船舶低压直流电力系统选择性保护设计技术要求

ICS号

中国标准文献分类号

团体标准

标准编号

船舶低压直流电力系统选择性保护设计

技术要求

Requirementsforselectiveprotectiondesignofship

LVDCpowersystem

（征求意见稿）

20XX-XX-XX发布2022-XX-XX实施

中国电源学会发布

T/CPSSXXXX-YYYY

前言

本文件按照GB/T1.1—2020给出的规则起草。

本文件由中国电源学会提出并解释。

本文件起草单位：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，清华四川能源互联网研究院，上海海事

大学。

本文件主要起草人：刘佳彬，杨超，李威，杨璇，姚大伟，包维涵，姚刚，高迪驹。

本文件为首次发布。

II

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船舶低压直流电力系统选择性保护设计技术要求

1范围

本文件规定了船舶低压直流电力系统的短路选择性保护设计方法。

本文件适用于采用双极、单极对称等浮地接线方式的船舶低压直流电力系统，不适用于陆用低压直

流电力系统/电网或机车直流电力系统。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本文件的规范性引用而成为本文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后

所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版

本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB13539.1—2008低压熔断器第1部：基本要求

GB/T35715-2017船舶直流电力系统短路电流计算方法

GB/T35719-2017船舶中压直流电力系统通用要求第4-7部分：保护

DL/T5044-2014电力工程直流电源系统设计技术规程第5.1部分：保护

中国船级社钢质海船入级规范-2021-第4篇

中国船级社船舶电力系统过电流选择性保护指南

GD06-2020直流配电电力推进系统检验指南

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

换流器Converter

换流器是由单个或多个换流桥组成的进行交、直流转换的设备，也叫变换器/变流器。

3.2

电力电子变换器PowerElectronicConverter

采用功率半导体器件对电能进行电压、电流、频率控制的大功率换流器。

3.3

船舶低压直流电力系统Ship’sLVDCpowersystem

以低压(1000V以下)直流电力电子变换器，通过双极或单极对称式伏地接线方式形成的共直流母线

式直流电力系统。

3.4

不控整流器UncontrolledRectifier

电力电子变换器的一种，采用功率二极管为电能变换器件的整流设备。

3.5

电流源型换流器Line-commutedConverter

电力电子变换器的一种，由可关断器件实现换流功能，直流侧储能元件为电抗器的换流器，输出电

压不可控。

3.6

电压源型换流器VoltageSourceConverter

电力电子变换器的一种，为三相桥式接线的全控型换流器，由集中的直流电容器或换流器各桥臂内

的多个分散式直流电容器提供平滑的直流电压，输出电压可控。

1

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3.7

逆变器Inverter

将直流电转换成交流电的换流器。

3.8

整流器Rectifier

将交流电转换成直流电的换流器。

3.9

直流变换器DC-DCConverter

电力电子变换器的一种，是将一种直流电源变换成另一种具有不同输出特性的直流电源的换流器，

也叫直流-直流变换器。

3.10

锂电池组Lithium-BatteryModule

由多个锂电池单体通过串并联形成的电池模组。

3.11

超级电容Supercapacitor

通过电化学反应储存和释放电能的储能型电容器。

3.12

直流固态断路器DCSolidBreaker

用于检测直流短路故障并开断故障的直流回路的断路器，结合了电力电子器件的控制，可在微秒级

时间内完成开断，保护整个直流回路，也叫固态开关。

3.13

快速熔断器Quick-ActingFuse

一种主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护的熔断器。

3.14

瞬时保护InstantaneousProtection

断路器无任何人为延迟动作的保护动作，一般用于短路保护。

3.15

短延时保护Short-timeDelayProtection

断路器在短延时结束后开始的保护动作，其动作时限可选用定时限或反时限，也可选用根据保护需

要调整的策略。

3.16

长延时保护Long-timeDelayProtection

断路器在长延时结束后开始的保护动作，一般用于过载/过电流的反时限保护，动作电流和延时时

间可调。

4符号、代号和缩略语

下列符号、代号和缩略语适用于本文件。

UCR：不控整流器（UncontrolledRectifier）

LLC：电流源型换流器（Line-commutedConverter）

VSC：电压源型换流器（VoltageSourceConverter）

INST：瞬时保护（InstantaneousProtection）

STD：短延时保护（Short-timeDelayProtection）

LTD：长延时保护（Long-timeDelayProtection）

5基本规定

5.1一般要求

2

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5.1.1船舶低压直流电力系统选择性保护应具有合适的可靠性、选择性、灵敏性，设计船舶低压选择

