楊振華 中交廣州航道局有限公司

1.電力管理系統(tǒng)組成

在基于CAN（ControllerArea Net work，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）現(xiàn)場總線技術(shù)中，JACOM-22型電力管理系統(tǒng)屬于較全面的全分布式智能型PMS（PowerManagement System，電力管理系統(tǒng)）。

分別對各發(fā)電機的控制屏幕進行合理配套，均包含主單元、顯示單元、操作單元。依托于CAN-BUS，實現(xiàn)主單元間的數(shù)據(jù)通信且CAN總線可傳遞通信信號，也能夠根據(jù)實際需求對電站參數(shù)做合理化的調(diào)整。針對電站的操作與控制具有便捷性，員工可在操作站高效完成。從系統(tǒng)組成的角度來看，主單元為關(guān)鍵組成部分，具體又以帶微控制器的I/O模塊為主。硬件配置方面，主單元與CAN主線相連，配套的是I/F組件，在其支持下完成A/D轉(zhuǎn)換操作。

2.短路故障分析

短路故障類型多樣，常見有三種，即兩相對地、兩相間與三相短路。在日常運行中，若發(fā)生船舶高壓電站短路的情況，可采用對稱分量法加以處理，其基本思路是將不對稱的三相電壓相量和三相電流相量做分解處理，經(jīng)此操作后，產(chǎn)生的是三相頻率對稱電壓和對稱電流，具體的對稱分量，如圖1所示。

圖1 對稱分量示意圖

結(jié)合圖1信息展開分析：I A+/IB+/IC+幅值相同、IA-/IB-/IC-幅值相同，前者的相位順時針方向差值、后者的相位逆時針方向差值均為120°，分別視為正序分量、負序分量；IA0/IB0/IC0幅值一致，因其方向一致，所以該幅值叫做零序分量。

2.1 單相接地短路

2.2 兩相接地短路

雖然，在三種短路故障中，兩相接地短路出現(xiàn)頻率并不高，但同樣存在出現(xiàn)這一故障的可能性。在該故障中，幅值總相等，此時的電流值大小遠超過正常電流值，且故障位置電壓值為0。

2.3 三相短路

三相短路也是較為普遍的故障，此時系統(tǒng)無負序、零序電流，僅有正序電流。此外，該問題發(fā)生時，各短路相電流值完全一致。

2.4 短路保護原理及算法

2.4.1 對稱性短路保護

電流值是重要的參數(shù)，可以作為三相對稱性短路故障分析的關(guān)鍵參考，也就是說短路保護電流值大小是電動機起動電流和其他設(shè)施限定電流的總和。圖2呈現(xiàn)了對稱法短路保護的具體特征。

結(jié)合圖2內(nèi)容展開分析。圖中，曲線1為大型電動機起動特性，曲線2、3則反映的是在三相短路整定值不一致的條件下所存在的保護特性；曲線上a、a’、b、b’、c、c’依次表示曲線反時限、定時限以及速斷保護曲線?？梢?，較之于整定電流，若電流值高于該值，將及時啟動保護。然而，若是啟動的時候電機電流值偏大，那么線路短路電流并無明顯異常，此時便不易進行整定。因此，在部分工程場景中，對短路電流的整定值做特定的設(shè)置，取額定電流的10倍，此方法的優(yōu)勢在于可躲開起動電流，但值得注意的是，如果啟動電流偏大，還是無法判斷是否出現(xiàn)了三相短路故障，極易出現(xiàn)誤判。

圖2 過流保護特性和大電流啟動特性

船舶項目中最常見的發(fā)動機便是鼠籠式異步電動機，該設(shè)備在啟動之初將產(chǎn)生較大電流，但其功率因數(shù)卻能夠一直保持較低的水平。而一旦其出現(xiàn)三相短路，此時功率因數(shù)將明顯升高。由此可見，施工人員可以通過觀察電流、功率因數(shù)等的參數(shù)的變化了解電動機是否出現(xiàn)了故障?；诖?，該保護方式可稱為相敏保護法，通過這一方法即可大大降低三相短路故障發(fā)生的可能性。

2.4.2 不對稱性短路保護

相敏保護不擁有保護特征。上文通過分析對稱分量的變化過程可以發(fā)現(xiàn)，項目出現(xiàn)不對稱故障的問題時，線路將出現(xiàn)負序電流。因此，可著重考慮兩相短路和單相斷相，分別探討各自對應(yīng)的負序電流值，針對該指標(biāo)做出分析后判斷是否有不對稱故障。

3.短路故障保護算法的仿真分析

在常規(guī)的船舶高壓電站短路故障中，受周邊自然環(huán)境及船體自身因素的制約，短路故障會出現(xiàn)一個“亦真亦假”的現(xiàn)象，這很不利于后續(xù)作業(yè)的順利開展?；诖耍夹g(shù)人員會在短路故障保護計算中，借助專業(yè)的系統(tǒng)模塊對實際的故障情況做一個真?zhèn)伪鎰e。

