船舶电力系统过电流选择性保护的设计【字数：8753】
摘 要 本课题来源于常熟瑞特电气股份有限公司，是校企合作的课题。过电流故障是船舶电气装置中的常见故障，由此可能导致全船失电，船舶失去操纵能力，直至发生船舶碰撞和产生火灾的严重后果。短路是船舶电力系统常见且对电力系统破坏最严重的过电流故障之一，本课题通过计算电力系统短路电流，进行船舶电力系统保护设计，以有效降低事故的影响和停车风险，从而最大限度地保证船舶电站的正常运行，确保船舶的安全航行。本次船舶电力系统保护设计依据中国船级社发表的《船舶电力系统过电流选择性保护指南》，以及在工厂实际情况，进行船舶的保护设计。工厂中已经提供了相应的电路图与具体数据，本课题的船舶交流电力系统以一艘消防船为例，采用AC690V，50Hz，三相三线，电源配置3台主发电机，1台停泊发电机。根据所给资料，通过计算出短路电流来选择所需要的断路器，根据保护指南的相应要求和数据对断路器进行设置与整定；随后进行协调性的分析，并使用仿真软件绘制出断路器时间—电流特性曲线图，从而实现船舶上下级之前的保护，在滿足选择性保护的前提下，尽可能快地切断故障电路，从而减少对电 力系统的影响和发生火灾的危险。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2 船舶电力系统保护的国内外研究现状 1
1.3 本次毕业设计的主要内容 2
2.船舶电力系统简介 3
2.1船舶电力系统 3
2.2计算的工况及假设 4
3.消防船短路电流的计算 6
3.1 短路电流计算的基本假设 6
3.2 短路电流计算 6
3.2.1计算依据数据表 6
3.2.2短路电流计算结果 8
4.保护器件的选择 10
4.1断路器 10
4.1.1断路器的工作原理 10
4.1.2断路器类型 10
4.2断路器的选择 11
4.2.1断路器选择的要求与参数 11
4.2.2 两种工况选择的断路器 11
5.系统各级断路器的整定与协调分析 14
5.1 一般要求? *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
14
5.2 整定的过程与结果 14
5.3电力系统有关各级保护电器协调动作分析及时间—电流特性曲线 18
5.3.1 协调分析按时间原则实现各级之间的短路选择性保护 18
5.3.2 各级断路器协调动作的时间—电流特性曲线 20
结 语 27
参考文献 28
致 谢 30
1.绪论
1.1课题研究的背景及意义
过电流故障是船舶电气装置中的常见故障，由此可能导致全船失电，船舶失去操纵能力，直至发生船舶碰撞和产生火灾的严重后果。航行在海、河中的船舶，相当于运动着的陆上小城镇。与陆上电力系统一样，在船舶电力系统的过电流保护中，广泛使用了各种保护电器，熔断器和断路器是船舶电力系统中常用的保护电器。电力系统的过电流选择性保护有过载选择性保护和短路选择性保护之分。一般情况下，上级馈电线保护电器定额均可达其下一级馈电线保护电器定额的好几倍，过载选择性保护大多可实现。过电流故障是船舶电气装置中的常见故障，过电流选择性保护的设计对于保障船舶配电系统可靠供电有着十分重要的作用。短路是船舶电力系统常见且对电力系统破坏最严重的过电流故障之一，本课题通过计算电力系统短路电流，进行船舶电力系统保护设计，以有效降低事故的影响和停车风险，从而最大限度地保证船舶电站的正常运行，确保船舶的安全航行。
1.2 船舶电力系统保护的国内外研究现状
船舶研发与制造技术在一定程度上可以反映出一个国家的综合国力，随着经济的不断发展，世界各国之间的经济贸易也日趋频繁，船舶制造业随之蓬勃发展，全球航运与贸易公司对超大型集装箱船和超大型油轮的需求不断增加，向超大规模方向发展海运已成为一大趋势。随着科学技术的不断发展与进步，船舶制造与研发逐渐朝着多功能化、节能化的方向发展，许多相关的船舶企业与研究单位已经开始将研究重点逐步转移到面向船用控制等相关设备方面。船舶电力系统过电流选择性保护主要以电流原则和时间原则配合的三段式保护为基础，但是国内外在保护设计思想和保护装置性能方面存在一定差异。随着船舶电力系统的发展，传统的继电保护方式已经不能完全满足要求，近年来出现一些新型保护方式，有效的提高了保护性能，在船舶电力系统保护方面，今后的研究和发展方向可能有：
电力电子型和非线性阻抗新材料型限流器的工程实用化和配置方式；依靠数字继电器和网络通讯技术实现自适应电流保护，在线整定保护设备参数等。
1.3 本次毕业设计的主要内容
本课题的船舶交流电力系统以一艘消防船为例，采用AC690V，50Hz，三相三线，电源配置：3台主发电机，1台停泊发电机。通过短路电流的计算，常用保护电器的选择，系统各级保护电器的设置及其整定值，使用仿真软件绘制出断路器时间—电流特性曲线图，以电流原则和时间原则配合的三段式保护为基础，从而实现船舶上下级之间的保护。
2.船舶电力系统简介
2.1船舶电力系统
船舶电力系统主要由电源，配电装置，电力网和负载组成。本课题的船舶电力系统为AC690V, 50Hz,三相三线。电力供应配置：三台1500kw主发电机，一台120kw停泊发电机，两台变压器，电力系统单线图如图21所示，此图描述了本次所设计保护的消防船电力系统的主要组成部分：右侧推进器/消防泵变频器，艏侧推变频器，组装式空调装置，AC380V电力分电箱，组合启动器，驾控台220V分电箱。本次设计主要针对主发电机ACB与690V汇流排引出分路之间，主发电机ACB与TM变压器初级ACB之间，TM变压器初级ACB与400V汇流排引出分路之间，TM变压器初级ACB与TL变压器初级MCCB之间，TL变压器初级MCCB与下一级MCCB之间的上下级保护。