性保护方案时，应该满足以下要求：

a)船舶低压直流配电区域发生任何短路故障，向直流配电区域供电的可控型整流器和直流变换器

应迅速闭锁；

b)船舶低压直流配电支路发生任何短路故障，非故障支路在45s内恢复供电；

c)直流汇流排发生故障，母联保护装置应首先动作，保证非故障舷正常供电；直流汇流排所连接

的所有具有向直流汇流排持续馈入短路电流能力的支路，其熔断器应当熔断，切除并隔离故障

回路，非故障支路维持正常供电；

d)直流配电区域和直流配电支路发生任何短路故障后，直流汇流排上短路电流不超过其动稳定性

要求；

e)直流配电区域和直流配电支路发生任何短路故障后，不会引起明火；

f)直流配电区域和直流配电支路发生任何短路故障后，非故障支路所连接的半导体变换器不会因

电压跌落过大而闭锁；

5.1.2船舶低压直流电力系统选择性保护不应因船舶负荷波动引起误动作。

5.1.3根据基于直流固态断路器和基于快速熔断器，采用不同的选择性保护设计方法。

5.1.4若采用除此以外的直流短路保护装置，其选择性保护设计方法也应该满足同样的保护要求。

5.2短路计算

船舶低压直流电力系统的短路电流计算应满足GB/T35715-2017的要求。

5.3故障记录

船舶低压直流电力系统的故障记录应满足GB/T14285的要求。

5.4时钟与同步

船舶低压直流电力系统的时钟与同步应满足GB/T14285的要求。

6基于快速熔断器的短路选择性保护设计

6.1一般要求

用于选择性保护的快速熔断器，应按照如下原则进行选用：

a)熔断器熔体的选择要照顾到上、下级保护的配合，以满足选择性保护要求；

b)快速熔断器上一级熔体的熔断电流应当至少为下一级熔体熔断电流的1.6倍；

c)下一级熔体的熔断时间应小于上一级熔体的熔断时间；

d)采用熔断器作为保护装置时，预期熔断时间应采用毫秒级别。

6.2电力电子变换器区域保护设计

电力电子变换器应在发生故障时根据预设的保护时间和电流阈值对自身进行闭锁。

6.3电力电子变换器外部区域保护设计

6.3.1各个变换器外部区域应根据故障是否在区域中、区域中设备特点分别进行保护。

6.3.2当变换器外部区域为交流电源或交流用电系统时，应当按照中国船级社《船舶电力系统过电流

选择性保护指南》进行保护配置和整定。

6.4直流配电区域保护设计

6.4.1整流器及其与下级间的选择性保护

6.4.1.1当整流器出口熔断器与下级熔断器之间发生短路故障时，保护该整流器的熔断器应熔断。

6.4.1.2熔断器弧前焦耳积分按照小于所保护整流器自身送出短路电流的能量进行整定，同时避开下

级熔断器的熔断时间。

6.4.2直流汇流排间的选择性保护

3

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6.4.2.1多段直流汇流排之间应采用隔离开关作为联络开关。

