CN101836342A - 特别用于连接动态定位的船舶中的发电机和推进器的电气开关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种向至少两个耗电设备(3.1至3.n)馈送来自至少两个电源(2.1至2.n)的电能的电气开关设备(1)，包括至少一个具有两个汇流排(7.1至7.n)的段(6.1至6.n)以及若干开关(8.1至8.n)，其中每个汇流排(7.1至7.n)都能够分别经由用于每个电源(2.1至2.n)的开关(8.1至8.n)之一连接到至少一个电源(2.1至2.n)，并且每个汇流排(7.1至7.n)都能够分别经由用于每个耗电设备(3.1至3.n)的开关(8.1至8.n)之一连接到所述耗电设备(3.1至3.n)中的每一个。

Description

特别用于连接动态定位的船舶中的发电机和推进器的电气开关设备
技术领域
本发明涉及一种用于冗余地连接动态定位的船舶(vessel)中的发电机和推进器的电气开关设备。此外，本发明还涉及一种使用这样的电气开关设备来冗余地连接动态定位的船舶中的发电机和推进器的方法。
背景技术
用于诸如海上石油钻探、修井(well intervention)以及石油生产之类的特殊任务的船舶可能需要以所谓的“动态定位”模式来工作。在该模式下，所述船舶必须借助于大量的推进器或螺旋桨对抗水流、风以及潮水来保持它们的位置。通常，这些推进器由电力发动机来提供电力。所需的电能由柴油发电机提供。柴油发电机和推进器通过包括汇流排系统的开关设备连接。分类规则(classification rule)要求这样动态定位的船舶具有高度冗余性，使得发电机、推进器或者汇流排的故障可以得到补偿并且该船舶保持其位置。在汇流排发生故障的最糟糕的情况下，连接到该汇流排上的所有发电机、推进器以及其它耗电设备退出，并且它们的任务必须由其它发电机、推进器以及耗电设备来承担。冗余性传统上通过例如安装多个具有所连接的推进器和发电机的汇流排段来实现。该普遍设计允许在汇流排故障的情况下断开多于一个的推进器或发电机。因此，所有推进器和发电机需要充分地过定额(overrated)工作，以便补偿连接到故障汇流排上的单元的损失。过定额工作导致更高的资金和营运开支以及不必要的污染。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进了的电气开关设备，用于向至少两个耗电设备馈送来自至少两个电源的电能。本发明的另一目的是提供一种用于运行这样的电气开关设备的方法。
所述目的通过根据权利要求1所述的电气开关设备和根据权利要求18所述的用于运行电气开关设备的方法来实现。
有利实施例是从属权利要求的主题。
根据本发明的电气开关设备用于向至少两个耗电设备馈送来自至少两个电源的电能。特别地，所述耗电设备包括推进器，用于驱动和/或操纵以动态定位模式工作的船舶。所述电源优选地设计为由燃烧电动机提供动力的发电机、诸如柴油发电机。所述电气开关设备包括至少一个具有两个汇流排的段以及若干开关。所述段的每个汇流排都可以分别经由用于每个电源的开关之一连接到至少一个所述电源。每个汇流排也可以分别经由用于每个耗电设备的开关之一连接到所述耗电设备中的每一个。当故障汇流排在至少一个所述段中被识别出来时，分别通过所述开关之一连接到该故障汇流排的所述耗电设备和/或所述电源可以从该故障汇流排断开并且分别通过另一所述开关重新连接到该段的另一汇流排。这可以通过适当地运行所述开关来实现。在所述电源分别连接到仅仅一个所述汇流排的情况下，所述电源之一必须在这种情况下承担全部负荷。因而，每个电源优选地可以连接到所述两个汇流排，使得该电源可以从故障汇流排断开并且重新连接到健全汇流排以及耗电设备。因而，需要推进器和发电机过定额工作的程度较低，从而避免额外的重量、空间要求并且费用保持得较低。所述柴油电动机可以被设计为具有较低的额定功率(rating)，这允许它们以几乎最佳的负荷来运行，因而减少营运费用和污染。可以将任何耗电设备和/或电源分配给两个汇流排，因而提供了更多的灵活性，以便例如在维修的情况下限制故障或规划断开的后果。
在优选实施例中，所述汇流排通过至少一个所述开关互连。这允许将故障汇流排的健全部分与其它汇流排重新连接，因而避免了健全汇流排中的高电流负荷一这种高电流负荷增加了故障风险。
在本发明的另一优选实施例中，设置至少两段。所述段之一的每个汇流排可以分别通过所述开关之一连接到所述段的至少一个另外的相邻段的至少一个汇流排。因而，所述段之一中部分故障的汇流排的健全部分可由相邻段的汇流排之一馈送电能。
所述耗电设备优选地包括主变压器，用于将变换过的电压馈送到所述推进器，尤其是经由变频器。因而，由所述电源提供的电压被变换为所述推进器或其它耗电设备所需要的电压。
