亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        船舶直流電網(wǎng)短路恢復(fù)過電壓對系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)影響研究

        2023-10-17 07:57:46吳大立李文華
        船電技術(shù) 2023年10期
        關(guān)鍵詞:船舶故障

        鄢 倫,吳大立,李文華

        應(yīng)用研究

        船舶直流電網(wǎng)短路恢復(fù)過電壓對系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)影響研究

        鄢 倫1, 2,吳大立1, 2,李文華1, 2

        (1. 武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所,武漢 430205;2. 海洋電磁探測與控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430205)

        直流電網(wǎng)是船舶電力系統(tǒng)的重要發(fā)展方向,受保護(hù)器械重量、體積等制約因素使采用限流熔斷器成為船舶直流電網(wǎng)保護(hù)設(shè)計(jì)的選擇方案,然而保護(hù)器械的快速動(dòng)作使系統(tǒng)中出現(xiàn)的暫態(tài)恢復(fù)過電壓可能引起非故障支路限流熔斷器熔斷,造成選擇性保護(hù)失效。本文面向船舶直流電網(wǎng)短路恢復(fù)過電壓現(xiàn)象,從理論上分析研究了其對系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)的影響,并針對性的提出了改進(jìn)方案和工程應(yīng)用方法,可指導(dǎo)船舶直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化完善,提高船舶直流電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。

        直流電網(wǎng) 限流熔斷器 恢復(fù)過電壓 選擇性保護(hù)

        0 引言

        近年來,隨著節(jié)能減排要求的不斷提高以及大功率電力推進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)電力電子變流技術(shù)的迅猛發(fā)展,更加具備經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行靈活性的直流電網(wǎng)逐漸成為船舶電力系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢[1-2]。為確保船舶直流電網(wǎng)短路后迅速切除、隔離故障,完善的保護(hù)設(shè)計(jì)對實(shí)現(xiàn)船舶直流電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行,提高全船電網(wǎng)供電連續(xù)性具有重大意義[3]。

        由于船舶電力系統(tǒng)規(guī)模小、供電距離短,不論是采用整流發(fā)電機(jī)或者蓄電池直接供電的船舶直流電力系統(tǒng),當(dāng)其供電負(fù)載側(cè)短路時(shí)均可能在短路點(diǎn)產(chǎn)生高達(dá)百kA級(jí)的短路電流。為更快的切除短路故障,基于限流熔斷器的船舶直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)方案成為廣泛應(yīng)用的方案之一[4]。實(shí)際應(yīng)用時(shí),通常根據(jù)負(fù)載額定電流、短路保護(hù)切除時(shí)間要求等因素,在電網(wǎng)中設(shè)計(jì)配置合適的限流熔斷器。結(jié)合工程應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)性以及合理性,為實(shí)現(xiàn)負(fù)載短路時(shí)快速切除短路故障,一般要求限流熔斷器動(dòng)作時(shí)間在10 ms以內(nèi),以提高全船電網(wǎng)供電連續(xù)性和可靠性。

        然而,對于更加典型的多母線供電結(jié)構(gòu)的船舶直流電網(wǎng),當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路故障時(shí),母聯(lián)限流斷路器或限流熔斷器快速動(dòng)作時(shí),會(huì)導(dǎo)致直流電網(wǎng)出現(xiàn)短路暫態(tài)恢復(fù)過電壓,使非故障支路輸入電壓與電網(wǎng)電壓存在較大的壓差,進(jìn)而可能導(dǎo)致非故障支路流過較大的電流,引起非故障支路配置的限流熔斷器動(dòng)作熔斷,造成非故障支路失電,導(dǎo)致直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)失效。

        針對這一過去未引起充分重視和關(guān)注的問題,本文基于當(dāng)前典型船舶直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)方案,面向船舶直流電網(wǎng)短路恢復(fù)過電壓現(xiàn)象,研究了其對系統(tǒng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)的影響,并針對性的提出了保護(hù)設(shè)計(jì)改進(jìn)思路和工程應(yīng)用方案,通過相關(guān)改進(jìn)可指導(dǎo)船舶直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化完善,進(jìn)一步提高船舶直流電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。

