CN103155328B - 电力分配系统的使用定向电流检测和保护继电器内的逻辑的保护系统 - Google Patents

Abstract

描述的是一种用于被动态定位的船舶的电力分配系统，所述电力分配系统包括：多个总线（101、103、105、107），所述多个总线（101、103、105、107）包括负载（123）可连接到的第一总线（103）；多个开关（109、111、113、115），所述多个开关（109、111、113、115）包括第一开关（111）和第二开关（113），其中多个总线经由多个开关以处在中间的方式被连接，以形成环（117），第一总线被连接在第一开关与第二开关之间，并且电力分配系统被配置为，如果在朝着第一总线的方向上经由第一开关流动的第一电流（149）在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上而且在朝着第一总线的方向上经由第二开关流动的第二电流（143）在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，则使第一开关开路以及同时使第二开关开路，从而使第一总线与环断开，而所有其它总线保持被连接在一起。此外，一种电力分配的方法和一种船舶被提供。

Description

电力分配系统的使用定向电流检测和保护继电器内的逻辑的保护系统

技术领域

本发明涉及一种电力分配系统（electrical power distribution system）、特别是用于被动态定位的船舶（vessel）的电力分配系统，并且涉及一种用于电力分配的方法，特别是涉及一种使用在现代保护继电器（protective relay）内部可用的可编程逻辑的定向过流故障保护（directional overcurrent fault protection）。特别地，本发明涉及使用保护继电器内的可编程逻辑的增强型电力分配定向故障电流保护，所述增强型电力分配定向故障电流保护特别适于像在被动态定位的船舶上被发现的那些一样的孤立电力系统（isolated power system），在那里要求高可靠性。此外特别地，本发明涉及一种电力分配系统、特别是用于可动态定位的船舶的电力分配系统，其中电力分配系统具有环形拓扑，从而使得能够相对于故障采取措施。被设计来分离被包括在电力分配系统中的有故障的总线，而不影响电力分配系统的剩余总线的工作。

背景技术

被动态定位的船和船舶（诸如海基（sea-based）海上平台、石油平台或钻井平台或钻机（drillings rig））可以使用它们的船舶推进装置（propeller）或侧推器（thruster）来停留在其中要求静止工作的位置，并且这种类型的船舶可以包括用于（特别是从在海地基处的钻孔）输送石油和/或天然气的钻机和/或修井作业机（production rig）。为了使用电推进（propulsion）（船舶推进装置或侧推器），这些船舶可以与可靠的发电和电力分配有关，以给电推进机器供给电能，以便维持在海上的想要的位置，并且以便因而实现安全的海上作业。特别地，这种船舶动态定位（DP）可以被用在升降式钻油台（jack-up rig）和锚泊系统是不可实行的水深和区域中。

常规的发电系统或电力分配系统可以被设计为以致数个孤立的电力分配组（一般为2到8个）工作，使得如果一个组失效，那么剩下的组可以足以把船舶固定在适当的位置。特别地，在常规的系统中，冗余发电（诸如大量发电机）可以被要求在常规的发电系统的数个组或所有组内。

特别地，在一些船舶上，冗余转换器和DC链路可以被用在常规系统中，以通过使用转换器和DC链路来连接孤立的发电和电力分配岛（island）之间的能量流而获得容错电力系统。这可以消除或至少减少运行过量数目的发电机的问题，但是可以产生昂贵的转换器阵列。从而，附加的转换器可能显著地增加发电系统或电力分配系统的成本。该电力分配系统也可能需要更多维护工作，并且可能包含附加的故障源。使用诸如作为保护方案的部分的自动化系统之类的船舶管理系统已经针对一些项目被评估，但是已经部分地由于具有响应时间的问题而被放弃。可能不想要与附加的用于电故障保护的系统有关。这对于船级社（classification societies）和许多消费者也可能是不可接受的。

文献EP 1 940 002 A2公开了一种继电器设备和一种相对应的方法，其中第一值被分配给流到偏微分区（partial differential zone）中的故障电流的方向，第二值被分配给流出偏微分区的故障电流的方向，被分配给故障电流的值被比较，并且确定故障电流是否正流到偏微分区中。从而，每个节点与中央处理器304接口连接，以提供用于处理、做出判定等的节点数据。

