[發明專利]用于動態定位船舶的電力系統的故障保護系統

有效

• 申請號: 201310133027.3
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103378584A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: R.B.安德森;S.布利斯塔德;I.豪卡斯;G.科尼希;D.拉丹;S.O.塞特姆斯達爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 殷瑞劍;盧江

技術領域

本發明涉及動態定位船舶的電力系統的故障保護系統、動態定位船舶的電力系統、以及對應的方法。

背景技術

可以為例如半潛式潛艇、鉆井船、漂浮式生產存儲和卸貨（FPSO）船舶之類的漂浮船舶提供動態定位系統。這樣的動態定位船舶可以使用電驅動的螺旋槳（即電推進器）來在油和氣鉆探操作、站臺保持、下錨、港口機動等等期間保持位置。對于其中存在原油污染、生命損失、碰撞等增加風險的特定類型的操作，必須確保船舶的位置得以保持以便最小化這些風險。因此，為動態定位船舶的推進器供應電力的電力系統的完整性和失效防護操作就特別重要。

船舶可以被分類成不同的類別，比如DP2（動態定位2）、DP3等等。例如鉆井操作之類的高風險操作或其他船舶的逼近例如可能需要對于特定船舶類別有特定操作模式。為了確保組件的失靈不會導致動態定位船舶的電力系統完全斷電，在這樣的高風險操作模式下需要把電力系統劃分成幾個部分（例如2到4個）。電力系統的每一個部分位于一個單獨的引擎艙內，各引擎艙通過防火且防水的墻壁隔離開。在這樣的高風險操作期間，例如通過斷開由被稱為匯流條連接（bus?tie）的電纜提供的連接而將電力系統的各部分電隔離。對于每個電力系統部分必須有一臺或多臺連接發電機的引擎在運行，以便為所連接的負載（例如推進器的電動機）供應電力。因此，在僅有三個部分的系統中，大多數時間將有三臺、四臺或更多臺引擎在運行，其數目將隨著電力系統部分的數目而增加。

所述引擎通常將在相對較低的功率輸出下運行，其中這些引擎在低操作范圍內的具體燃料消耗通常更高。因此，這樣的電力系統的燃料消耗與其中電力系統的各部分可以電連接的操作模式相比較高，使得例如只需要有兩臺發電機分別都操作在更高負載下。

除了會增加燃料消耗和CO2排放之外，在降低的負載下并行地運行幾臺引擎的做法可能還會導致燃燒室內的煙灰堆積、發電機組的操作時長增加并且從而導致維護成本更高。由于各臺引擎在大多數時間都將運行，因此斷電的風險也會增大。

利用互連的電力系統部分（即利用連接的匯流條連接）來操作這樣的系統通常是不可能的，這是因為例如短路或發電機失效之類的故障通常將導致船舶電力系統的完全斷電。這樣的斷電將導致船舶位置的丟失，這可能是有害的；還可能導致溢油或生命損失。因此希望改進動態定位船舶的此類電力系統，并且實現為發電機供電的引擎的降低的燃料消耗和更高效率的操作。此外還希望在高風險操作期間保持這樣的燃料高效操作，同時又不會損害電力系統的完整性和安全操作。

發明內容

相應地，需要改進動態定位船舶的電力系統的操作，并且特別需要在保持這樣的電力系統的操作安全性的同時減少船舶的燃料消耗。

這一需求通過獨立權利要求的特征而得以滿足。從屬權利要求則描述了本發明的實施例。

根據本發明的一方面，提供動態定位船舶的電力系統的一種故障保護系統。所述電力系統被分成兩個或更多電力系統部分，其中的每個都包括配電總線的總線部分。各總線部分通過匯流條連接而以環狀配置連接。每一個電力系統部分都包括兩個或更多電力系統子部分。每一個電力系統子部分都包括配電總線的總線子部分，其中同一電力系統部分的各總線子部分通過一個或多個總線耦合器相連，從而形成相應的總線部分。每一個總線部分都包括去到發電機的連接和去到動態定位船舶的推進器驅動器的連接。所述故障保護系統包括故障隔離系統，其對于每一個電力系統部分包括用于斷開由匯流條連接提供的連接的匯流條連接斷路器，以及用于斷開由一個或多個總線耦合器提供的連接的一個或多個總線耦合器斷路器。所述故障隔離系統被配置成實施用于操作至少所述匯流條連接斷路器和總線耦合器斷路器的差動過電流保護方案。所述故障保護系統還包括發電機過渡（ride?through）系統，其對于每一個總線部分包括用于耦合到相應的總線部分的發電機的激勵限制器。所述發電機過渡系統被適配成在故障發生時限制提供到發電機的激勵場電流。所述故障保護系統還包括推進器驅動器過渡系統，其被配置成在故障發生時為每一個總線部分的推進器驅動器的可變頻率驅動器（VFD）的DC總線提供電能，從而將DC總線上的電壓保持高于預定電壓閾值。所述故障保護系統被配置成使得在電力系統中發生故障時隔離所述故障，這是通過使其中發生故障的電力系統的組件跳閘和/或斷開故障位于其中的電力系統子部分中的一個或多個斷路器而實現的。此外，其還被配置成通過令其余的匯流條連接斷路器和總線耦合器斷路器閉合而繼續電力系統的操作。