        1 船舶直流電網(wǎng)典型選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)方案

        船舶直流電網(wǎng)由于供電線路距離短,遠(yuǎn)端短路電流與近端短路時(shí)電流差別較小,為兼顧實(shí)現(xiàn)船舶直流電網(wǎng)保護(hù)選擇性與快速性,并充分考慮直流框架式斷路器或固態(tài)斷路器等解決方案帶來的體積、重量大等制約因素[5-6],當(dāng)前典型的基于限流熔斷器進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)的方案示意圖如下圖1所示。

        圖1 船舶直流電網(wǎng)典型保護(hù)設(shè)計(jì)方案示意圖

        圖1所示方案實(shí)現(xiàn)直流電網(wǎng)保護(hù)選擇性的基本原理為利用電源側(cè)配置的框架式斷路器瞬時(shí)保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間或通過設(shè)置短延時(shí),以實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)短路時(shí),蓄電池等電源饋送的短路電流導(dǎo)致負(fù)載側(cè)限流熔斷器快速熔斷,而框架式斷路器未動(dòng)作,即利用兩者的時(shí)間差構(gòu)成選擇性保護(hù)。

        具體而言,圖1中逆變器支路1處短路時(shí),蓄電池組饋送的短路電流將流過框架式斷路器Q1和逆變器支路的負(fù)荷開關(guān)Q2和限流熔斷器,通過對限流熔斷器的弧前2t值進(jìn)行恰當(dāng)設(shè)計(jì),并通過對斷路器Q1設(shè)置短延時(shí)保護(hù),即可實(shí)現(xiàn)逆變器支路限流熔斷器在10 ms以內(nèi)動(dòng)作熔斷,切除短路故障,且此時(shí)斷路器Q1不動(dòng)作,保證了蓄電池組仍可繼續(xù)向其他負(fù)載供電。

        對于多母線供電結(jié)構(gòu)的直流電網(wǎng),如圖1中設(shè)置的1號(hào)直流主配電板和2號(hào)直流主配電板,并通過母聯(lián)開關(guān)Q3構(gòu)建供電通路。對于高供電可靠性場合,為實(shí)現(xiàn)單條母線出現(xiàn)短路等故障時(shí)不影響其他供電母線,常常將母聯(lián)開關(guān)Q3配置為限流斷路器,以通過短路時(shí)觸發(fā)母聯(lián)限流斷路器瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)不同母線快速解列,保障非故障母線回路供電連續(xù)性。具體而言,當(dāng)圖1中斬波器支路2處短路時(shí),蓄電池組饋送的短路電流將流過框架式斷路器Q1、母聯(lián)限流斷路器Q3和斬波器支路的負(fù)荷開關(guān)Q4和限流熔斷器,該短路電流會(huì)導(dǎo)致母聯(lián)限流斷路器Q3瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作(最快1 ms以內(nèi)),使1、2號(hào)直流主配電板獨(dú)立,從而保證蓄電池組可繼續(xù)向1號(hào)直流主配電板下的逆變器支路供電。

        2 短路恢復(fù)過電壓及其對保護(hù)影響分析

        2.1 短路恢復(fù)過電壓現(xiàn)象

        針對船舶直流電網(wǎng)典型保護(hù)設(shè)計(jì)方案,由于限流熔斷器或限流斷路器動(dòng)作時(shí)間很短,同時(shí)整流發(fā)電機(jī)或蓄電池等短路電流均很大,一般高達(dá)數(shù)十kA,如此巨大的短路電流在10 ms以內(nèi)被保護(hù)器械切除時(shí),必然導(dǎo)致系統(tǒng)中電流變化率很大,從而在系統(tǒng)中產(chǎn)生暫態(tài)恢復(fù)過電壓。某一船舶直流電網(wǎng)負(fù)載短路時(shí)電網(wǎng)電壓變化曲線如下圖2所示。

        圖2 某一船舶直流電網(wǎng)負(fù)載短路時(shí)電網(wǎng)電壓變化曲線

        從圖2中可看出,該船舶直流電網(wǎng)電壓在短路期間跌落到幾乎為0,短路被切除電網(wǎng)電壓恢復(fù)期間最高電壓升高到超過1400 V,短路切除后電壓恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)850 V,最高暫態(tài)電壓與穩(wěn)態(tài)電壓間壓差超過550 V。