6.4.2.2在联络开关处设置直流保护装置，该保护处于整流器及其下级间选择性保护的下一级。

6.4.2.3建议采用直流固态断路器或通过试验验证的快速熔断器母联保护作为联络开关处直流保护装

置。

6.4.2.4采用固态断路器和快速熔断器时，直流汇流排之间选择性保护的配置要求如下：

a)选用母联快速熔断器保护方案，应选取其所连接两汇流排处分别发生短路时短路电流较小的一

侧的短路电流焦耳积分值作为快速熔断器参数选择的依据，同时避开下级熔断器的熔断时间。

b)选用母联直流固态断路器保护方案时，当任意侧母排及其所连直流支路发生短路或类似故障

时，母联固态断路器应当首先动作，各汇流母排上的快速熔断器再在其各自的熔断曲线配合之

下实现母排上的选择性保护。

c)选用母联直流固态断路器保护方案时，应选取联络线所连接两汇流排处分别发生短路时短路电

流较小的一侧的短路电流值作为固态断路器参数选择的依据。同时为了实现选择性，动作时间

则应按照小于系统中最下级熔断器的最小预期熔断时间整定。

6.4.3直流汇流排与其下级之间的选择性保护

6.4.3.1直流汇流排与其下级之间的快速熔断器保护应按照其所保护支路内、外的短路能量确定。

6.4.3.2该支路内部短路时，快速熔断器应熔断；支路外部短路时，快速熔断器不应熔断。

6.5快速熔断器动作时间设定

6.5.1保护动作时间和动作电流应当考虑以下因素进行整定：

a)电力电子器件承受过电流应不超过额定值的2倍；

b)直流汇流排间母联保护装置的动作时间应小于电力电子变换器动作时间，小于直流配电区域各

支路熔断器熔断的时间；

6.5.2快速熔断器保护的具体动作时间应由其熔断参数和系统在短路故障中的能量积累决定。

6.5.3应根据船舶直流电力系统的时间常数具体分析并确定预期动作时间。

6.5.4保护的选择性由不同工况下流过熔断器焦耳积分曲线间的配合实现。

6.5.5应取一定的时间裕度确定熔断器的预期熔断时间。

6.6快速熔断器选型原则

选择合适的直流熔断器，主要是确定如下几个参数：额定电压、额定电流、弧前焦耳积分（I2t）、

额定分断能力。在选用熔断器时应考虑以下原则：

a)系统电压的最大值不得超过熔断器额定电压的1.1倍。

b)根据直流系统的最大负荷电流，选择熔断器的额定电流。若单个熔断器的额定电流较小，也可

采用多个相同型号熔断器并联的形式。

c)为匹配被保护设备，应保证熔断器的弧前焦耳积分小于设备的焦耳积分值。

熔断器应能分断系统中存在的最大预期短路电流。根据船舶直流电力系统短路电流计算方法，计算

在选择性保护所设计的最长保护动作时间内，保护区域中所预期出现的最大短路电流，用该最

大预期短路电流校验直流熔断器是否合适，熔断器的额定分断电流应不小于所保护区域的最大

预期短路电流。

4

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附录A

（资料性）

基于快速熔断器的短路选择性保护整定方法汇总

基于快速熔断器的短路选择性保护配置原则、配置时间、配置方案的总结，对直流配电区域所配置

选择性保护的整定方法汇总如表1。

表A.1基于快速熔断器的短路选择性保护整定汇总

保护区域保护装置动作阈值动作时间

范围Idc≤2p.u.

电力电子变换器V1~V8速动

整定值Idc=2p.u.

发电机

变换器外各区域根据《船舶电力系统过电流选择性保护指南》自行

推进电机

部区域确定

日用交流负载

根据支路外部短路能量及下级保护动作时间

整流器至下级F1~F4

确定

直流配电

根据短路电流较小的汇流排短路能量及下级

网络区域直流汇流排间F9

保护动作时间确定

直流换流排至下级F5~F8根据内、外部短路能量确定

当直流配电网络区域中发生图8中Fault1~Fault3所示的3种短路故障时，区域内各快速熔断器（每段

馈线上正负极配置一致，视为同一快速熔断器）的预期动作情况如下：

a)发生短路故障Fault1（负载端馈线短路）时，最后一级保护F8在到达弧前焦耳积分后熔断，

隔离故障点。实现选择性保护。

b)发生短路故障Fault2（电源端馈线短路）时，最后一级保护F5~F8、第二级保护F9未达到熔

断能量，均不动作，第一级保护F1在达到弧前焦耳积分后熔断，隔离故障点。实现选择性保

护。

c)发生短路故障Fault3（母线短路）时，最后一级保护F5~F8未达到熔断能量，不动作，第二级

保护F9在达到弧前焦耳积分后熔断，隔离故障舷；第一级保护F1、F2在达到弧前焦耳积分

后熔断，隔离故障点。实现选择性保护。

5

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V2V3

V1V4

F1F4

F2F3

Fault2

Fault3F9

Fault1

F7F5F6F8

V5V6

LCLLCL

V7V8

MM

图A.1基于快速熔断器的船舶低压直流电力系统选择性保护配置

6

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目次

前言................................................................................II

1范围.............................................................................1

2规范性引用文件...................................................................1

3术语和定义.......................................................................1

4符号、代号和缩略语................................................................2

5基本规定.........................................................................2

5.1一般要求........................................................................2

5.2短路计算........................................................................3

5.3故障记录........................................................................3

5.4时钟与同步......................................................................3

6基于快速熔断器的短路选择性保护设计...................................................3

6.1一般要求........................................................................3

6.2电力电子变换器区域保护设计......................................................3

6.3电力电子变换器外部区域保护设计..................................................3

6.4直流配电区域保护设计............................................................3

6.5快速熔断器动作时间设定..........................................................4

6.6快速熔断器选型原则..............................................................4

附录A(资料性)基于快速熔断器的短路选择性保护整定方法汇总.............错误!未定义书签。

I

T/CPSSXXXX-YYYY

船舶低压直流电力系统选择性保护设计技术要求

1范围

本文件规定了船舶低压直流电力系统的短路选择性保护设计方法。

本文件适用于采用双极、单极对称等浮地接线方式的船舶低压直流电力系统，不适用于陆用低压直

流电力系统/电网或机车直流电力系统。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本文件的规范性引用而成为本文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后

所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版

本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB13539.1—2008低压熔断器第1部：基本要求

GB/T35715-2017船舶直流电力系统短路电流计算方法

GB/T35719-2017船舶中压直流电力系统通用要求第4-7部分：保护

DL/T5044-2014电力工程直流电源系统设计技术规程第5.1部分：保护

中国船级社钢质海船入级规范-2021-第4篇

中国船级社船舶电力系统过电流选择性保护指南

GD06-2020直流配电电力推进系统检验指南

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

换流器Converter

换流器是由单个或多个换流桥组成的进行交、直流转换的设备，也叫变换器/变流器。

3.2

电力电子变换器PowerElectronicConverter

采用功率半导体器件对电能进行电压、电流、频率控制的大功率换流器。

3.3

船舶低压直流电力系统Ship’sLVDCpowersystem

以低压(1000V以下)直流电力电子变换器，通过双极或单极对称式伏地接线方式形成的共直流母线

式直流电力系统。

3.4

不控整流器UncontrolledRectifier

电力电子变换器的一种，采用功率二极管为电能变换器件的整流设备。

3.5

电流源型换流器Line-commutedConverter

电力电子变换器的一种，由可关断器件实现换流功能，直流侧储能元件为电抗器的换流器，输出电

压不可控。

3.6

电压源型换流器VoltageSourceC