適應(yīng)算法主要在傳統(tǒng)保護的基礎(chǔ)上作出改進，包括自適應(yīng)電流速斷保護、自適應(yīng)電壓速斷保護、自適應(yīng)過電流保護、自適應(yīng)電流向量縱聯(lián)差動保護、自適應(yīng)距離保護等。自適應(yīng)保護能克服同類型傳統(tǒng)保護長期存在的難題，體現(xiàn)出強大的優(yōu)越性。除自適應(yīng)算法外，還有許多關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的研究。Li W等利用小波多分辨分析和Parseval定理對不同故障特征進行了提取，選擇不同分辨率的故障信號能量變化作為特征向量，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行中壓直流船舶電力系統(tǒng)故障檢測與分類。陳中孝等在專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩者相結(jié)合的故障診斷方法的基礎(chǔ)上，把各個混合型直流斷路器的工作狀態(tài)作為專家系統(tǒng)的采樣輸入數(shù)據(jù)，各個短路點的斷路器動作時刻的電流信號作為 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本輸入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對短路故障進行診斷與拓撲重構(gòu)。

智能算法保護系統(tǒng)的可靠性較高，對各類電力網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性極高，值得進行進一步的探究。但其需要以完備的通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對通信依賴較高，其對船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)的適應(yīng)性需視實際應(yīng)用情況而定。此外，智能算法保護系統(tǒng)較為復(fù)雜，目前尚處于理論研究階段，仍需大量的實驗與仿真論證。（4）基于單端電氣量的無通信保護

無通信保護往往只需要單端電氣量便可以進行故障定位，實現(xiàn)全線相繼速動。目前國內(nèi)外學(xué)者對交流線路的無通信保護已有較多研究，如基于單端電流電壓工頻分量的零序分量保護、電流突變量保護，基于暫態(tài)分量的邊界保護、行波保護等。對于獨立電力系統(tǒng)，很少有關(guān)于單端電氣量的無通信保護。這種類型的保護避免了對通信的要求，在某些通信環(huán)境條件惡劣的獨立電力系統(tǒng)中有較高的可靠性。該類保護對于不對稱故障能可靠、快速動作，但無法正確反映對稱故障。

目前關(guān)于船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)保護的研究尚不成熟。本文主要探究適用于船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)的保護方法，根據(jù)船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)運行特點，研究分析常見直流線路保護方法在直流區(qū)域配電網(wǎng)保護中的適應(yīng)性，并得出電流差動保護、電流變化率+電流變化量相結(jié)合的電流突變量保護有著較好的適應(yīng)性的結(jié)論。

1 船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)與運行特點

船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)是由電力電子變流器、配電裝置、直流電纜和用電負載等組成的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一般在船舶的兩側(cè)配置左舷及右舷兩條主匯流母線，含有多個配電分區(qū)，各個分區(qū)內(nèi)均含有供電單元與負載單元，使電能傳輸網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域分配最大化。一種船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的拓撲如圖1所示，其中ZONE 1- ZONE

n

代表

n

個配電分區(qū)。

圖1 船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)拓撲圖

在圖1中，左右直流母線一般按照左右船舷對角交叉布置。每個配電分區(qū)內(nèi)都有供電單元（即直流區(qū)域配電板模塊）與負載單元，左右舷上各有

n

個獲取電能與分配電能的直流舷側(cè)配電板。

每個供電單元均通過直流舷側(cè)配電板與左右舷母線相連，由此向左舷或右舷直流母線供電。供電單元通過電力電子變流器從上級線路獲取電能。一般情況下，直流區(qū)域配電網(wǎng)處于低壓水平，需要從中壓直流電網(wǎng)中獲取電能。

每個負載單元均與其區(qū)域內(nèi)的舷側(cè)配電板相連，可以從左舷與右舷直流母線同時獲得電能。這樣當(dāng)某一舷側(cè)發(fā)生故障時，另一側(cè)舷仍然可以繼續(xù)為負載供電。

由圖1可知，左右舷之間互相隔離，當(dāng)某一舷發(fā)生故障時，非故障舷能夠繼續(xù)為負載進行供電，以保證供電連續(xù)性；當(dāng)局部發(fā)生故障時，能夠迅速調(diào)整區(qū)域網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，并優(yōu)先保證重要負荷的供電。此外，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)克服了船體的封閉性、耐壓性等問題，為船體節(jié)約了空間，也相應(yīng)提高了發(fā)電機組的工作效率，體現(xiàn)出更優(yōu)越的性能。

