舰船电力系统保护性能测试讨论.docx

舰船电力系统保护性能测试讨论摘要:针对目前舰船电力系统保护研究主要集中在方案设计及评估方面，缺少系统的实船测试指标及方法的问题，从舰船电力系统各分系统组成角度，归纳出对实船保护性能测试的相关指标，结合某型舰船性能鉴定试验，对指标进行梳理分类，讨论实船测试的可行性方法。关键词:舰船电力系统;系统保护;指标分析;性能鉴定;测试方法舰船电力系统保护性能对舰船生命力起着非常重要的作用。目前舰船电力系统保护研究主要集中在舰船研制阶段保护方案的设计1-2，或用各种优化方法函数网络模型进行保护策略优化评估3-9。然而，用户更关心的是实船电力系统保护性能测试结果，而不是概率统计值。新型舰船在建造完成交付用户使用前，需由军方对其保护性能进行鉴定。为此，从新型舰船电力系统各分系统组成角度分析实船测试保护指标及相关试验方法，将系统保护概念详细化直观化，构成一套完好的测试方案，并应用于某型舰船性能鉴定工作。1舰船电力系统保护测试指标系统保护设计基本要求必须知足完全性、快速性、选择性、灵敏性、可靠性10。本文除了考察各级断路器通断设定及保护分级设计，还考察系统运行经过中故障显示报警保护功能。及故障后自处理能力。以某舰船电力系统组成(图1)为例，对保护指标进行分析。11发电功能系统保护舰船2个电站，每个电站由2台或3台发电机组组成。111发电机组装置。发电机组装置由柴油机和发电机2部分组成，共列指标37项。112主配电板控制屏主配电板控制屏由发电机组控制屏、母联屏、岸电屏、负载屏组成，共列指标23项。本区域发电机组和主断路器监测、控制、保护，与其他区发电设备并联和联锁操作，通过岸电屏接入岸电等功能。1)主断路器整定指标列项。主干网各个断路器包括发电机组断路器、母联断路器、跨接断路器和岸电断路器。根据负载及电路设计设定不同整定值，实现主干网络时间和电流原则保护。设有长延时、短延时、瞬时、预报警，发电机还要设有逆功的保护，除母联断路器外还要有欠压保护。对图2中的断路器列项。2)发电机组起动运行指标列项。对于机组起动或同步并机运行中出现故障，通过断路器通断实现保护，该部分保护在机组控制器、主配电板电站控制器和电力集控台报警显示共列指标15项。3)汇流排保护指标列项。前后主配电板各设有3个汇流排。设有电压和频率越限保护。报警显示部位在主配电板电站控制器、电力集控台。共列指标4项。12配电功能系统保护配电部分保护监控功能在配电网络各装设备中实现，根据设备进行指标列项。1)主配电设备保护指标列项。2)事故配电设备保护指标列项。事故配电设备只设短路保护，不设过载保护，通过发电机端应急接插盒内的塑壳断路器实现短路保护。事故电网保护指标列1项。3)应急配电网络保护指标列项。新型舰船对应急配电进行连网，保护分3级，UPS、DC/DC变换电源配置装置(第1级)(直流应急配电板(第2级)(蓄电池组出口断路器(第3级)。应急电力设备所有保护器件均只设置短路瞬时保护，不设置过载保护。13消磁功能系统指标列项从消磁电源方面进行保护列项，共列指标6项。14电力监控功能系统指标列项系统运行出现故障，电站控制器和配电设备控制器完成控制处理的功能。15电力辅助功能系统对应急电力设备进行列项。2舰船电力系统保护测试方法舰船性能鉴定测试方案要有实用性、系统性、全面性及可行性11。鉴定试验流程见图3。结合某型舰船性能鉴定试验，对指标进行梳理分类，对指标进行测试方法分析。21机组本身保护报警类指标测试发电机组本身保护。机组启动或运行经过中滑油、淡水、海水、排气相关压力流量温度等保护。表1中对应指标。报警功能采用模拟故障工况，检查故障保护功能动作正确性和报警信号显示有效性。