文献US 3,553,968公开了一种位于相对深的水体中并且由刚性固定的竖立支架（upright leg）所支撑的稳定的海上平台。

文献EP 1 335 470 A2公开了一种用于保护电力传输线的定向比较距离继电器系统，所述用于保护电力传输线的定向比较距离继电器系统包括定向距离继电器元件，用于判定故障在正向方向上还是在反向方向上。

可能存在对于用于被动态定位的船舶的电力分配系统以及对于用于电力分配的方法的需求，所述用于电力分配的方法关于故障处理被改进并且同时并不要求大量发电机或转换器。此外，可能存在对于电力分配系统以及对于用于电力分配的方法的需求，其中电力分配系统内的单个失效或故障不会导致船舶慢慢离开该船舶的位置。

差动保护经常被使用在网络中来隔离有故障的总线。在石油开采和钻井中涉及的船舶上，通过差动保护系统，瞬变状况可能引起反复无常的跳闸（erratic trip）。这些瞬变状况由较小的孤立的电力网络上的大电动机和负载的起动引起，从而引起比针对路基电系统正常观察到的情况更大的频率、电压和谐波含量波动。

发明内容

该需求可以由根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例由从属权利要求来描述。

根据实施例，所提出的电力分配系统和用于电力分配保护的方法可以应用于被动态定位的船和/或船舶，但是也可以应用于在那里在故障之后连续的服务是想要的其它应用、特别是海底电力分配系统。

特别地，所提出的电力分配系统和用于电力分配保护的方法可以使用保护继电器中的逻辑，而不是传统的总线差动保护。

根据实施例，电力分配系统适配于保护系统以防故障。因而，电力分配系统也可以被称为电力系统保护系统或者可以包括电力系统保护系统的特征。特别地，被包括在电力分配系统或电力系统保护系统中的保护继电器内的逻辑以及定向故障电流检测可以被用来获得环状电力网络差别（discrimination）。

被动态定位的船舶是电力分配系统的仅仅一个可能的应用，但是本发明并不限于该使用情况。

根据实施例，一种用于可动态定位的船舶（诸如船、石油平台或钻机）的（用于分配电力的）电力分配系统被提供，其中电力分配系统包括：多个总线（每个总线都包括电导体，诸如例如铜棒），所述多个总线包括负载（诸如船舶推进装置、侧推器或另一种电机；或者能量供给设备、诸如蓄电池或发电机）（直接或间接）可连接到的第一总线；和多个开关（允许采用开路状态和闭合状态、特别是为可控的开关，特别地包括可以是可编程的并且可以允许计算和/或执行逻辑运算的断路器和继电器），所述多个开关包括第一开关和第二开关。在这里，多个总线经由多个开关以处在中间的（interjacent）（插入的）方式被连接，以形成环（使得总线被连接到开关，该开关被连接到另一总线，而另一总线被连接到另一开关等等，直到最后的开关被连接到第一总线，以形成交替的总线和开关的环形布局或圆环（annular）布局），其中第一总线被连接在第一开关与第二开关之间（特别是在没有转换器的情况下）。在这里，电力分配系统被配置为：如果在朝着第一总线的方向上（从相邻的总线）经由第一开关流动的第一（电）电流在比预定的持续时间（诸如例如0.2s至1s）更长的时间内在预定的电流阈值（诸如例如1000A至10000A）之上，并且同样在朝着第一总线的方向上（从另一相邻的总线）经由第二开关流动的第二电流在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，那么使第一开关开路（使得第一开关采用该第一开关的开路状态）并且同时使第二开关开路（使得第二开关采用该第二开关的开路状态）。从而，通过使第一开关和第二开关开路，第一总线与环断开。特别地，正使用的电力分配系统可以使用保护继电器中的逻辑，以使第一总线与环断开。从而，第一开关和第二开关中的每个都包括可编程继电器，所述可编程继电器包括提供逻辑功能的逻辑单元，其中第一总线通过使用第一开关和第二开关内的逻辑功能而被标识。