為實現(xiàn)左右舷之間的隔離，1個供電單元最多能選擇1條舷進行供電，即根據(jù)實際供電需求的不同，運行工況有多種情況：

設(shè)

S

…

S

S

表示低壓直流區(qū)域配電網(wǎng)的運行狀態(tài)。并規(guī)定：

由此可得

S

…

S

S

取值有2種可能。其中所有供電單元均與左舷母線或右舷母線相連這兩種情況為單母線運行工況，其余情況均為雙母線運行工況。由此可見，直流區(qū)域配電網(wǎng)的實際運行工況很可能是實時變化的，這為保護方案的考慮帶來困難。此外，為實現(xiàn)直流與交流的轉(zhuǎn)變，船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)含有大量的有閉鎖功能的電力電子器件，這也為保護方法的選取帶來困難，在制定船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)的保護策略時需要對上述兩種情況予以考慮。

2 適用于船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)的保護方法

不同于交流線路，直流線路有兩種故障類型：單極接地故障、極間短路故障。對于單極接地故障，非故障極電壓會上升為接近于原來的2倍，故障極電壓降為接近于0；對于極間短路故障，正負極電壓均降為接近于0。

前文已經(jīng)提到，目前船舶直流電網(wǎng)中主要應(yīng)用的保護方法包括：過電流定時限保護、縱聯(lián)差動保護、基于單端電氣量的無通信保護。基于智能算法的保護目前大多處于理論研究階段，且對通信條件要求較高，不適用于運行環(huán)境惡劣的船用直流配電網(wǎng)。另外，由于船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲較復(fù)雜，利用電壓量過高或過低構(gòu)成的保護僅能起到輔助選極的作用，難以進行故障定位、構(gòu)成單獨保護。

2.1 過電流定時限保護

過電流定時限保護是目前最常用的保護方式，其與傳統(tǒng)交流電網(wǎng)的過電流定時限保護原理類似。發(fā)生短路故障后，當(dāng)電流幅值首次大于保護開關(guān)的整定值時，保護就會啟動，在延時的時間段內(nèi)，電源饋送流過保護開關(guān)的電流值應(yīng)該持續(xù)保持在整定值之上，則保護裝置判斷為短路故障，從而發(fā)出跳閘信號。若中間任一時刻電流值小于整定值，保護將返回。此保護方法主要用于切除線路遠端處短路的故障，也常作為下一級線路的后備保護。

船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)屬于雙向潮流網(wǎng)絡(luò)，過電流保護需要與方向元件相配合，保護安裝處流過的電流方向一般選從母線到線路為正方向，如圖2箭頭所示。

圖2 過電流定時限保護—電流正方向示意圖

定時限的選取通常按照從最后一級線路向上級線路逐級遞增的原則進行。即定時限時間

t

＞

t

＞

t

；

t

＞

t

＞t。如下頁圖3，發(fā)生故障

F

后，CB1、CB3、CB6處由于流經(jīng)保護處電流方向為負，保護不啟動。CB2、CB4、CB5處檢測到正向過流，保護啟動，CB4延時

t

后動作、CB5延時

t

后動作，將故障切除，CB2返回。因此，直流區(qū)域配電保護應(yīng)具備方向性。

圖3 過電流定時限保護—短路故障示意圖

船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)中的電力電子器件在外部發(fā)生短路故障后的一定時間內(nèi)（數(shù)十毫秒）會閉鎖，以防止短路故障對電力電子器件造成損害，這一時間往往較短。因此，直流線路故障發(fā)展至穩(wěn)定狀態(tài)需要的時間通常大于閉鎖時間，顯然定時限過電流保護無法滿足在閉鎖時間內(nèi)將故障切除。

這種保護方式不能作為主保護，但其定時限原理可以應(yīng)用于直流區(qū)域配電網(wǎng)的后備保護中，這需要選取很小的時限階梯，但時限階梯過小會造成整定值難以整定，為此需要尋求其余可行的保護方法。

