[发明专利]基于闭环船舶电力系统的保护设计方法

说明书

本发明涉及一种基于闭环船舶电力系统的保护设计方法，以实现最少两台发电机组再网运行，提供尽可能长时间的电力供应为主要目标，通过完善的系统级保护方案、先进发电机保护装置、隐藏故障监测及后备保护方案、试验验证方法，当系统在发生单点故障、隐藏故障等故障时，尽快仅切除故障回路，使故障涉及范围最小化，同时不但兼顾系统的选择性又最大限度地保证非故障回路连续供电，保证其余电力系统正常供电，船舶能在任何情况下保持位置，从而提高整个电力系统的安全可靠运行。其明显的优势在于系统故障发生时，将会只隔离一台故障发电机组或将一段母排，大大减小了故障的影响范围。

技术领域

本发明涉及一种电力系统控制技术，特别涉及一种基于闭环船舶电力系统的保护设计方法。

背景技术

动力定位船利用变频驱动推进器在油气钻井作业、定位、锚泊和港口操纵等作业期间保持位置。船舶安全操作的要求之一是，不得发生任何可能导致船舶位置严重损失的故障。DP3级是目前国际海事组织的最高动力定位级别，采用DP3级动力定位的船舶对电力系统要求较高。

近年来，国内外对排放的要求越来越高，高端海洋工程装备动力定位系统的供电模式采用母联闭环型运行方式已成为业内共识，此举可大大提高发电效率、节能减排，但对电力系统整体的安全性和可靠性提出了极大的挑战。

但是在母联闭环模式下运行系统的不利之处在于可能使系统易受故障影响，例如系统发生短路故障或发电机存在潜在故障等故障都会导致全船失电。对于船舶、人员生命和环境来说高风险运行的动力定位船，必须想尽一切办法避免断电。长期以来，国内在DP2/DP3闭环电力系统涉及的诸多技术问题上一直处于探索阶段，没有成熟应用案例可供参考，尤其是闭环电力系统的保护设计方案，一直是系统设计的核心难题。

发明内容

本发明是针对船舶动力定位采用闭环电力运行系统对电力系统保护需求提高的问题，提出了一种基于闭环船舶电力系统的保护设计方法，电力系统发生单点故障、隐藏故障等故障时，能快速将故障隔离，杜绝故障蔓延，保证其余电力系统正常供电，船舶能在任何情况下保持位置。

本发明的技术方案为：一种基于闭环船舶电力系统的保护设计方法，将电力系统划分为若干个区域，每个区域包括1台发电机、1台推进器或加上1台用电设备，每一个区域具有独立的检测和保护方案；每个区域对一个母线段，每个母线段通过母联断路器CB_hR、CB_iL与其左侧母线段相连接，通过母联断路器CB_iR、CB_iL与其右侧母线段相连接；每个母线段上对应发电机、推进器和用电设备与母线连接段分别有的发电机断路器、推进变压器断路器以及主变压器断路器；母联电力系统短路保护配置如下:

其中t₁为推进或主变压器支路保护动作时间整定值；t₂为母联方向比较式纵联保护动作时间整定值；发电机定时限过电流保护动作时间整定值为t₁+Δt；母联定时限过电流保护时间整定值可设为t₁+2Δt；同时，为满足母联方向比较式纵联保护先于定时限过电流保护动作，有关系t₂t₁+2Δt。

所述发电机调速器故障监测和故障判定：

基于投票系统，通过搭建的内部发电机模型，不断比较模型的负荷分配设定点和计算得出的估算值与系统的实际测量的有功功率、转速、齿条位置和电网频率之间的偏差，实时监测每台发电机所在的配电板的相关参数状态以及其他发电机保护装置的状态；发电机保护装置根据电力系统分配数据采用下垂特性或恒频特性时进行发电机调整，如果此时系统实测参数不符合内部发电机模型，发电机保护装置将状态信号发送给能量管理系统发出报警信号并启动备用发电机组，并将此时评估的发电机有功功率及电网频率送至内部调速器故障模型进行判定，如果评估数据和实测参数之间的偏差超过调速器故障模型规定的限制，发电机保护装置将发出发电机断路器脱扣指令或发出母联跨接断路器脱扣指令；