曲曰陽

(綏化學(xué)院，黑龍江 綏化 152061)

基于直流區(qū)域配電的船舶綜合電力系統(tǒng)分析及智能保護(hù)方式研究

曲曰陽

(綏化學(xué)院，黑龍江 綏化 152061)

直流區(qū)域配電的船舶綜合電力系統(tǒng)的形成，在電網(wǎng)整體管理中具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此需要重視直流區(qū)域配電的船舶綜合電力系統(tǒng)的建立和發(fā)展。本文主要對(duì)直流區(qū)域配電的船舶綜合電力系統(tǒng)及智能保護(hù)方式進(jìn)行分析，以期全面提升船舶綜合電力的發(fā)展。

直流區(qū)域配電；船舶綜合電力系統(tǒng)；智能保護(hù)

1 直流區(qū)域配電概述

我國大型船舶自建設(shè)以來主要采用兩個(gè)電站同時(shí)供電的方式，此種供電模式稱為干饋式混合供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一定程度上對(duì)船舶供電方式的轉(zhuǎn)變起到促進(jìn)作用，形成直流網(wǎng)狀電流的1個(gè)閉合電流回路，將整個(gè)電路的電流整合為1 000 V的直流電流，并將其分布于船舶兩側(cè)，通過船舶的左右母線進(jìn)行分流，并將其與內(nèi)部大電機(jī)組相互連接，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流系統(tǒng)的科學(xué)化配置，進(jìn)一步提升電流的使用效率，使電流的運(yùn)行更加流暢。

2 直流區(qū)域配電系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)階段，我國大部分船舶采用電纜配電形式，這樣可以對(duì)船舶進(jìn)行整體集中式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)集中配電的需要，但這種方式會(huì)出現(xiàn)較多的穿孔，對(duì)船舶的密封性不利。同時(shí)需要較多的重復(fù)一種工作，在對(duì)工作造成不利影響的同時(shí)，也對(duì)船舶的抗壓性不利，采用直流區(qū)域配電系統(tǒng)可顯著改善上述情況，在操作方面更加便捷，只需傳送電力系統(tǒng)的母線自船體的耐壓隔壁當(dāng)中穿過即可，這樣可節(jié)省較大空間，保證船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量。

對(duì)于不同的泵體和排風(fēng)機(jī)而言，直流區(qū)域配電系統(tǒng)可以結(jié)合實(shí)際情況自動(dòng)控制速率，保證船舶處于高效率的工作狀態(tài)，但在較大型的船舶啟動(dòng)過程中，直流電可能會(huì)受到一定的影響，此情況下需要保證母線長時(shí)間處于穩(wěn)定狀態(tài)下，以實(shí)現(xiàn)電力之間的交換，使得電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中更加高效。直流配電系統(tǒng)發(fā)電頻率較高，可在船舶運(yùn)行中提供最大的功率，同時(shí)在電力運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)最大尺寸的最優(yōu)狀態(tài)，使得整體的運(yùn)行效率獲得最優(yōu)化管理，從節(jié)省能源的角度分析，此種方式下能源的消耗最低且最為有效，能源可得到最大限度的發(fā)揮，確保電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行質(zhì)量。

3 傳統(tǒng)保護(hù)方法存在的缺陷

船舶受到自身長度和寬度的限制，造成電纜的整體長度不足，使得線路的阻力較小，無法實(shí)現(xiàn)電流使用過程中功率的增加[1]。同時(shí)，綜合電力系統(tǒng)的容量不斷增加，造成電網(wǎng)在運(yùn)行中的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，電網(wǎng)之間的分層也更多，這樣的分層模式導(dǎo)致船舶中電力系統(tǒng)的運(yùn)行和使用存在較多問題，整定值在運(yùn)用中也存在一些問題，雖然在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可以維持繼電保護(hù)的工作，但是此方法卻無法達(dá)到理想的保護(hù)效果，對(duì)于保護(hù)性能無法確定，造成拒動(dòng)[2]。而且，傳統(tǒng)的電纜系統(tǒng)其自身的保護(hù)性存在一些缺陷，導(dǎo)致綜合應(yīng)用方面的可靠性和安全性受到非常嚴(yán)重的影響，造成船舶在使用中電路系統(tǒng)的安全性不足。

4 直流區(qū)域配電的船舶綜合電力系統(tǒng)智能保護(hù)方式

4.1 智能保護(hù)系統(tǒng)

為了更加有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)，需要制定必要的智能保護(hù)系統(tǒng)，并且通過專業(yè)的平臺(tái)設(shè)計(jì)智能保護(hù)系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)由3個(gè)主要系統(tǒng)組成，即：執(zhí)行系統(tǒng)、專家系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理的功能，并且可將數(shù)據(jù)信息及時(shí)反饋給數(shù)據(jù)庫，而后將數(shù)據(jù)錄入到專業(yè)的系統(tǒng)中，對(duì)跳閘信號(hào)、合閘信號(hào)等進(jìn)行分析整理，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，并對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和分析，及時(shí)進(jìn)行信息反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路系統(tǒng)的整體監(jiān)控[4]。智能電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以最大限度地提升電力系統(tǒng)的管理質(zhì)量及安全性。

4.2 數(shù)據(jù)庫保護(hù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要用于進(jìn)行船舶電力系統(tǒng)的檢測(cè)[5]，該系統(tǒng)通過傳感器的方式對(duì)電力系統(tǒng)感應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，適用于測(cè)量和存儲(chǔ)方面，這樣可以對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。電網(wǎng)在管理中可在各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置必要的數(shù)據(jù)傳感器，并且通過傳感器對(duì)信息進(jìn)行處理及降噪，之后將其中的數(shù)據(jù)提取出來，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和整合，進(jìn)而獲得更多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，對(duì)智能配電系統(tǒng)進(jìn)行更加安全的保護(hù)。