2.2 縱聯(lián)差動保護

目前應(yīng)用最多的縱聯(lián)差動保護包括：電流縱聯(lián)差動保護和方向縱聯(lián)差動保護。其中，電流縱聯(lián)差動保護利用被保護區(qū)域端口流過的電流差值構(gòu)成保護判據(jù)；方向縱聯(lián)保護主要利用被保護區(qū)域端口的電流或功率的方向構(gòu)成保護判據(jù)。此外，也有關(guān)于暫態(tài)故障分量的差動保護，主要是利用被保護區(qū)域端口處的暫態(tài)故障電流極性間的相關(guān)性構(gòu)成保護判據(jù)。

2.2.1 電流縱聯(lián)差動保護

電流差動保護的基本原理是比較被保護設(shè)備各引出線上的電流，在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時電流差動值極大，而正常運行條件下或發(fā)生區(qū)外故障時電流差動值接近于0。

假設(shè)某一段被保護線路兩端測量得到的電流分別為

I

、

I

，則差動電流由式（2）決定：

式中：

I

為差動電流，A。

當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，差動電流滿足判定式（3）：

式中：

I

為差動電流整定值，通常根據(jù)實際電路參數(shù)進行整定，A。而對于區(qū)外故障或正常運行的工況，差動電流

I ≈

0，從而保護閉鎖。

下面對這一保護作出具體說明。電流差動保護下的短路故障示意圖見圖4和下頁圖5，其中電流的正方向選取為母線流向線路。

圖4 電流差動保護下的短路故障示意圖1

圖5 電流差動保護下的短路故障示意圖2

差動保護與系統(tǒng)短路電路水平無關(guān)，通用性很強，并且船舶直流電力系統(tǒng)越復(fù)雜，該方法的優(yōu)勢越明顯。在區(qū)域直流配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)下，雖然可能會出現(xiàn)類似于方向縱聯(lián)保護中存在的問題，但電流差動值是各被測量端口電流值之和，差動值仍然存在，能夠較好地克服多種運行工況為保護帶來的困難。電流差動保護對通信依賴程度較高，但是在船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)這種小型電網(wǎng)的環(huán)境下，可以直接配置引線得到電流差動值，從而避免對通信的依賴。

2.2.2 方向縱聯(lián)保護

直流線路的方向縱聯(lián)保護與交流線路類似，通過流經(jīng)方向元件處的電流方向進行故障定位。用于直流線路的保護時，無需判斷是否發(fā)生過流，但需要依賴于通信進行線路兩端電流方向的比較。此方法多用于直流母線上發(fā)生短路的情況，方向元件的正方向一般選取從母線到線路為正方向。

下面以線路

L

的保護為例介紹方向縱聯(lián)保護。其中線路

L

的兩端配置的保護分別為CB2、CB3，因此需要分析CB2與CB3的配合情況。區(qū)外和區(qū)內(nèi)分別發(fā)生短路故障的電流流向如圖6、圖7所示。

圖6 方向縱聯(lián)保護下的區(qū)外短路故障示意圖1

圖7 方向縱聯(lián)保護下的區(qū)內(nèi)短路故障示意圖2

如圖6，當(dāng)發(fā)生故障

F

′時，CB2、CB3上均判斷發(fā)生過流，而且CB2、CB3上方向元件判定電流方向均為正，由此確定區(qū)內(nèi)發(fā)生故障，保護動作。如圖7，當(dāng)母線BU2上發(fā)生短路故障

F

′時，CB2、CB3上判斷發(fā)生過流，此時CB2上方向元件判定電流方向為正、CB3上方向元件判定電流方向為負。同理可得，只要不是在線路

L

上發(fā)生短路故障，CB3、CB4上的方向元件判定結(jié)果總是一正一負，這樣在正常運行狀態(tài)下或區(qū)外發(fā)生故障時保護不會啟動。方向縱聯(lián)保護應(yīng)用于直流區(qū)域配電網(wǎng)時有一定的局限性。一方面，方向縱聯(lián)保護需要一定的過電流量配合，整定值難以選??；另一方面，某些運行工況下保護存在拒動的可能，例如在ZONE 2的供電單元為左舷供電，其余區(qū)域的供電單元均為右舷供電的運行工況（見圖8）下發(fā)生故障

