[发明专利]环形船舶电网的短路电流计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶区域配电系统环形供电网络的短路电流计算方法，属于船舶电力系统领域。

背景技术

随着船舶电力系统容量的上升，网络拓扑结构将会越来越复杂，传统的船舶供配电网络由于其结构的特点，使得供电可靠性较低，如果在母线附近短路，会使该点之后的所有负载失去供电；由于大型船舶电力系统的供配电网络拓扑结构和其使命的特殊性，其网络规划、负载管理，以及在发生故障时供电网络的重构方法等都不能照搬陆地电网的方法，一定要优先保证重要负载的供电，且对其快速性的要求也非常严格。

传统的船舶电网的形式已经成为制约船舶可靠性的一大难题，采用区域供电网络是解决这一问题的良好途径，区域供电在基于环形网络的基础上，根据负载性质和负载大小将整个船舶电力系统分成若干区域，区域之间利用连接线或母线构成层次分明的多层网络，每个电站保障一个或几个区域的负载供电。环形网络是电站之间利用纵向、横向连接线或母线构成闭环，向用电设备供电的网络，其优点是可以构成较多的电站至负载的通路，具有较高的供电可靠性。

区域供电技术已成为未来新型船舶电力系统的发展主流，它采用统一的供电网络为全船的装备供电，既达到降低电力系统建造成本的目的，又可提高船舶电力系统的可靠性。

在各种故障隐患中，电力系统的短路是每一个船舶设计和维护人员所必须关注的一个重要问题。当船舶电力系统中母线或某一干线短路时，在母线或该干线上将出现比正常值大许多倍的短路电流，过大的短路电流所产生的机械应力和热效应，会使发电机及其他电气设备的正常运行受到影响，甚至造成损坏。因此在设计船舶电力系统时必须充分考虑到系统可能发生的短路故障，以便合理地选择和校验相关设备和装置，一方面以保证船用电气设备能承受短路电流的冲击，另一方面保证能快速有效地切断短路故障，使短路区域与系统隔离，把短路故障限制在最小的范围内，保证系统正常运行。

短路电流计算是正确设计舰船电力系统，选择和校核电器设备、元件，校核汇流排的力稳定性和热稳定性，校核并联运行发电机组的总功率以及实现船舶电力系统可靠保护的基础。

采用区域供电可以将电力系统短路引起的破坏减小到最小范围，而且每一个用电设备可以从线路的其它方向获得电源，所以任一线路的故障不会使线路停止供电，提高了供电的可靠性。然而，传统的船用交流电力系统短路电流的计算方法是建立在树形电网结构的基础上的，引入船用环形供电网络会对电网的短路计算产生较大的影响，而环形网络短路电流的研究目前仍处于初级阶段。

目前，国内外比较常用的针对船舶交流电力系统短路电流计算的方法主要有IEC（国际电工委员会）、中国国家标准、中国国家军用标准、美国海军标准等。这几种方法普遍采用的是等效和近似方法，在工程实践中有着一定的实际意义，但其中都以干馈式电网为假设计算对象，没有明确给出基于环形母线的交流区域配电网络短路电流的计算方法，已不能适应船舶电力系统的发展需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种环形船舶电网的短路电流计算方法。

本发明一种环形船舶电网的短路电流计算方法，在确定短路点后，由发电机端向短路点进行等效计算，经过阻抗网络变换和化简等效后，最终将阻抗网络化简成数台等效发电机分别经一个阻抗直接与短路点相连的形式，即求各等效发电机在短路点处馈送的短路电流峰值，然后相加即是所求的最大值。

经过所述网络变换后，将星形网络变换成网形网络，等值网形电路中节点i和节点j之间支路的阻抗计算方法为：

星形网络由节点n和另外m个节点组成，节点n与m个节点中的每个节点都有一条支路相接；星网变换就是把节点n消去而变换成以1，2.，……m为顶点的网形网络。

短路电流计算方法按照下述步骤进行：

第一步，确定需要计算短路电流的典型节点；

第二步，分析发电机端的短路情况；

第三步，分析左右舷母线上的短路情况：首先分析断路器的两边分别短路时的短路电流，对其进行比较，选取较大的一个进行短路电流计算；此时，将前后电站各等效成一台发电机，分别计算这两台发电机向断路器馈送的短路电流，然后求其代数和；

第四步，计算左右两端主配电板负载的出线短路；

第五步，计算某一区间内的短路情况：首先画出电站至短路点的阻抗网络，然后进行网络变换，变成电源端直接经阻抗连接到短路点的形式，再进行计算。

采用基于图论法的短路电流计算方法如下：有m个独立节点的无源网络的阻抗矩阵为：