工程和发电船舶中压电力系统继电保护关键技术研究

摘要

随着船舶电力系统的发展，设备功率越来越大、网络结构愈加复杂，系统电压等级更是由低压向中压发展，形成船舶中压电力系统。与传统低压电力系统不同，船舶中压电力系统安全性需求高，供电方式多样，亟需构建结构完备、性能优良的继电保护系统，保障系统安全稳定运行。然而，当前对船舶中压电力系统继电保护的系统性研究较为匮乏，也没有针对中压系统运行特点的保护应对措施。为此，本文主要以工程船舶和发电船舶两类较为典型的中压电力系统为研究对象，研究其继电保护改进技术、构建完善的系统保护配置方案，并对主要设备及线路的关键性保护进行整定计算。 船舶中压电力系统的运行有其自身特点，对传统继电保护的运行性能存在显著影响。针对变压器励磁涌流问题，在分析预充磁变压器对抑制主变压器涌流基础上提出了变压器容量比的关系和主变压器差动保护安全运行对策，并通过仿真进行了验证；针对接地选线问题，分析了中性点经高阻接地系统的特点，基于此给出高低电阻短时切换的接地选线方案；针对发电船舶中压电力系统的频率切换问题，研究了不同切换对系统保护动作性能的影响，并进行了仿真验证。 船舶中压电力系统网络结构复杂，运行方式多样，缺乏性能完备的继电保护系统。以结构更为复杂的工程船舶中压电力系统为研究对象，首先分析了系统的多环网结构特性及其典型运行方式；为了研究系统不同方式下的运行和故障特性，基于PSCAD平台搭建了较为完备的系统暂态仿真模型；在此基础上，依据船舶中压电力系统运行安全规范，明确了系统主要设备及线路的保护需求及配置原则，并针对性地提出了一套性能完善的以差动保护为主的保护配置方案。 船舶中压电力系统的继电保护缺乏整定计算规范，其定值整定主要依据人为经验，保护性能较差。为此，基于构建的暂态仿真模型，对不同运行方式下的不同类型故障进行短路计算；在此基础上，依据系统保护配置方案，对发电机、变压器、馈线及进线和母线等典型设备和线路进行了完备的整定计算，并制定了保护定值清单。

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摘 要

Abstract

目 录

1 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 船舶中压电力系统的主要特点

1.3 课题的研究现状

1.3.1 变压器预充磁技术研究现状

1.3.2 接地方式及单相接地选线方法研究现状

1.3.3 系统频率切换问题研究现状

1.3.4 继电保护方案配置及整定计算研究现状

1.4 论文的主要工作及章节安排

2 船舶中压电力系统关键技术及建模分析

2.1 引言

2.2 变压器预充磁技术研究

2.2.1 励磁涌流产生的原理分析

2.2.2 串接小容量变压器法的预充磁方案分析

2.2.3 建模及仿真分析

2.3 接地方式及单相接地选线方法研究

2.3.1 中性点接地方式分析

2.3.2 单相接地选线方法研究

2.4 发电船舶系统频率切换问题研究

2.4.1 全周傅氏算法

2.4.2 建模及仿真分析

2.5 本章小结

3 船舶中压电力系统保护方案配置

3.1 引言

3.2 船舶中压电力系统运行方式分析

3.3 船舶中压电力系统建模

3.4 船舶中压电力系统保护配置原则

3.5 船舶中压电力系统保护方案配置

3.5.1 发电机保护方案配置

3.5.2 变压器保护方案配置

3.5.3 馈线保护方案配置

3.5.4 进线保护方案配置

3.5.5 母线保护方案配置

3.6 本章小结

4 船舶中压电力系统继电保护整定计算

4.1 引言

4.2 船舶中压电力系统短路计算

4.3 船舶中压电力系统继电保护整定计算

4.3.1 3号主发电机继电保护整定计算

4.3.2 1号公用变压器继电保护整定计算

4.3.3 2号6.3kV中压主配电板与配电变压器馈线继电保护整定计算

4.3.4 3号主发电机进线继电保护整定计算

4.3.5 1号6.3kV中压主配电板母线继电保护整定计算

4.3.6 继电保护定值清单

4.4 本章小结

5 全文总结

5.1 总结

5.2 研究工作展望

致 谢

参考文献

附录1 工程和发电船舶中压电力系统设备参数

附录2 工程和发电船舶中压电力系统接线图