        2.2 短路恢復(fù)過電壓對保護(hù)影響分析

        針對如圖1所示典型船舶直流電網(wǎng),構(gòu)建其典型電路分析模型如下圖3所示。

        圖3 直流電網(wǎng)電路分析模型

        圖3中,E為蓄電池組內(nèi)電勢,RL分別為蓄電池組電阻和電感;RL為從蓄電池組至逆變器供電支路的線路電阻和電感;RL為從蓄電池組至斬波器供電支路的線路電阻和電感;RL為從1號(hào)直流主配電板至逆變器直流側(cè)支撐電容之間的等效電阻和電感;RL為從1號(hào)直流主配電板至斬波器直流側(cè)支撐電容之間的等效電阻和電感;UU分別為逆變器直流側(cè)支撐電容電壓和斬波器直流側(cè)支撐電容電壓。

        以逆變器支路為例進(jìn)行分析,短路前,逆變器直流側(cè)支撐電容電壓為:

        當(dāng)斬波器支路短路觸發(fā)母聯(lián)限流斷路器Q3瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作時(shí),電網(wǎng)最高電壓為限流斷路器短路動(dòng)作期間觸頭暫態(tài)恢復(fù)電壓arc,該電壓將施加于非故障的逆變器支路,且顯著高于作為供電電源的蓄電池電壓,類似圖2中所示。

        考慮到為避免直流電網(wǎng)短路時(shí)各類變換器直流支撐電容對短路點(diǎn)放電,逆變器輸入回路一般均設(shè)計(jì)有反向截止晶閘管,保證短路期間逆變器直流支撐電容不會(huì)反向?qū)ν夥烹?,如下圖4所示。

        圖4 逆變器輸入電路拓?fù)?/p>

        假設(shè)逆變器支撐電容在短路期間電壓不變,則短路后逆變器供電電壓與其直流側(cè)支撐電容間的最大電壓壓差為:

        上述電壓差導(dǎo)致逆變器供電支路將流過的電流為i,則有如下關(guān)系:

        從式(3)和(4)中可知,由于短路電流切除時(shí)斷路器觸頭暫態(tài)恢復(fù)電壓高于逆變器直流支撐電容,其將導(dǎo)致直流側(cè)支撐電容流過充電電流,且最高暫態(tài)恢復(fù)電壓越大,流過的電流也越大。

        逆變器支路在短路故障切除恢復(fù)過程中流過的充電電流在限流熔斷器中產(chǎn)生的電流熱效應(yīng)為:

        由于暫態(tài)恢復(fù)電壓arc和支撐電容電壓均為變化量,式(3)和(4)聯(lián)立方程為變系數(shù)多階微分方程,難以直接理論求解。

        為簡化分析,考慮最惡劣情形,即忽略支路電阻,并假設(shè)電網(wǎng)暫態(tài)恢復(fù)電壓arc一直為最大值arc-max,則可得如下關(guān)于i的簡化表達(dá)式:

        則式(6)轉(zhuǎn)化為二階常系數(shù)微分方程,解析求解則可得上述式(5)中的最大值解析表達(dá)式為:

        由此,比較式(7)計(jì)算得到的值與支路配置的限流熔斷器弧前2t值,若值大于弧前2t值,則短路恢復(fù)時(shí)流過逆變器的充電電流將有可能導(dǎo)致限流熔斷器熔斷,從而造成如圖1中非故障的逆變器支路保護(hù)動(dòng)作,引起逆變器支路失電,造成電網(wǎng)選擇性保護(hù)失效;若值小于弧前2t值,則短路恢復(fù)時(shí)流過逆變器的充電電流將不會(huì)導(dǎo)致如圖1中非故障的逆變器支路限流熔斷器熔斷而使逆變器失電,符合電網(wǎng)選擇性保護(hù)要求。

        3 直流電網(wǎng)保護(hù)設(shè)計(jì)改進(jìn)分析

        3.1 改進(jìn)方案

        針對船舶直流電網(wǎng)暫態(tài)恢復(fù)過電壓可能造成非故障支路流過電流而引發(fā)限流熔斷器誤保護(hù)動(dòng)作問題,結(jié)合前述分析,可考慮采用母聯(lián)斷路器設(shè)置短延時(shí)保護(hù)與限流熔斷器配合或提高限流熔斷器通流能力,優(yōu)化限流熔斷器選型設(shè)計(jì)的解決措施。

