摘 要

随着科技的发展，人们可以通过科考船来进行对海洋的研究。小型科考船在运行过程中全船的用电设备都由船舶电力系统提供，船舶电力系统的稳定性在一定程度上决定了小型科考船运行的稳定性。所以对船舶电力系统进行设计很有必要。

本文进行设计时，首先运用需要系数法对全船的用电负荷进行了计算，根据计算结果进行了与之相适配的发电机的选型。选择了2台柴油发电机与2台轴带发电机作为电源，以满足船舶在各种工况下的需求。发电机产生的电能通过电网才能送到用电负载，所以进行了船舶电网的设计，绘制了一次系统单线图，使电能传输变得高效。配电设备是分配电能的设备，通过规定完成了配电设备的设计。在船舶运行过程中会出现短路故障，为了保护用电设备，需进行对短路电流的计算。本文根据短路电流计算结果选择了相应的断路器用来保护用电设备。除了短路故障还会出现其它类型的故障，本文按时间整定原则运用选择性保护的方法进行了继电保护与协调分析。最后对船舶电网常见4种故障利用Matlab进行了故障仿真，根据结果可以判断故障类型，从而解决故障。

关键词：负荷计算；需要系数法；短路电流计算；继电保护；故障仿真

ABSTRACT

With the development of science and technology, people can study the ocean by means of scientific research ships. During the operation of small-scale scientific research ship, the electrical equipment of the whole ship is provided by the power system of the ship. The stability of the power system of the ship determines the stability of the operation of small-scale scientific research ship to a certain extent. So it is necessary to design the ship power system.

In this paper, first of all, the demand coefficient method is used to calculate the electrical load of the whole ship. According to the calculation results, the appropriate generator is selected. Two diesel generators and two shaft generators are selected as the power supply to meet the needs of the ship in various working conditions. The power generated by the generator can only be sent to the load through the grid, so the design of the ship grid is carried out, and the single line diagram of the primary system is drawn to make the power transmission more efficient. Distribution equipment is a kind of equipment that distributes electric energy. The design of distribution equipment is completed by regulations. In order to protect the electrical equipment, it is necessary to calculate the short circuit current. According to the calculation results of short circuit current, the corresponding circuit breaker is selected to protect the electrical equipment. In addition to short-circuit fault, there will be other types of fault. In this paper, according to the principle of time setting, selective protection method is used for relay protection and coordination analysis. Finally, four kinds of common faults in marine power grid are simulated by MATLAB. According to the results, the fault types can be determined to solve the fault.

Keywords: Load calculation；demand factor method；short circuit current calculation； relay protection； fault simulation

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文主要研究内容 3

第二章 船舶电源的设计 4

2.1 负荷计算 4

2.1.1 计算方法 4

2.1.2 计算结果 5

2.2 电源选择 6

2.2.1电源选择原则 6

2.2.2 电源选择 6

2.3 本章小结 9

第三章 船舶电网设计 10

3.1 供配电网络设计 10

3.1.1主接线 10

3.1.2 配电方式 10

3.1.3 电网划分 11

3.1.4 一次系统设计 12

3.2 配电装置设计 13

3.3 本章小结 14

第四章 短路计算及器件选择 15

4.1 短路计算点的选取 15

4.1.1 短路计算参数 16

4.2 短路计算结果和选用的断路器数据汇总 19

4.2.1 断路器的选用 20

4.3 本章小结 20

第五章 船舶继电保护设计 21

5.1 继电保护整定 21

5.1.1保护装置基本要求 21

5.1.2 保护整定内容 21

5.2 继电协调保护 23

5.2.1 继电协调保护依据 23

5.2.2 保护协调内容 23

5.2.3 保护协调分析 27

5.3 本章小结 29

第六章 船舶电力系统故障仿真 30

6.1 故障仿真 30

6.1.1 单相接地故障 30

6.1.2 两相短路故障 32

6.1.3 两相接地故障 33

6.1.4 三相短路故障 35

6.2 本章小结 36

第七章 总结与展望 37

7.1 总结 37

7.2 展望 37

参考文献 38

致谢 40

附录 41

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

随着世界科技的不断发展，人们对海洋探索的热情也愈来愈高，海洋有丰富的矿产资源以及科研价值。要想在对海洋探究就离不开科考船，科考船是人类对海洋进行探索的重要工具。自从《国际海洋法公约》生效之后，率先发现资源便可拥有开采权力，这无疑会促使各国进行科考船的建造，带来的深海竞争也在所难免。

我国所建造的新一代科考船“科学”号目前属于世界先进行列。“科学”号总吨位4711吨，总长99.8米，型宽17.8米，最大航速可达15.875节，船上配备了多领域、多学科的先进设备。“科学”号可进行地质检测，海洋环境探测，深海技术装备实验等任务。与“科学”号同为我国的先进科考船还有大洋一号与海洋六号。大洋一号主要进行的是矿产资源的探测和大陆架的勘察任务。海洋六号主要进行的是可燃冰的勘测。它们都为中国的大洋事业做出了不可磨灭的贡献。