F

時，斷路器CB1上不會產(chǎn)生短路電流，這是因為ZONE 1內(nèi)的供電單元此時僅向右舷供電，線路

L

左側(cè)不會有向短路點提供短路電流的供電單元，方向縱聯(lián)保護無法做出正確判斷，保護拒動。對于方向縱聯(lián)保護，可以考慮進一步研究改進方法，使其適用于船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)。

圖8 只有ZONE 2內(nèi)的供電單元為左舷供電時的潮流方向

2.2.3 暫態(tài)極性保護

暫態(tài)極性保護是一種適用于含有多個分布式電源電網(wǎng)的利用暫態(tài)故障信息的保護。故障暫態(tài)分量包含著豐富的故障信息，包括故障類型、故障地點和故障持續(xù)時間等。故障產(chǎn)生的高頻暫態(tài)量在頻域中遍布整個頻譜，反映的是電網(wǎng)自身的故障暫態(tài)特性，與系統(tǒng)兩側(cè)電源種類和容量無關(guān)。因此暫態(tài)極性保護對于含有多個電源的區(qū)域電網(wǎng)有著很好的適用性。

通過比較被保護線路上線路兩端電流暫態(tài)極性的相關(guān)性可以實現(xiàn)故障定位。電流的正方向通常選取為母線流向線路。暫態(tài)電流信號高頻分量極性用互相關(guān)函數(shù)的概念來對兩個暫態(tài)信號的相似程度進行描述。暫態(tài)極性保護下的故障示意圖見圖9和下頁圖10。

圖9 暫態(tài)極性保護下的故障示意圖1

圖10 暫態(tài)極性保護下的故障示意圖2

以線路

L

上的兩側(cè)的電流為例，人為定義

I

（

t

）與

I

（

t

）兩者的互相關(guān)函數(shù)定義如下：

式中：

T

為積分區(qū)間。

雖然暫態(tài)極性保護能夠克服分布式電源容量對保護的影響，但類比方向縱聯(lián)保護可知，由于直流區(qū)域配電網(wǎng)的靈活性，理論上存在多種的運行工況，暫態(tài)極性保護同樣存在一定的局限性。參見圖8，當(dāng)某一舷上僅有1個供電單元進行供電，且在該側(cè)舷上發(fā)生短路故障時，僅有1個供電單元對故障點饋入短路電流，這樣僅有1端線路存在暫態(tài)電流，無法構(gòu)成保護的判別，或得到不相關(guān)的判定結(jié)果，造成保護拒動。

2.3 單端電氣量保護

對于船舶獨立電力系統(tǒng)，單端電氣量保護目前仍以理論研究為主，但因其不需要通信，具有一定的研究價值。在陸用電力系統(tǒng)中，最主要的單端電氣量保護為邊界保護與行波保護。邊界保護需要在線路兩端添加邊界元件（以電抗器為主），利用故障發(fā)生時電抗器兩端故障暫態(tài)高頻分量的差異來實現(xiàn)故障檢測與定位。但是邊界元件的存在使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，不適用于船舶直流電網(wǎng)等小型配電網(wǎng)絡(luò)的保護上。行波保護是比較被保護線路兩側(cè)故障電流、電壓的第1個行波波頭正負極性而作用于跳閘的繼電保護。但是，行波保護多用于遠距離高壓直流線路，同樣不適用于船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)。

除以上這兩類保護外，與二極管相關(guān)的保護、電流突變量保護在船舶直流電力系統(tǒng)中可以達到較好的效果。二極管可以隔離故障線路與非故障線路，從而簡化整體保護方案的設(shè)計；電流突變量保護無需額外的邊界元件，且不會增加電網(wǎng)的復(fù)雜性，保護可靠性很高。

2.3.1 利用二極管隔離故障

對于直流線路，可以應(yīng)用反并聯(lián)二極管將故障線路與故障的上級線路隔離開來，這在很大程度上簡化了保護的難度。以下頁圖11所示的電路為例（二極管朝向與潮流方向一致），當(dāng)

F

處發(fā)生短路故障時，二極管將線路

L

與線路

L

隔離開，這樣線路

L

及其上級線路可以不受故障影響繼續(xù)保持正常運行。

圖11 帶二極管的直流電路圖

但是，對于分布式多電源的配電系統(tǒng)，其電力網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變化，因此需要配置反并聯(lián)二極管，反并聯(lián)二極管要隨著網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)與潮流方向的改變隨時調(diào)整接入方式，這反而提高了電力系統(tǒng)的復(fù)雜性。

