陳斌

摘 要：文章對(duì)我國現(xiàn)代化艦船使用的綜合電力系統(tǒng)技術(shù)作了詳細(xì)的研究，并對(duì)該系統(tǒng)中直流區(qū)域配電系統(tǒng)在隔離故障和優(yōu)化艦船設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)作了闡述，較為詳細(xì)的分析了直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)在艦船容量設(shè)置以及故障重構(gòu)方面的突出優(yōu)點(diǎn)，并且立足于該直流區(qū)域的配電網(wǎng)狀系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配電中的繼電保護(hù)的主要研究內(nèi)容作了深入的研究

關(guān)鍵詞：綜合電力系統(tǒng)；直流區(qū)域；繼電保護(hù)

引言

綜合電力系統(tǒng)包含了艦船的日常用電、艦體推進(jìn)用電、高端武器設(shè)備發(fā)射用電和大功率探測(cè)設(shè)備用電等，作為一種綜合電力技術(shù)不僅可以對(duì)當(dāng)前現(xiàn)代化艦船的整體設(shè)計(jì)實(shí)施簡化，而且對(duì)簡化艦船的動(dòng)力系統(tǒng)提高了可能，為我國穩(wěn)定，可靠的使用高端的艦載武器設(shè)備提供了強(qiáng)大的保障。現(xiàn)在國內(nèi)很多科研單位對(duì)艦船的綜合電力系統(tǒng)做了深入的研究，雖然在技術(shù)上取得了一定的進(jìn)步，但是艦船綜合電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)并沒有取得突破性的進(jìn)展[1]。文章重點(diǎn)分析了與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，直流區(qū)域配電系統(tǒng)的直流網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在的明顯優(yōu)勢(shì)，站在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的層面對(duì)該系統(tǒng)中直流配電系統(tǒng)做了進(jìn)一步的研究分析，希望對(duì)我國現(xiàn)代化艦船綜合電力系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展起到一些借鑒性的意義。

1 直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的介紹

國內(nèi)大型水面艦船自建造以來所使用的供電系統(tǒng)就是采用兩個(gè)電站同時(shí)進(jìn)行供電的模式，這種供電模式被稱為干饋式混合配電系統(tǒng)，這種模式的特點(diǎn)在于這兩個(gè)供電站是完全隔開的，它們兩個(gè)分別有自己的發(fā)電機(jī)組，雖然設(shè)備存于不同的艦體結(jié)構(gòu)中，但是對(duì)艦船的符合設(shè)備卻是同步供電[2]。但是從長遠(yuǎn)的角度來看，水面艦船會(huì)不斷的向超大容量方向發(fā)展，基于此種發(fā)展趨勢(shì)，綜合電力系統(tǒng)的雙電站模式很有可能被突破和改善，有可靠資料現(xiàn)實(shí)演變和發(fā)展的模式會(huì)是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)形式和多個(gè)供電站同時(shí)使用，但是為了確保艦船的密封性和節(jié)約空間，兩種不同的供電系統(tǒng)會(huì)通過一條母線向艦船所有的符合設(shè)備提供電能，并且根據(jù)艦船的實(shí)際需要給至關(guān)重要的符合設(shè)備輸送電力。

直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的工作原理是將艦船電力系統(tǒng)中的電流整合為1000V的直流，通過艦船兩側(cè)的左母線和右母線將電流傳輸出去，而且在艦船的每一臺(tái)發(fā)電機(jī)組中都有與左右母線連接的端口，最終形成一個(gè)閉合的網(wǎng)絡(luò)電流回路。這種配電系統(tǒng)不僅可以完成對(duì)所有發(fā)電機(jī)組的集中控制和管理，還可以對(duì)發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的備用容量進(jìn)行合理的配置，從另一個(gè)方面提高了發(fā)電機(jī)的使用效率。

2 直流區(qū)域的配電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

從目前的現(xiàn)狀來看主流艦船上使用的電力系統(tǒng)都是通過艦船上集中式配電系統(tǒng)的中心設(shè)備通過電纜進(jìn)行輸送，這樣的結(jié)果大大的影響了艦體的密封性，使艦體出現(xiàn)了上千個(gè)電纜的穿孔，一方面為電力系統(tǒng)建設(shè)人員帶來了大量繁瑣的工作，而且還在一定程度上減低了艦船的耐壓性。如果現(xiàn)代艦船采用直流區(qū)域配電系統(tǒng)就可以有效的避免此類問題的發(fā)生，這種方法操作簡單，只需要將輸送電力的母線穿過艦體的耐壓隔壁，不僅節(jié)省了大量的電纜，也減輕了艦體的總體重量，是艦體在空間設(shè)計(jì)方面得到了很多好處[3]。

SSCM和SSIM有多重功能，并且它們能夠?qū)νㄟ^半導(dǎo)體設(shè)備的電流執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換、監(jiān)測(cè)和限制，所以可以在設(shè)備出現(xiàn)緊急故障時(shí)對(duì)供電系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)，所以如果艦船使用的是直流區(qū)域配電系統(tǒng)，在故障發(fā)生時(shí)就可以將發(fā)生故障的部位隔離在一個(gè)小范圍的電力區(qū)域中，而且因?yàn)檫@種電力系統(tǒng)中的電流都是直流電，在對(duì)設(shè)備故障檢測(cè)的時(shí)候也更加方便和簡單，原先監(jiān)測(cè)直流故障和初始化自動(dòng)母線的轉(zhuǎn)換器所需要的時(shí)間延遲不存在了，進(jìn)一步提升了電源的使用性能，也提升了艦體的整體性能，而且隨著供電系統(tǒng)功率全面自動(dòng)化程度的提高，極大的簡化了艦船的戰(zhàn)斗系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