        由于限流熔斷器動(dòng)作很快,通過母聯(lián)斷路器設(shè)置短延保護(hù)可實(shí)現(xiàn)與限流熔斷器保護(hù)動(dòng)作選擇性,但由于母聯(lián)斷路器設(shè)置了短延時(shí)保護(hù)后,不可避免的會(huì)導(dǎo)致單一短路故障影響全船直流電網(wǎng),無法實(shí)現(xiàn)短路故障發(fā)生后不同母線快速解列獨(dú)立,保障非故障母線回路供電連續(xù)性,該方案在直流電網(wǎng)供電連續(xù)性極高的場合可能難以適用。

        另一解決措施則是適當(dāng)提高負(fù)載配置的限流熔斷器的額定電流和弧前2t值,在保證負(fù)載短路故障在滿足要求的動(dòng)作時(shí)間內(nèi)被切除即可,無需限流熔斷器過快保護(hù)動(dòng)作??紤]到非故障支路限流熔斷器誤動(dòng)作保護(hù)往往只可能出現(xiàn)在功率較小的負(fù)載支路中,適當(dāng)提高限流熔斷器通流能力不會(huì)破壞直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì),因此該方案更為合理可行。而提高限流熔斷器通流能力,適當(dāng)延長熔斷動(dòng)作時(shí)間,從孔徑、狹頸及銅排間隙等方面改進(jìn)均可實(shí)現(xiàn)[7]。

        3.2 匹配性分析

        為合理設(shè)計(jì)限流熔斷器,需綜合考慮短路時(shí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與暫態(tài)恢復(fù)過電壓所產(chǎn)生的電流熱效應(yīng)。為便于指導(dǎo)工程應(yīng)用,根據(jù)前述分析,設(shè)計(jì)選擇限流熔斷器時(shí)只需保證其弧前2t值大于系統(tǒng)暫態(tài)恢復(fù)過電壓可能對非故障支路造成的充電電流熱效應(yīng)值,即可保證短路保護(hù)的選擇性。

        考慮到直流電網(wǎng)中存在多個(gè)逆變器、斬波器等負(fù)載支路,不同負(fù)載支路一般均設(shè)置直流支撐電容,斷路器動(dòng)作時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生的暫態(tài)恢復(fù)過電壓而引起的充電電流將在不同的負(fù)載支路中被分流,從而單一支路中流程的充電電流將減小,如下圖所示。

        圖5 多負(fù)載支路下暫態(tài)恢復(fù)過電流被分流示意圖

        因此,依據(jù)前述分析中式(7)得到的最惡劣情形下非故障支路電流熱效應(yīng)值,以包絡(luò)方式設(shè)計(jì)選型限流熔斷器可滿足不同場景下的系統(tǒng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)要求,且工程應(yīng)有簡單,實(shí)現(xiàn)難度小。

        4 結(jié)語

        船舶直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)的快速性和高可靠性要求以及保護(hù)器械重量、體積等制約因素使采用限流熔斷器成為船舶電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)的選擇方案,然而保護(hù)器械的快速動(dòng)作使系統(tǒng)中不可避免的出現(xiàn)暫態(tài)恢復(fù)過電壓,進(jìn)而導(dǎo)致非故障支路流過充電電流而引發(fā)支路限流熔斷器動(dòng)作,造成直流電網(wǎng)非故障支路失電,使系統(tǒng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)失效。針對這一問題,本文基于典型船舶直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)方面,針對船舶直流電網(wǎng)短路恢復(fù)過電壓現(xiàn)象,從理論上分析得到了最惡劣情形下非故障支路暫態(tài)電流熱效應(yīng)值,指出了其導(dǎo)致非故障支路限流熔斷器誤動(dòng)作的原因及其對系統(tǒng)保護(hù)的影響,并據(jù)此針對性的提出了改進(jìn)方案,開展了匹配性分析,通過相關(guān)改進(jìn)可指導(dǎo)船舶直流電網(wǎng)選擇性保護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化完善,進(jìn)一步提高船舶直流電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。

        [1] 樂春陽. 直流電網(wǎng)在大型船舶中的發(fā)展趨勢[J]. 造船技術(shù), 2019(4): 5-10, 18.