3.1 故障保護算法中的S-函數(shù)實現(xiàn)

該算法的展開是借助一定的系統(tǒng)模塊實現(xiàn)，其中的S-函數(shù)格式兼具識別及撰寫功能，在具體計算過程中，可對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的系統(tǒng)模塊予以代碼轉(zhuǎn)換，并生成單獨的特定文件，故S-函數(shù)法被大量的運用到故障保護計算當(dāng)中。

除此之外，介于三相程序中分量分析元件的特殊性，必要時還需對實際的電壓及電流情況予以數(shù)據(jù)矯正和采集工作，并遵守正序、負序和零序的前后順序逐一展開，由此便可簡化整個計算過程，根據(jù)最后所得數(shù)值對故障值展開調(diào)整，直到故障解除為止。

3.2 短路保護算法仿真

如上所述，技術(shù)人員在對故障保護計算結(jié)束后，需再次以三相電壓源為供電源的基礎(chǔ)條件，對會出現(xiàn)的短路情況展開保護計算。具體計算之前需對以下參數(shù)展開設(shè)置：電源線連接類型：Y型；電壓設(shè)置：6000V；初始相角設(shè)置：O°；傳輸電路：以分布式對數(shù)據(jù)實現(xiàn)電線路的傳輸，其中輸電線路需按照兩根不同長度的線型展開布置，長度分別控制在3km和2km左右。

設(shè)置完畢之后，可通過三相不同的電路對短路故障的發(fā)生器逐一展開短路試驗測試，對各自產(chǎn)生的電流及電壓分量參數(shù)予以記錄，最后利用特定的模塊系統(tǒng)構(gòu)建單獨的保護元件，由此完成整個短路故障的計算過程。

4.系統(tǒng)主要功能

4.1 控制功能

JACOM-22系統(tǒng)具有較強的控制功能，通過對發(fā)電機、原動機的有效控制，達到保護效果，使發(fā)電機控制電路和原動機均維持良好的狀態(tài)。

JACOM-22系統(tǒng)的控制功能具有多樣化的特征，包含頻率控制、發(fā)電機組起動/停車控制、SG轉(zhuǎn)速負荷控制、發(fā)電機原動機保護等多重功能。配套的操作單元面板有突出的人機交互特性，可以借助該載體實現(xiàn)手動、半自動、全自動控制的效果。在實際操作中，按下“AUTO”和“STBY”按鈕，可啟動全自動控制功能，運行程序，機組自動根據(jù)指令做出相應(yīng)的動作，主要包含啟動、并車、解列、停車、調(diào)頻調(diào)載，整個流程的順暢性較好，動作精準(zhǔn)。

4.2 監(jiān)視功能

JACOM-22具有監(jiān)視功能，可掌握匯流排、原動機、發(fā)電機的運行狀態(tài)，若現(xiàn)場存在故障將及時做出感應(yīng)。機艙監(jiān)視報警系統(tǒng)發(fā)出報警信號，自動做出相應(yīng)的調(diào)控動作，以維持供電的穩(wěn)定性。

4.2.1 監(jiān)視功能細分

（1）主匯流排監(jiān)視。主匯流排高（低）電壓、主匯流排高（低）頻率。

（2）發(fā)電機監(jiān)視。發(fā)電機電壓異常而跳閘、自動同步合閘失敗、VCB故障跳閘、過電流、低負荷、逆功率等。

（3）系統(tǒng)監(jiān)視。控制電源低壓、發(fā)電機電流互感器CT監(jiān)視、發(fā)電機電壓互感器VT監(jiān)視、主匯流排電壓互感器監(jiān)視、自檢功能。

（4）原動機監(jiān)視。起動失敗、原動機停車失敗、冷卻水高溫、超速、滑油低壓等。

4.2.2 用戶規(guī)定故障的對應(yīng)等級

船舶電力系統(tǒng)存在異常時，JACOM-22系統(tǒng)可及時感應(yīng)該狀況，有效判斷發(fā)動機與原動機的運行狀態(tài)，同時結(jié)合故障等級和實際情況，設(shè)定一定數(shù)量的備用發(fā)電機并實現(xiàn)自動切換發(fā)電機功能。JACOM-22系統(tǒng)對故障做等級劃分處理，共形成7個等級，在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)故障等級采取相應(yīng)的監(jiān)視控制措施，在該高精度匹配的模式下保證船舶供電的安全性。作為船舶用戶，可結(jié)合實際情況規(guī)定故障對應(yīng)的等級。具體的等級劃分情況如下：