图21电力系统单线图/
2.2计算的工况及假设
船舶在运行与停泊时，所需要的供电截然不同。因此，本次设计保护的消防船在运行时由三台1500kw主发电机进行供电，假设运行时为工况一。船舶在停泊时，由一台120kw的停泊发电机进行供电，假设停泊时为工况二。工况一的电力单线图如图22所示。工况二的电力电线图如图23所示。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2 船舶电力系统保护的国内外研究现状 1
1.3 本次毕业设计的主要内容 2
2.船舶电力系统简介 3
2.1船舶电力系统 3
2.2计算的工况及假设 4
3.消防船短路电流的计算 6
3.1 短路电流计算的基本假设 6
3.2 短路电流计算 6
3.2.1计算依据数据表 6
3.2.2短路电流计算结果 8
4.保护器件的选择 10
4.1断路器 10
4.1.1断路器的工作原理 10
4.1.2断路器类型 10
4.2断路器的选择 11
4.2.1断路器选择的要求与参数 11
4.2.2 两种工况选择的断路器 11
5.系统各级断路器的整定与协调分析 14
5.1 一般要求? *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
14
5.2 整定的过程与结果 14
5.3电力系统有关各级保护电器协调动作分析及时间—电流特性曲线 18
5.3.1 协调分析按时间原则实现各级之间的短路选择性保护 18
5.3.2 各级断路器协调动作的时间—电流特性曲线 20
结 语 27
参考文献 28
致 谢 30
1.绪论
1.1课题研究的背景及意义
过电流故障是船舶电气装置中的常见故障，由此可能导致全船失电，船舶失去操纵能力，直至发生船舶碰撞和产生火灾的严重后果。航行在海、河中的船舶，相当于运动着的陆上小城镇。与陆上电力系统一样，在船舶电力系统的过电流保护中，广泛使用了各种保护电器，熔断器和断路器是船舶电力系统中常用的保护电器。电力系统的过电流选择性保护有过载选择性保护和短路选择性保护之分。一般情况下，上级馈电线保护电器定额均可达其下一级馈电线保护电器定额的好几倍，过载选择性保护大多可实现。过电流故障是船舶电气装置中的常见故障，过电流选择性保护的设计对于保障船舶配电系统可靠供电有着十分重要的作用。短路是船舶电力系统常见且对电力系统破坏最严重的过电流故障之一，本课题通过计算电力系统短路电流，进行船舶电力系统保护设计，以有效降低事故的影响和停车风险，从而最大限度地保证船舶电站的正常运行，确保船舶的安全航行。
1.2 船舶电力系统保护的国内外研究现状
船舶研发与制造技术在一定程度上可以反映出一个国家的综合国力，随着经济的不断发展，世界各国之间的经济贸易也日趋频繁，船舶制造业随之蓬勃发展，全球航运与贸易公司对超大型集装箱船和超大型油轮的需求不断增加，向超大规模方向发展海运已成为一大趋势。随着科学技术的不断发展与进步，船舶制造与研发逐渐朝着多功能化、节能化的方向发展，许多相关的船舶企业与研究单位已经开始将研究重点逐步转移到面向船用控制等相关设备方面。船舶电力系统过电流选择性保护主要以电流原则和时间原则配合的三段式保护为基础，但是国内外在保护设计思想和保护装置性能方面存在一定差异。随着船舶电力系统的发展，传统的继电保护方式已经不能完全满足要求，近年来出现一些新型保护方式，有效的提高了保护性能，在船舶电力系统保护方面，今后的研究和发展方向可能有：
电力电子型和非线性阻抗新材料型限流器的工程实用化和配置方式；依靠数字继电器和网络通讯技术实现自适应电流保护，在线整定保护设备参数等。
1.3 本次毕业设计的主要内容
本课题的船舶交流电力系统以一艘消防船为例，采用AC690V，50Hz，三相三线，电源配置：3台主发电机，1台停泊发电机。通过短路电流的计算，常用保护电器的选择，系统各级保护电器的设置及其整定值，使用仿真软件绘制出断路器时间—电流特性曲线图，以电流原则和时间原则配合的三段式保护为基础，从而实现船舶上下级之间的保护。
2.船舶电力系统简介
2.1船舶电力系统
船舶电力系统主要由电源，配电装置，电力网和负载组成。本课题的船舶电力系统为AC690V, 50Hz,三相三线。电力供应配置：三台1500kw主发电机，一台120kw停泊发电机，两台变压器，电力系统单线图如图21所示，此图描述了本次所设计保护的消防船电力系统的主要组成部分：右侧推进器/消防泵变频器，艏侧推变频器，组装式空调装置，AC380V电力分电箱，组合启动器，驾控台220V分电箱。本次设计主要针对主发电机ACB与690V汇流排引出分路之间，主发电机ACB与TM变压器初级ACB之间，TM变压器初级ACB与400V汇流排引出分路之间，TM变压器初级ACB与TL变压器初级MCCB之间，TL变压器初级MCCB与下一级MCCB之间的上下级保护。
图21电力系统单线图/
2.2计算的工况及假设
船舶在运行与停泊时，所需要的供电截然不同。因此，本次设计保护的消防船在运行时由三台1500kw主发电机进行供电，假设运行时为工况一。船舶在停泊时，由一台120kw的停泊发电机进行供电，假设停泊时为工况二。工况一的电力单线图如图22所示。工况二的电力电线图如图23所示。
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