压力试验通过压力测试仪给相应压力传感器施压来模拟，温度传感器采用标准电阻箱来模拟，开关量直接用短接或断开线路进行模拟。部分模拟量直接修改采集参数进行模拟。1)定子绕组热保护。对发电机端子排断开PTC(绕组温度高)的热敏电阻接线，接入电阻箱，调整电阻使其到达报警，记录定子绕组热报警情况。2)机组滑油压力低。用压力钳打压滑油压力传感器，到LOP1(机旁控制箱)报警消除后，缓慢降低压力钳压力，直到报警，记录机组滑油压力低报警情况。3)机组滑油温度高。断开滑油温度传感器，接入电阻箱，调整电阻箱阻值，记录机组滑油温度高报警情况。4)机组超速保护试验。机组超速保护整定范围为16951725r/min，采用模拟方法实现(换算系数085)，详细步骤如下:机组起动后，使机组的转速低于1440r/min，按下机组机旁控制箱内“超速试验按钮，然后缓慢升高柴油机转速至1466r/min，期间机组应能应急停机;记录柴油机控制箱的超速报警、机组严重故障报警情况。5)机组紧急停机试验。机组启动后，按动紧急停机按钮进行停机试验。在柴油机控制箱、主配电板和电力集控台分别进行。记录机组立即停机、机组严重故障报警情况。22发电功能系统各断路器保护类指标测试主断路器开断和电气参数超标报警等动作情况。通过模拟的方式，使断路器流经电流电压频率功率等到达报警或开断;传递给断路器对应故障发生时出现模拟信号，检查并记录对应断路器通断及报警状况。1)欠压保护检查。在机组停机经过中，模拟发电机失压(在主开关合闸情况下停机)，当电压降至欠压保护动作值时，发电机主开关应自动分断。岸电断路器和跨接断路器，当电压降至欠压保护动作值时，对应主开关应自动分断。2)逆功率保护检查。反接发电机逆功率继电器电流输入信号，缓慢增加负载，模拟进行逆功率动作保护试验。3)断路器过电流保护试验。在做发电机主开关过电流保护试验时，使机组在(80%90%)PN下运转，突加无功负载使电流大于发电机主开关和跨接开关过电流长延时考核动作值，并经一定延时时间后跳闸。具有电子脱扣器的主开关可进行模拟试验。4)发电机内部短路保护功能试验。发电机空载接通发电机主开关，加三相30%左右额定电流的负载，模拟发电机内部短路。半自动情况下发电机灭磁、发电机主开关跳闸、柴油机停机、机组控制器内部短路报警。23分系统设备保护报警显示类指标测试各分系统本身设备保护。线路设计合格，选用断路器继电器本身产品合格，断定为整体合格。抽检部分线路模拟短路，查看该路切断对同级线路和上级线路的影响。检查各设备本身报警及显示功能。24运行故障处理监控控制类指标测试电力系统运行出现故障，系统本身调节处理能力。电力系统正常运行，通过加减无功电流等方式人为制造相应故障。记录系统本身动作情况。1)调频调载功能。在机组启动空载运行，并网运行经过中记录调频情况。2)卸载功能试验。对断路器整定值进行设计，以2级配电区域控制器卸载试验为例讲明。3)自启动试验。负荷增大或故障，机组自启动。4)自动增机及越控增机功能试验。分别在越控和非越控、单机组、双机组、三机组运行条件下，增加负载，机组负荷到达设定值时启动优先级最高的机组并网。记录相关情况。5)自动减机及越控减机功能试验。负载减小时减机。1)从各分系统角度对舰船电力系统保护性能实船测试进行指标列项，同时又要从全系统角度对运行工况指标列项，重点测试运行故障处理的相关保护。2)部分保护指标测试具有破环性，测试比拟困难，采用模拟电流或信号方式进行。建议在舰船建造阶段，对各保护元件本身及设计安装做好测试，实船测试采信相关结果。3)所构成的该型号舰船电力系统保护性能测试方案对后续新型舰船用前性能鉴定试验有借鉴作用。