4.3 執(zhí)行保護(hù)系統(tǒng)

執(zhí)行系統(tǒng)處于整體系統(tǒng)的最末端，需要在數(shù)據(jù)分析結(jié)束后識(shí)別系統(tǒng)指令，并以最快的速度將指令傳達(dá)到需要的系統(tǒng)中，使得系統(tǒng)可以以最快的速度完成指令，進(jìn)行必要的故障處理，節(jié)省故障解決時(shí)間，降低故障發(fā)生概率。

在進(jìn)行執(zhí)行指令操作時(shí)，對(duì)于繼電器、限流設(shè)備需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將各個(gè)位置重新定值，維持系統(tǒng)的統(tǒng)一[6]。如需要也可對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)，在重構(gòu)結(jié)束后可通過新網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重啟。例如：電力系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，感應(yīng)器可將故障信息傳輸出去，分析系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而后專家系統(tǒng)調(diào)取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過設(shè)置方式經(jīng)過執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行分析，找出問題的處理方法。在電力系統(tǒng)中，各個(gè)位置都具備傳感器，特別是關(guān)鍵位置，一旦出現(xiàn)問題可及時(shí)將問題傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，結(jié)合不同位置的感應(yīng)對(duì)故障進(jìn)行分析，之后輸入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫匯總，將信息匯總后進(jìn)行掃描，故障分析完成后，經(jīng)過專家保護(hù)系統(tǒng)獲得指令信息，最后進(jìn)行執(zhí)行。

5 直流區(qū)域配電船舶綜合系統(tǒng)發(fā)展前景

通過對(duì)直流區(qū)域配電的分析可實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化，在船舶使用中，用戶可采用無轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)向器和交流感應(yīng)器的交流發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)區(qū)域配電的優(yōu)勢(shì)，這樣可徹底擺脫發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速耦合，將區(qū)域電流分布進(jìn)行更加科學(xué)化的劃分，整體提升電流的管理質(zhì)量，但因系統(tǒng)較多且存在一些問題，因此需要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

第一，通過固定電子器件取代傳統(tǒng)的電磁式開關(guān)，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率不再受到開關(guān)的限制，使用單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)船舶的電力需要，減少功率的消耗，將能量進(jìn)行更加充分的使用，減少發(fā)動(dòng)機(jī)過多造成的能量冗余，將單臺(tái)發(fā)電機(jī)的能量進(jìn)行提升的同時(shí)，提升整體的管理質(zhì)量，進(jìn)而保障配電系統(tǒng)的整體質(zhì)量。

第二，可以使用精確轉(zhuǎn)矩的方式，通過降低泵的方式經(jīng)振動(dòng)噪音進(jìn)行控制，使整體布線更加靈活多樣，這樣可以確保船體整體線路在優(yōu)化方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，既可實(shí)現(xiàn)船體線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證船體在管理中更加協(xié)調(diào)，具有更強(qiáng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)條件，同時(shí)又提高了船舶的隱水性，降低電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中對(duì)船體本身的傷害。

6 結(jié)語

就目前的綜合電力系統(tǒng)而言，直流區(qū)域配電系統(tǒng)不僅利于總體性優(yōu)化，將船舶進(jìn)行更加科學(xué)的設(shè)計(jì)，使其整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)更加規(guī)范，而且適合模塊化建造，提升船舶線路的設(shè)計(jì)能力，保證船舶具有很強(qiáng)生命力的同時(shí)，具有很強(qiáng)的技術(shù)性，可見此項(xiàng)技術(shù)是船舶電力系統(tǒng)中一種較好的技術(shù)選擇。

[1] 羅仕超.基于直流區(qū)域配電的船舶綜合電力系統(tǒng)分析及智能保護(hù)方式研究[J].中國水運(yùn)(下半月)，2015，15(11):181-182.

[2] 張?jiān)|，王良秀，王碩豐，等.海洋工程船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].船舶工程，2014，36(03):75-80.

[3] 陳斌.船舶綜合電力系統(tǒng)的直流區(qū)域配電系統(tǒng)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，26(11):7.

[4] 畢大強(qiáng)，張芳，曾祥君，等.船舶直流區(qū)域配電網(wǎng)的故障恢復(fù)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43(19):60-65.

[5] 王瑞田，肖飛，付立軍，等.直流區(qū)域配電低壓交流網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)保護(hù)試驗(yàn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，38(05):1264-1270.

[6] 胡健，楊宣訪，陳帆，等.基于直流區(qū)域配電的船舶電網(wǎng)潮流計(jì)算[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42(18):20-24.

ResearchonshipintegratedpowersystembasedonDCregionaldistributionandintelligentprotection

QU Yue-yang

(Suihua University, Suihua 152061, China)

The formation of the integrated power system of the ship in the DC area has certain advantages in the overall management of the power grid. Therefore, it is necessary to pay attention to the establishment and development of the integrated power system of the ship in the DC area. This paper mainly analyzes the integrated power system and intelligent protection mode of the ship in the DC area, with a view to comprehensively improving the development of the ship’s comprehensive electric power.

DC area distribution; Ship integrated power system; Intelligent protection

U665.1

B

1674-8646(2017)18-0028-02

2017-07-19

曲曰陽(1988-)，男，工程碩士，助教。