所述耗电设备可以包括所述推进器所要求的至少一个辅助设备，诸如液压泵、润滑油泵等等。所述推进器和所述辅助设备经由所述开关之一共享到所述汇流排的相同连接。因而，所述推进器变为自主的，即独立于任何其它推进器或电源。
所述辅助设备可能需要用低于所述推进器的电压来提供电能。在这种情况下，从辅助变压器向所述辅助设备馈电。
所述辅助变压器优选地设置在所述主变压器的附近。这样，可以减少用于敷设电缆的投入，因而也减少了对于材料、时间、空间以及重量的要求，进而减少费用。在本发明的特别有利的实施例中，辅助变压器与主变压器整合在一起，因而进一步减少费用和空间。
这种整合可以通过主变压器具有四个线圈的形式来实现，其中一个线圈用作辅助变压器，而其它线圈用于将来自汇流排的电能馈送到推进器。
优选地，所述耗电设备可以通过被设计为通常闭合的接触的所述开关之一连接到所述汇流排之一。同时，所述耗电设备可以通过被设计为通常断开的接触的另一所述开关连接到另一个汇流排。因而，在对开关没有任何控制的情况下，实现如下情形：其中所述耗电设备、例如推进器连接到所述汇流排之一并且默认地从另一汇流排断开。
在本发明的另一优选实施例中，所述电源可以通过被设计为通常闭合的接触的所述开关之一连接到所述汇流排之一。因而，利用被动式开关控制定义默认连接。
优选地，所述电源可以通过被设计为通常断开的接触的另一所述开关连接到另一个所述汇流排。因而，所述电源默认地从另一汇流排断开。
可用于将一个段的汇流排互连的开关优选地被设计为通常断开的接触。因而，只有在识别出汇流排故障的情况下激活开关时，这些汇流排之间的连接才建立起来。默认这些汇流排是断开的。
用于将所述段之一的汇流排之一与该段的另一相邻段的汇流排之一相连接的开关优选地被设计为通常断开的接触。因而，只有在所述段之一中识别出汇流排故障的情况下激活开关时，这些相邻汇流排之间的连接才建立起来。默认这些汇流排是断开的。
所述开关可以被设计为断路器或者半导体部件。断路器提供默认位置(position)，因而具有当开关控制失灵时保持默认切换状态的优点。半导体通常比断路器快并且没有断路器损耗得快。
优选地在动态定位的船舶中应用所述开关设备，用于连接至少两个被设计为柴油发电机的电源和至少两个耗电设备，其中至少一个耗电设备包括推进器。因而，即使在汇流排、电源或耗电设备中的一个或多个发生故障的情况下，所述船舶也可以保持其位置，而不需要电源和推进器的高度过定额工作。
附图说明
现在参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1是连接电源和耗电设备的电气开关设备的示意图，
图2是连接电源和耗电设备的电气开关设备的另一实施例的示意图，以及
图3是包括主变压器、辅助变压器以及推进器的耗电设备的两个可替换配置的示意图。
具体实施方式
图1示出将若干电源2.1至2.8连接到若干耗电设备3.1至3.8的电气开关设备1的第一实施例的示意图。电源2.1至2.8被设计为由柴油燃料或柴油提供动力的柴油发电机。耗电设备3.1至3.8中的每一个都包括推进器4.1至4.8以用于动态地定位船舶(未示出)，例如用于诸如石油钻探之类的特殊任务的船舶。每个耗电设备3.1至3.8都包括主变压器5.1至5.8以用于使电源2.1至2.8提供的电压适配于推进器4.1至4.8的需要。主变压器5.1至5.8每个配备有四个绕组，所述绕组之一用作辅助变压器，以便为用于启动和操纵相应推进器4.1至4.8的相应辅助设备(未示出)供电。
电气开关设备1包括两段6.1，6.2，其中在段6.1中具有两个汇流排7.1，7.2，在段6.2中具有两个汇流排7.3，7.4。设置若干开关8.1至8.28，用于将电源2.1至2.8(开关8.1至8.8)和耗电设备3.1至3.8(开关8.9至8.24)连接到汇流排7.1至7.4以及从汇流排7.1至7.4断开，以及用于在每段6.1，6.2中互连汇流排对7.1，7.2(开关8.25)和7.3，7.4(开关8.26)，或者如果需要的话用于在段6.1，6.2之间连接相邻的汇流排对7.1，7.3(开关8.27)和7.2，7.4(开关8.28)。因而，每个耗电设备3.1至3.8都可以在各段6.1，6.2中分别连接到两个汇流排7.1至7.4。
例如，耗电设备3.1通过通常闭合的开关8.9连接到汇流排7.1。在汇流排7.1中识别出故障导致不能对耗电设备3.1供电的情况下，开关8.9断开，因而该耗电设备3.1与故障汇流排7.1断开。然后，该耗电设备3.1通过为通常断开的接触的开关8.17重新连接到相同段6.1的健全汇流排7.2上，以便重新获得电力供给。