直流區(qū)域配電系統(tǒng)的第二個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)就是對(duì)于不同的泵體和排風(fēng)機(jī)來說可以進(jìn)行不同的速度控制，保證其始終保持在較高的運(yùn)行效率之下，另外在艦船大型電動(dòng)機(jī)被啟動(dòng)的時(shí)候，其輸電系統(tǒng)中的電流會(huì)受到一定的限制，這種情況可以使艦船母線中的電壓始終處在穩(wěn)定的狀態(tài)之下，而且在特定的場(chǎng)合下也可以實(shí)現(xiàn)電力的轉(zhuǎn)換，直流區(qū)域配電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)相比有很多明顯的優(yōu)勢(shì)，例如：在艦船不同的戰(zhàn)斗系統(tǒng)當(dāng)中，很多武器設(shè)備要用到400Hz的直流電壓，因此如果現(xiàn)代艦船的配電系統(tǒng)是交流電則還要經(jīng)過一步轉(zhuǎn)化，再用一個(gè)逆變器將交流電轉(zhuǎn)換成400Hz方可實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗系統(tǒng)的運(yùn)行和使用，但是如果直接采用是直流區(qū)域配電系統(tǒng)，那么僅僅需要將電壓調(diào)到合適的水平就可以了，然后在將電流整合成需要的直流即可。將兩者進(jìn)行對(duì)比之后可以看出在該系統(tǒng)與交流配電系統(tǒng)相比減少了很多的輸電設(shè)備，例如：擔(dān)任變壓作用的傳輸變壓器，還有交流配電系統(tǒng)中的很多開關(guān)，這些設(shè)備的減少可以降低艦船本身的質(zhì)量，而且也節(jié)省了出了很多空間，使艦船有了更多的空間安裝更多的艦載武器，進(jìn)而增減現(xiàn)代化艦船的作戰(zhàn)能力。

第三，直流配電系統(tǒng)具備的另一大優(yōu)勢(shì)是發(fā)電機(jī)組的發(fā)電頻率，這種高頻率的發(fā)電機(jī)組可以和整流器實(shí)現(xiàn)最大尺寸的優(yōu)化組合，而且根據(jù)直流區(qū)域的配電系統(tǒng)能夠?qū)⒃瓌?dòng)機(jī)設(shè)計(jì)為始終處在最有效率的運(yùn)行狀態(tài)之下，從節(jié)省油料方面來說不僅做到了最小的能源使用，也減少了艦船配伍的排放量。

3 基于直流區(qū)域配電系統(tǒng)的直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)

適應(yīng)直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中短路電流的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前我國陸地電網(wǎng)的自動(dòng)保護(hù)技術(shù)相對(duì)艦船配電系統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)來說比較成熟，而且在系統(tǒng)級(jí)別的保護(hù)方法上也有了一定的研究，例如：陸地電網(wǎng)中的快速距離保護(hù)、反應(yīng)暫態(tài)分量的行波保護(hù)以及光纖差動(dòng)保護(hù)等，但是因?yàn)榕灤木C合電力系統(tǒng)是建立在有限的空間之內(nèi)，并且是一種獨(dú)立的電網(wǎng)單元，因此其穩(wěn)定性會(huì)受到艦船符合設(shè)備的影響，加之系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜等多種不利因素，提高了信號(hào)提取的困難程度。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)以往對(duì)艦船電力系統(tǒng)分析的原理、方法以及一些應(yīng)用技術(shù)的成果，在當(dāng)前的直流網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)配電系統(tǒng)中不能直接使用，必須對(duì)艦船綜合電力系統(tǒng)中常見故障的特征進(jìn)行研究，而且還要對(duì)現(xiàn)在艦船綜合電力系統(tǒng)采用的保護(hù)手段進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，這樣才能切實(shí)滿足綜合電力的保護(hù)需求。

4 結(jié)束語

綜合電力系統(tǒng)能夠包括電力推進(jìn)在內(nèi)的全船電能進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)配，具有很好的經(jīng)濟(jì)性、并且配置靈活多變、目標(biāo)的聲音強(qiáng)度很低、功率的密度較高等很多優(yōu)點(diǎn)，是世界各國艦船技術(shù)發(fā)展的主流方向。直流區(qū)域配電系統(tǒng)有很強(qiáng)的生命力，而且有利于總體優(yōu)化和模塊化建造等優(yōu)勢(shì)，是綜合電力系統(tǒng)的最好選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]曹融.船舶綜合電力系統(tǒng)短路計(jì)算與仿真[J].哈爾濱工程大學(xué)，2013（03）：42-45.

[2]葉志浩.基于直流區(qū)域配電的艦船綜合電力系統(tǒng)智能保護(hù)方式的研究[J].船電技術(shù)，2009（02）：31-34.

[3]羅偉，方斌.船舶綜合電力系統(tǒng)研究的新進(jìn)展[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2009（12）：18-21.