艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能測(cè)試探討范文

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摘要:針對(duì)目前艦船電力系統(tǒng)保護(hù)研究主要集中在方案設(shè)計(jì)及評(píng)估方面，缺少系統(tǒng)的實(shí)船測(cè)試指標(biāo)及方法的問(wèn)題，從艦船電力系統(tǒng)各分系統(tǒng)組成角度，歸納出對(duì)實(shí)船保護(hù)性能測(cè)試的相關(guān)指標(biāo)，結(jié)合某型艦船性能鑒定試驗(yàn)，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行梳理分類，探討實(shí)船測(cè)試的可行性方法。

關(guān)鍵詞:艦船電力系統(tǒng);系統(tǒng)保護(hù);指標(biāo)分析;性能鑒定;測(cè)試方法

艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能對(duì)艦船生命力起著非常重要的作用。目前艦船電力系統(tǒng)保護(hù)研究主要集中在艦船研制階段保護(hù)方案的設(shè)計(jì)［1-2］，或用各種優(yōu)化方法函數(shù)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行保護(hù)策略優(yōu)化評(píng)估［3-9］。然而，用戶更關(guān)心的是實(shí)船電力系統(tǒng)保護(hù)性能測(cè)試結(jié)果，而不是概率統(tǒng)計(jì)值。新型艦船在建造完成交付用戶使用前，需由軍方對(duì)其保護(hù)性能進(jìn)行鑒定。為此，從新型艦船電力系統(tǒng)各分系統(tǒng)組成角度分析實(shí)船測(cè)試保護(hù)指標(biāo)及相關(guān)試驗(yàn)方法，將系統(tǒng)保護(hù)概念具體化直觀化，形成一套完整的測(cè)試方案，并應(yīng)用于某型艦船性能鑒定工作。

1艦船電力系統(tǒng)保護(hù)測(cè)試指標(biāo)

系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)基本要求必須滿足完全性、快速性、選擇性、靈敏性、可靠性［10］。本文除了考查各級(jí)斷路器通斷設(shè)定及保護(hù)分級(jí)設(shè)計(jì)，還考查系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中故障顯示報(bào)警保護(hù)功能。及故障后自處理能力。以某艦船電力系統(tǒng)組成(圖1)為例，對(duì)保護(hù)指標(biāo)進(jìn)行分析。

1．1發(fā)電功能系統(tǒng)保護(hù)艦船2個(gè)電站，每個(gè)電站由2臺(tái)或3臺(tái)發(fā)電機(jī)組組成。

1．1．1發(fā)電機(jī)組裝置。發(fā)電機(jī)組裝置由柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)2部分組成，共列指標(biāo)37項(xiàng)。

1．1．2主配電板控制屏主配電板控制屏由發(fā)電機(jī)組控制屏、母聯(lián)屏、岸電屏、負(fù)載屏組成，共列指標(biāo)23項(xiàng)。本區(qū)域發(fā)電機(jī)組和主斷路器監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)，與其他區(qū)發(fā)電設(shè)備并聯(lián)和聯(lián)鎖操作，通過(guò)岸電屏接入岸電等功能。1)主斷路器整定指標(biāo)列項(xiàng)。主干網(wǎng)各個(gè)斷路器包括發(fā)電機(jī)組斷路器、母聯(lián)斷路器、跨接斷路器和岸電斷路器。根據(jù)負(fù)載及電路設(shè)計(jì)設(shè)定不同整定值，實(shí)現(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò)時(shí)間和電流原則保護(hù)。設(shè)有長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)、預(yù)報(bào)警，發(fā)電機(jī)還要設(shè)有逆功的保護(hù)，除母聯(lián)斷路器外還要有欠壓保護(hù)。對(duì)圖2中的斷路器列項(xiàng)。2)發(fā)電機(jī)組起動(dòng)運(yùn)行指標(biāo)列項(xiàng)。對(duì)于機(jī)組起動(dòng)或同步并機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)故障，通過(guò)斷路器通斷實(shí)現(xiàn)保護(hù)，該部分保護(hù)在機(jī)組控制器、主配電板電站控制器和電力集控臺(tái)報(bào)警顯示共列指標(biāo)15項(xiàng)。3)匯流排保護(hù)指標(biāo)列項(xiàng)。前后主配電板各設(shè)有3個(gè)匯流排。設(shè)有電壓和頻率越限保護(hù)。報(bào)警顯示部位在主配電板電站控制器、電力集控臺(tái)。共列指標(biāo)4項(xiàng)。