断开和重新连接对于其它耗电设备3.2至3.8来说以类似方式工作。所有耗电设备3.1至3.8都可通过一个为通常闭合的接触的开关8.9，8.11，...，8.23连接到汇流排7.1至7.4之一，并且可通过一个为通常断开的接触的开关8.10，8.12，...，8.24连接到相同段6.1，6.2的另一汇流排7.1至7.4。每个电源2.1至2.8通过相应的为通常闭合的接触的开关8.1至8.8连接到汇流排7.1至7.4中的仅仅一个。在汇流排7.1至7.4之一发生故障的情况下，受影响的电源2.1至2.8可以与相应的汇流排7.1至7.4断开。
通常，各耗电设备3.1至3.8将同时与故障汇流排7.1至7.4断开，因此剩余的电源2.1至2.8必须承担已断开的耗电设备的负荷。当汇流排7.1至7.4之一中断并且仅部分损坏时，只有受到该故障部分影响的电源2.1至2.8和耗电设备3.1至3.8必须分别断开和/或重新连接。健全的汇流排7.1至7.4或者其部分还可以在相同段6.1，6.2中借助于为通常断开的接触的开关8.25，8.26连接到另一汇流排7.1至7.4，或者在另一段6.1，6.2中借助于为通常断开的接触的开关8.27，8.27之一连接到相应的相邻汇流排7.1至7.4。
图2示出将若干电源2.1至2.8连接到若干耗电设备3.1至3.8的电气开关设备1的另一实施例。该配置基本上与图1中的配置相同，除了所有电源2.1至2.8都可以连接到相应段6.1，6.2的汇流排7.1至7.4中的任何一个。所需的另外的开关8.29至8.36被设计为通常断开的接触。在故障情况下，通常连接到汇流排7.1至7.4之一的电源2.1至2.8不能仅与该汇流排7.1至7.4断开，而是可以重新连接到相同段6.1，6.2中相应的另一汇流排7.1至7.4，因而仍有助于总体的电力输入。
图3示出耗电设备3.1的两个可替换配置。在图3a中，经由主变压器5.1为推进器4.1供给电能。主变压器5.1配备有四个绕组，其中一个绕组用作辅助变压器，用于为启动和操纵推进器4.1的辅助设备(未示出)提供电力。
在图3b中示出另一替换方案，其中辅助变压器9是独立单元而不是与主变压器5.1整合在一起。然而，该辅助变压器9设置在主变压器5.1的附近。
可替换地，电源2.1至2.n可以设计为由燃料但不是柴油燃料或柴油提供动力的发电机。
电源2.1至2.n和/或耗电设备3.1至3.n的数目可以不同于八个。
包含不同于推进器4.1至4.n的其它设备的耗电设备3.1至3.n也可以连接到电气开关设备1。特别在这种情况下，耗电设备3.1至3.n不必一定包括主变压器5.1至5.n和/或辅助变压器。
可替换地，段6.1至6.n的数目可以不同于两个。特别是可以只设置一个段6.1。在段6.1至6.n的数目大于两个的情况下，相邻段6.1至6.n的所有汇流排7.1至7.n可以分别连接到每个相邻段的汇流排7.1至7.n之一。
连接到公共汇流排7.1至7.n的电源2.1至2.n以及耗电设备3.1至3.n的数目可以不同于在图中所示出的那些。
开关8.1至8.n可以设计为继电器或半导体部件。

Claims (19)

1.一种向至少两个耗电设备(3.1至3.n)馈送来自至少两个电源(2.1-2.n)的电能的电气开关设备(1)，包括至少一个具有两个汇流排(7.1-7.n)的段(6.1-6.n)以及若干开关(8.1-8.n)，其中每个汇流排(7.1-7.n)都能够分别经由用于每个电源(2.1-2.n)的开关(8.1-8.n)之一连接到至少一个电源(2.1-2.n)，并且每个汇流排(7.1-7.n)都能够分别经由用于每个耗电设备(3.1-3.n)的开关(8.1-8.n)之一连接到所述耗电设备(3.1-3.n)中的每一个。
2.根据权利要求1所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述电源(2.1-2.n)是由燃烧发动机提供动力的发电机。
3.根据权利要求1或2所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述耗电设备(3.1-3.n)包括推进器(4.1-4.n)。
4.根据前述权利要求之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述汇流排(7.1-7.n)通过至少一个所述开关(8.1-8.n)互连。
5.根据前述权利要求之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述段(6.1-6.n-1)之一的每个汇流排(7.1-7.n)能够分别通过所述开关(8.1-8.n)之一连接到所述段(6.2-6.n)的至少一个另外的相邻段的至少一个汇流排(7.1-7.n)。