利用二極管只能簡化網(wǎng)絡(luò)的保護方案。但是對

于直流區(qū)域配電網(wǎng)，應(yīng)用二極管可以更好地實現(xiàn)左右舷的隔離并提高負載的連續(xù)供電性。前面已經(jīng)提到，供電單元部分通過只為一個舷側(cè)直流母線的供電方式將左右舷隔離。然而，如果負載側(cè)仍使用這種方式隔離左右舷，也將降低負載的供電連續(xù)性，因為與故障舷相連的負載必然會經(jīng)歷一段失電時間，才能轉(zhuǎn)移到非故障舷上繼續(xù)獲得電能或就此退出運行。如果在負載單元端口處串聯(lián)二極管，則負載能夠同時從左舷與右舷上獲取電能；如果某一舷發(fā)生故障，負載仍可從非故障舷持續(xù)獲得電能，二極管能將左右舷隔離以防故障傳至非故障舷，從而大大提高供電連續(xù)性。

2.3.2 電流突變量保護

電流突變量保護是利用故障瞬間與電流量相關(guān)的突變量進行保護。最常應(yīng)用的為電流變化量+電流變化率相結(jié)合的保護。直流電網(wǎng)在電源出口處往往配有電容值很大的并網(wǎng)支撐電容。故障后電容放電電流表達式見式（6）：

式中：

U

為正常運行工況下的直流電壓，V；

C

為支撐電容值，F(xiàn)；

R

=

R

+

R

，其中

R

為線路等效阻抗，Ω；

R

為故障過渡電阻，Ω。

短路故障時并網(wǎng)電容放電瞬間會產(chǎn)生極大的電流變化率，并在故障后的一定時間內(nèi)存在較大的電流變化量。

電流變化量與電流變化率相結(jié)合的保護流程圖見圖12。

圖12 電流變化量+電流變化率相結(jié)合的保護流程圖

此保護方式是監(jiān)測保護處電流變化率d

I

，并有故障判據(jù)式（7）：

式中：d

I

為電流變化率整定值，A。若式（7）滿足，則保護啟動并延時一段時間Δ

t

，延時時間Δ

t

結(jié)束時的流經(jīng)保護的電流增量Δ

I

為：

式中：

I

為保護啟動時測量的電流值，A；

I

為延時Δ

t

時間后測量的電流值，A。對于Δ

I

，有故障判據(jù)式（9）：

式中：Δ

I

為電流變化量整定值，A。

若式（9）滿足，則保護動作，否則保護返回。

Δ

I

一般按躲過負載突加、電網(wǎng)波動時產(chǎn)生的Δ

I

進行整定。此方法難以進行故障定位，缺乏選擇性，需要與定時限原理相結(jié)合，但故障瞬間的電流變化率會因故障發(fā)生位置的不同而有著不同的極性，即保護安裝處的上級線路發(fā)生故障與保護安裝處的下級線路發(fā)生故障時的極性相反，由此可以確定方向，無需單獨配置方向元件。各故障特征量之間的關(guān)系見下頁圖13。

圖13 電流變化率與電流變化量示意圖

這種保護方法可以很好地應(yīng)用于船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)，這是因為保護中本身就需要很短的Δ

t

，結(jié)合定時限原理，能夠很好地為船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)全網(wǎng)絡(luò)提供后備保護；此外，保護無需通信。

3 結(jié) 語

本文首先對船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)與運行特點進行簡要分析，并基于此對各類船用直流電網(wǎng)的主要保護方式在船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)中的適應(yīng)性進行分析，得到以下結(jié)論：

二極管保護可以起到輔助保護的作用，但不能單獨構(gòu)成保護；方向縱聯(lián)保護、暫態(tài)極性保護存在一定的局限性，在一些運行工況下存在保護拒動的風(fēng)險；智能算法保護的可靠性較高，但受通信條件的約束；定時限過電流保護無法滿足速動性要求，但其定時限原理可以借鑒；電流差動保護、“電流變化率+電流變化量”相結(jié)合的電流突變量保護具有較好的適應(yīng)性，可以據(jù)此進一步研究保護方案。