1．2配電功能系統(tǒng)保護(hù)配電部分保護(hù)監(jiān)控功能在配電網(wǎng)絡(luò)各裝設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，按照設(shè)備進(jìn)行指標(biāo)列項(xiàng)。1)主配電設(shè)備保護(hù)指標(biāo)列項(xiàng)。2)事故配電設(shè)備保護(hù)指標(biāo)列項(xiàng)。事故配電設(shè)備只設(shè)短路保護(hù)，不設(shè)過(guò)載保護(hù)，通過(guò)發(fā)電機(jī)端應(yīng)急接插盒內(nèi)的塑殼斷路器實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。事故電網(wǎng)保護(hù)指標(biāo)列1項(xiàng)。3)應(yīng)急配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)指標(biāo)列項(xiàng)。新型艦船對(duì)應(yīng)急配電進(jìn)行連網(wǎng)，保護(hù)分3級(jí)，UPS、DC/DC變換電源配置裝置(第1級(jí))((直流應(yīng)急配電板(第2級(jí))((蓄電池組出口斷路器(第3級(jí))。應(yīng)急電力設(shè)備所有保護(hù)器件均只設(shè)置短路瞬時(shí)保護(hù)，不設(shè)置過(guò)載保護(hù)。

1．3消磁功能系統(tǒng)指標(biāo)列項(xiàng)從消磁電源方面進(jìn)行保護(hù)列項(xiàng)，共列指標(biāo)6項(xiàng)。

1．4電力監(jiān)控功能系統(tǒng)指標(biāo)列項(xiàng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，電站控制器和配電設(shè)備控制器完成控制處理的功能。

1．5電力輔助功能系統(tǒng)對(duì)應(yīng)急電力設(shè)備進(jìn)行列項(xiàng)。

2艦船電力系統(tǒng)保護(hù)測(cè)試方法

艦船性能鑒定測(cè)試方案要有實(shí)用性、系統(tǒng)性、全面性及可行性［11］。鑒定試驗(yàn)流程見(jiàn)圖3。結(jié)合某型艦船性能鑒定試驗(yàn)，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行梳理分類，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試方法分析。

2．1機(jī)組自身保護(hù)報(bào)警類指標(biāo)測(cè)試發(fā)電機(jī)組自身保護(hù)。機(jī)組啟動(dòng)或運(yùn)行過(guò)程中滑油、淡水、海水、排氣相關(guān)壓力流量溫度等保護(hù)。表1中對(duì)應(yīng)指標(biāo)。報(bào)警功能采用模擬故障工況，檢查故障保護(hù)功能動(dòng)作正確性和報(bào)警信號(hào)顯示有效性。壓力試驗(yàn)通過(guò)壓力測(cè)試儀給相應(yīng)壓力傳感器施壓來(lái)模擬，溫度傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱來(lái)模擬，開(kāi)關(guān)量直接用短接或斷開(kāi)線路進(jìn)行模擬。部分模擬量直接修改采集參數(shù)進(jìn)行模擬。1)定子繞組熱保護(hù)。對(duì)發(fā)電機(jī)端子排斷開(kāi)PTC(繞組溫度高)的熱敏電阻接線，接入電阻箱，調(diào)整電阻使其達(dá)到報(bào)警，記錄定子繞組熱報(bào)警情況。2)機(jī)組滑油壓力低。用壓力鉗打壓滑油壓力傳感器，到LOP1(機(jī)旁控制箱)報(bào)警消除后，緩慢降低壓力鉗壓力，直到報(bào)警，記錄機(jī)組滑油壓力低報(bào)警情況。3)機(jī)組滑油溫度高。斷開(kāi)滑油溫度傳感器，接入電阻箱，調(diào)整電阻箱阻值，記錄機(jī)組滑油溫度高報(bào)警情況。4)機(jī)組超速保護(hù)試驗(yàn)。機(jī)組超速保護(hù)整定范圍為1695～1725r/min，采用模擬方法實(shí)現(xiàn)(換算系數(shù)0．85)，具體步驟如下:機(jī)組起動(dòng)后，使機(jī)組的轉(zhuǎn)速低于1440r/min，按下機(jī)組機(jī)旁控制箱內(nèi)“超速試驗(yàn)”按鈕，然后緩慢升高柴油機(jī)轉(zhuǎn)速至1466r/min，期間機(jī)組應(yīng)能應(yīng)急停機(jī);記錄柴油機(jī)控制箱的超速報(bào)警、機(jī)組嚴(yán)重故障報(bào)警情況。5)機(jī)組緊急停機(jī)試驗(yàn)。機(jī)組啟動(dòng)后，按動(dòng)緊急停機(jī)按鈕進(jìn)行停機(jī)試驗(yàn)。在柴油機(jī)控制箱、主配電板和電力集控臺(tái)分別進(jìn)行。記錄機(jī)組立即停機(jī)、機(jī)組嚴(yán)重故障報(bào)警情況。