6.根据权利要求3至5之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述耗电设备(3.1-3.n)包括用于为所述推进器(4.1-4.n)馈送变换过的电压的主变压器(5.1-5.n)。
7.根据权利要求3至6之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述耗电设备(3.1-3.n)包括至少一个用于启动和/或运行所述推进器(4.1-4.n)的辅助设备，其中所述推进器(4.1-4.n)和所述辅助设备经由所述开关(8.1-8.n)之一共享到所述汇流排(7.1-7.n)的相同连接。
8.根据权利要求3-7之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述耗电设备(3.1-3.n)包括用于为所述辅助设备馈送变换过的电压的辅助变压器(9)。
9.根据权利要求8所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述辅助变压器(9)与所述主变压器(5.1-5.n)整合在一起。
10.根据权利要求9所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述主变压器(5.1-5.n)展示出四个绕组，其中一个绕组用作所述辅助变压器(9)。
11.根据前述权利要求之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述耗电设备(3.1-3.n)能够通过被设计为通常闭合的接触的所述开关(8.1-8.n)之一连接到所述汇流排(7.1-7.n)之一，并且所述耗电设备(3.1-3.n)能够通过被设计为通常断开的接触的另一所述开关(8.1-8.n)连接到相同段(6.1-6.n)的另一所述汇流排(7.1-7.n)。
12.根据前述权利要求之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述电源(2.1-2.n)能够通过被设计为通常闭合的接触的所述开关(8.1-8.n)之一连接到所述汇流排(7.1-7.n)之一。
13.根据权利要求12所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述电源(2.1-2.n)能够通过被设计为通常断开的接触的另一所述开关(8.1-8.n)连接到相同段(6.1-6.n)的另一所述汇流排(7.1-7.n)。
14.根据权利要求4至13所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述段(6.1-6.n)之一的汇流排(7.1-7.n)通过被设计为通常断开的接触的所述开关(8.1-8.26)之一互连。
15.根据权利要求5至14所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述段(6.1-6.n-1)之一的每个汇流排(7.1-7.n)都能够分别通过所述开关(8.1-8.n)之一连接到所述段(6.2-6.n)的至少一个另外的相邻段的至少一个汇流排(7.1-7.n)，该开关(8.1-8.n)被设计为通常断开的接触。
16.根据前述权利要求之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述开关(8.1-8.n)是继电器。
17.根据前述权利要求之一所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述开关(8.1-8.n)是半导体部件。
18.一种用于运行根据权利要求1-16之一所述的电气开关设备(1)的方法，其中所述汇流排(7.1-7.n)中的至少一个故障汇流排在至少一个所述段(6.1-6.n)中被识别出来，并且分别通过所述开关(8.1-8.n)之一连接到该故障汇流排(7.1-7.n)的所述耗电设备(3.1-3.n)和/或所述电源(2.1-2.n)从该故障汇流排(7.1-7.n)断开且分别通过另一所述开关(8.1-8.n)重新连接到相同段(6.1-6.n)的另一汇流排(7.1-7.n)。
19.一种动态定位的船舶，包括至少两个被设计为柴油发电机的电源(2.1-2.n)和至少两个耗电设备(3.1-3.n)，至少一个所述耗电设备(2.1-2.n)包括推进器(4.1-4.n)，所述电源(2.1-2.n)和耗电设备(3.1-3.n)连接到根据权利要求1-16之一所述的电气开关设备(1)。
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