        [2] Bosich D, Vicenzutti A, Pelaschiar R, et al. Toward the future: The MVDC large ship research program[C]. aeit international annual conference, 2015: 1-6.

        [3] 鄢倫, 吳大立, 李興東, 等. 直流全電力推進(jìn)船舶短路故障管控技術(shù)研究[J]. 船電技術(shù), 2021, 41(3): 1-6.

        [4] 吳大立, 徐正喜, 潘德華, 羅偉, 姜波. 基于混合型限流熔斷器的船舶直流電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)研究[J]. 船電技術(shù), 2012, 32(12): 1-3.

        [5] Schmerda R, Cuzner R, and Clark R, et al. Shipboard solid-state protection: overview and applications [J]. IEEE Electrification Magazine, 2013, 1(1): 32-39.

        [6] 劉思奇, 胡鵬飛, 江道灼,等. 中壓船舶直流供電系統(tǒng)限流開斷技術(shù)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2021, 36(S01): 14.

        [7] 戴超, 莊勁武, 楊峰, 陳搏, 王晨, 江狀賢. 大電流電弧觸發(fā)式混合限流熔斷器分析與設(shè)計(jì)[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2011, 31(10): 81-85.

        Study on the impact of short circuit recovery overvoltage on system protection of marine DC grid

        Yan Lun1, 2, Wu Dali1, 2, Li Wenhua1, 2

        (1. Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430205, China; 2. Hubei Key Laboratory of Marine Electromagnetic Detection and Control, Wuhan 430205, China)

        U665

        A

        1003-4862(2023)10-0037-04

        2023-02-09

        鄢倫(1992-),男,工程師。主要從事船舶電力系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)研究工作。E-mail: yanl719@163.com

        猜你喜歡
        船舶故障
        計(jì)算流體力學(xué)在船舶操縱運(yùn)動(dòng)仿真中的應(yīng)用
        基于改進(jìn)譜分析法的船舶疲勞強(qiáng)度直接計(jì)算
        船舶!請加速
        故障一點(diǎn)通
        BOG壓縮機(jī)在小型LNG船舶上的應(yīng)用
        船舶壓載水管理系統(tǒng)
        中國船檢(2017年3期)2017-05-18 11:33:09
        奔馳R320車ABS、ESP故障燈異常點(diǎn)亮
        故障一點(diǎn)通
        故障一點(diǎn)通
        故障一點(diǎn)通
        在线成人爽a毛片免费软件| 亚洲av乱码国产精品观看麻豆| 国产中文色婷婷久久久精品| 欲求不満の人妻松下纱荣子 | 欧美日韩一区二区综合| 国产欧美久久久另类精品| av免费在线手机观看| 懂色av一区二区三区尤物| 中文字幕乱码熟女人妻水蜜桃| 天堂蜜桃视频在线观看| 在线一区二区三区国产精品| 九九久久精品无码专区| 99精品一区二区三区免费视频| 亚洲日韩AV无码美腿丝袜| 精品中文字幕在线不卡| 少妇中文字幕乱码亚洲影视| 双腿张开被9个黑人调教影片| 亲少妇摸少妇和少妇啪啪 | 国产呦系列呦交| 国产亚洲精品综合一区| 久久久黄色大片免费看| 日本真人做爰免费视频120秒 | 天天干夜夜躁| 日本精品一区二区三区试看| 玩弄白嫩少妇xxxxx性| 狠狠爱无码一区二区三区| 青青手机在线视频观看| 日本午夜理论片在线观看| 国产精品自在线拍国产手机版| 久久久国产精品福利免费| 亚洲一区免费视频看看| 亚洲亚洲人成综合丝袜图片| 玖玖资源站无码专区| 激情视频在线观看国产中文| 国产三a级三级日产三级野外| 青草视频在线播放| 欧美日韩高清一本大道免费| 美腿丝袜日韩在线观看| 中文字幕在线精品视频入口一区| 亚洲毛片网| 偷偷夜夜精品一区二区三区蜜桃 |