2．2發(fā)電功能系統(tǒng)各斷路器保護(hù)類指標(biāo)測(cè)試主斷路器開(kāi)斷和電氣參數(shù)超標(biāo)報(bào)警等動(dòng)作情況。通過(guò)模擬的方式，使斷路器流經(jīng)電流電壓頻率功率等達(dá)到報(bào)警或開(kāi)斷;傳遞給斷路器對(duì)應(yīng)故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)模擬信號(hào)，檢查并記錄對(duì)應(yīng)斷路器通斷及報(bào)警狀況。1)欠壓保護(hù)檢查。在機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，模擬發(fā)電機(jī)失壓(在主開(kāi)關(guān)合閘情況下停機(jī))，當(dāng)電壓降至欠壓保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)應(yīng)自動(dòng)分?jǐn)唷０峨姅嗦菲骱涂缃訑嗦菲鳎?dāng)電壓降至欠壓保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，對(duì)應(yīng)主開(kāi)關(guān)應(yīng)自動(dòng)分?jǐn)唷?)逆功率保護(hù)檢查。反接發(fā)電機(jī)逆功率繼電器電流輸入信號(hào)，緩慢增加負(fù)載，模擬進(jìn)行逆功率動(dòng)作保護(hù)試驗(yàn)。3)斷路器過(guò)電流保護(hù)試驗(yàn)。在做發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)過(guò)電流保護(hù)試驗(yàn)時(shí)，使機(jī)組在(80%～90%)PN下運(yùn)轉(zhuǎn)，突加無(wú)功負(fù)載使電流大于發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)和跨接開(kāi)關(guān)過(guò)電流長(zhǎng)延時(shí)考核動(dòng)作值，并經(jīng)一定延時(shí)時(shí)間后跳閘。具有電子脫扣器的主開(kāi)關(guān)可進(jìn)行模擬試驗(yàn)。4)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路保護(hù)功能試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)空載接通發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)，加三相30%左右額定電流的負(fù)載，模擬發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路。半自動(dòng)情況下發(fā)電機(jī)滅磁、發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)跳閘、柴油機(jī)停機(jī)、機(jī)組控制器內(nèi)部短路報(bào)警。

2．3分系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)報(bào)警顯示類指標(biāo)測(cè)試各分系統(tǒng)自身設(shè)備保護(hù)。線路設(shè)計(jì)合格，選用斷路器繼電器自身產(chǎn)品合格，判定為整體合格。抽檢部分線路模擬短路，查看該路切斷對(duì)同級(jí)線路和上級(jí)線路的影響。檢查各設(shè)備自身報(bào)警及顯示功能。

2．4運(yùn)行故障處理監(jiān)控控制類指標(biāo)測(cè)試電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)處理能力。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，通過(guò)加減無(wú)功電流等方式人為制造相應(yīng)故障。記錄系統(tǒng)自身動(dòng)作情況。1)調(diào)頻調(diào)載功能。在機(jī)組啟動(dòng)空載運(yùn)行，并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中記錄調(diào)頻情況。2)卸載功能試驗(yàn)。對(duì)斷路器整定值進(jìn)行設(shè)計(jì)，以2級(jí)配電區(qū)域控制器卸載試驗(yàn)為例說(shuō)明。3)自啟動(dòng)試驗(yàn)。負(fù)荷增大或故障，機(jī)組自啟動(dòng)。4)自動(dòng)增機(jī)及越控增機(jī)功能試驗(yàn)。分別在越控和非越控、單機(jī)組、雙機(jī)組、三機(jī)組運(yùn)行條件下，增加負(fù)載，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)最高的機(jī)組并網(wǎng)。記錄相關(guān)情況。5)自動(dòng)減機(jī)及越控減機(jī)功能試驗(yàn)。負(fù)載減小時(shí)減機(jī)。

3結(jié)論

1)從各分系統(tǒng)角度對(duì)艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能實(shí)船測(cè)試進(jìn)行指標(biāo)列項(xiàng)，同時(shí)又要從全系統(tǒng)角度對(duì)運(yùn)行工況指標(biāo)列項(xiàng)，重點(diǎn)測(cè)試運(yùn)行故障處理的相關(guān)保護(hù)。2)部分保護(hù)指標(biāo)測(cè)試具有破環(huán)性，測(cè)試比較困難，采用模擬電流或信號(hào)方式進(jìn)行。建議在艦船建造階段，對(duì)各保護(hù)元件本身及設(shè)計(jì)安裝做好測(cè)試，實(shí)船測(cè)試采信相關(guān)結(jié)果。3)所形成的該型號(hào)艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能測(cè)試方案對(duì)后續(xù)新型艦船用前性能鑒定試驗(yàn)有借鑒作用。

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作者：戚雙斌 單位：91404部隊(duì)91分隊(duì)