（1）1故障等級0。LCD顯示報警信息，并輸出外部報警信號。

（2）故障等級1。備用發(fā)電機開始運行，并同步合閘。

（3）故障等級2。故障出現(xiàn)后，備用發(fā)電機開始運行，并同步合閘，故障發(fā)電機轉(zhuǎn)移負荷、VCB脫扣。

（4）故障等級3。故障發(fā)電機的VCB脫扣，備用發(fā)電機運行并同步合閘。若遇到斷電的情況，此時備用發(fā)電機的VCB也將自動合閘。

（5）故障等級4。故障發(fā)電機的VCB脫扣，備用發(fā)電機建立電壓，除此之外的其它各發(fā)電機的VCB脫扣；持續(xù)1s后，備用發(fā)電機的VCB合閘。

（6）故障等級5。故障發(fā)電機的VCB脫扣，原動機停車，備用發(fā)電機起動。

（7）故障等級6。備用發(fā)電機起動并自動合閘，故障發(fā)電機轉(zhuǎn)移負荷、VCB脫扣。

5.故障自診斷及處理

JACOM-22系統(tǒng)的功能豐富，運行穩(wěn)定可靠，其具備故障自診斷的能力。針對電站運行中存在的故障，電力管理系統(tǒng)基本具備自動處理的能力，同時可借助某些措施來調(diào)整工作環(huán)境，營造正常供電的良好狀態(tài)。但需注意的是，對于本身系統(tǒng)故障等相關(guān)高等級故障，其發(fā)生機制錯綜復(fù)雜，不具備自動處理的條件，此時則需要由船舶管理專員采取針對性的處理措施，盡可能在較短的時間內(nèi)快速處理故障，恢復(fù)正常狀態(tài)。

對于系統(tǒng)自身故障，根據(jù)其嚴(yán)重程度可分為兩大類：一是輕度故障，可以借助顯示單元予以呈現(xiàn)，做出故障報警，在此類故障發(fā)生后控制模式仍維持不變；二是嚴(yán)重故障，此時也將經(jīng)由顯示單元進行故障報警，經(jīng)過相應(yīng)的處理后，AUTO和直到故障被消除后，才可有效恢復(fù)AUTO和STNDBY模式。匯流排短路是最典型的“嚴(yán)重故障”，一旦發(fā)生，系統(tǒng)將自行轉(zhuǎn)為手動方式，所有的自動功能均失效。

6.其他短路問題的預(yù)防

6.1 外部環(huán)境的管理

現(xiàn)場運行條件惡劣，存在諸多外部干擾因素，在多重因素的共同作用下可能會影響到設(shè)備的正常運行，導(dǎo)致其出現(xiàn)短路故障。為此，需高度重視短路故障的預(yù)防工作，在此方面有必要加大對外部環(huán)境的監(jiān)測力度，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果判斷實際情況，進而采取針對性的管理措施，以免因環(huán)境因素而誘發(fā)短路故障。

6.2 提高安裝調(diào)試水平

首先，以規(guī)范的方式安裝，加大對高壓開關(guān)柜的防護力度，以免其在安裝中發(fā)生磕碰，否則可能會導(dǎo)致骨架變形、防腐層刮花等問題，不利于高壓開關(guān)柜的正常運行。

其次，在并排柜體安裝環(huán)節(jié)，必須加強對基礎(chǔ)槽鋼水平度的檢測與控制，要求每米的誤差小于1mm。在安裝中置柜時，其配套的基礎(chǔ)應(yīng)滿足高度要求。地坪需保持平整，不可存在臺階，以便手車的順暢出入。運輸安裝期間，有效防護真空滅弧室，自配的主母線需滿足要求，在規(guī)定主母線的安裝中，真空開關(guān)頂部需用硬板蓋住。對于連接電氣元件的母線，需要注重接頭部位的精細化處理，盡可能保證該部位的穩(wěn)定性。電流較大時，對接頭部位做鍍銀處理，以保證接頭部位的可靠性。柜體接地主母線安裝環(huán)節(jié)，需要確保該部分線路與接地網(wǎng)形成穩(wěn)定的連接關(guān)系。

最后，以設(shè)計線路為準(zhǔn)，有序完成柜體二次引線電纜的敷設(shè)作業(yè)，合理調(diào)整空間位置，要求運動件可自由活動。此外，考慮到裸銅與裸銅連接處易氧化的情況，需刷涂防護劑。

7.結(jié)語

綜上所述，JACOM-22型電力管理系統(tǒng)集多重功能于一體，可提供控制、監(jiān)測、保護、管理多重服務(wù)，系統(tǒng)融入以網(wǎng)絡(luò)通信、信息處理、控制與調(diào)節(jié)為代表的一系列前沿技術(shù)，在多重技術(shù)的共同促進作用下有效實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能。并且，得益于系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的特性，后期針對系統(tǒng)的維護管理工作量隨之減少，可減少資源投入和成本投入?？傮w來看，船舶電力管理系統(tǒng)有其突出的應(yīng)用優(yōu)勢，具有推廣價值。