特别地，第一开关和第二开关可以通过使用第一开关和第二开关的逻辑功能来自主地引起第一总线与环的断开，而不要求控制第一开关和第二开关的开路和/或闭合的中央处理器。

在本申请的上下文中，术语“开关”可以指示（特别是以受控的方式）能够实现两个导体（诸如总线）之间的电连接的开路和闭合的（可控制的）布局。开关可以包括（表示实际建立电连接的元件的）和控制电路断路器的开路和闭合的控制器、诸如（可编程的）继电器（特别是包括逻辑电路系统）。

特别地，故障在第一总线处发生，使得高电流经由第一开关朝着第一总线流动，而同样高电流经由第二开关朝着第一总线流动。特别地，使第一开关开路和使第二开关开路可以根据可能适配于特定应用的预定的时间-电流特性曲线而被执行。特别地，当第一开关包括断路器和智能继电器（包括可编程逻辑）时，并且当第二开关同样包括断路器和控制断路器的智能继电器时，通过禁止环的除了第一开关和第二开关之外的所有开关的开路，有故障的第一总线可以被检测到。在这里，通过向除第一开关和第二开关之外的所有开关都发送适当的禁止信号，所有其它开关（除了第一开关和第二开关之外）可以被禁止开路。特别地，控制相对应的断路器的继电器（所述继电器和所述断路器形成开关）内的逻辑可以被用在环结构中，以标识有故障的总线并且使有故障的总线与环断开，以便使有故障的第一总线与环分离并且因而使该环开路。仍然，在已开路的环中，多个总线的所有剩余的总线保持彼此连接。从而，减少的数目的发电机被要求，以便向被连接到剩余总线的一个或多个负载供给电能。从而，电力分配系统的效率可以被改进，并且电力分配系统的成本与常规的电力分配系统相比可以被减少。

特别地，电力分配系统包括被连接成环路的数个电力总线。如果发生单个总线（第一总线）上的故障，则只有第一总线可以在两端被断开，从而使所有剩余的发电机和分配系统一起工作和连接。从而，更少的冗余发电机被要求在给定的故障情形下工作。从而，维护、燃料消耗和排放可以被减少。还可能的是，在单个电故障已经发生之后维持包括电力分配系统的船舶的工作，而不需要修复（在第一总线处的）该故障。在第一故障之后，电力分配系统将保持作为一个连接的系统，从而避免如下问题：一个岛可能功率不足（underpower），而另一岛具有冗余的发电量。

特别地，可以消除对于母线差动保护的需求。母线差动保护可能在瞬变状况期间引起问题，并且在钻机或修井作业机上的正常工作期间经常被发现的情形中跳闸（在故障时开路）。这样的反复无常的跳闸在DP2或DP3级船舶上可能是关键的。所提出的系统可以在最初的电故障之后允许根据DP2或DP3级的连续工作。在这种情况下，DP2船舶被要求在第二电故障之后保持在适当的位置，并且DP3级船舶被要求在具有电或机械特性的第二故障之后停留在适当的位置。这将允许船舶的连续工作，同时等待第一故障的修复。

特别地，通过使用标准电路断路器来连接发电和电力分配岛（多个总线）使得它们被连接成单个闭合环可以消除对于包括发电或电力分配系统的整个船舶操作一个以上的冗余发电机的需求。这也可以允许在故障之后的作为单个连接的总线电力分配连续工作，而不需要在第一故障之后重新布置电力分配配置。根据实施例，仅仅（排他地）隔离有故障的部分（第一总线）而不使其它部分（电力分配系统的其它总线）断开的保护方案被提供。

从而，有故障的部分或有故障的总线（第一总线）可以通过使用开关内（特别是控制开关的保护继电器内）的逻辑功能或可编程的逻辑能力而被标识。特别地，保护继电器（诸如西门子（Siemens）SIPROTEC保护继电器）可以被使用并且被应用在电力分配系统内。西门子SIPRTEC保护继电器包括内置逻辑，并且也包括内置电流和电压测量能力。这些继电器是电力分配系统的标准和广泛使用的组件。这些继电器是充分证明行之有效的保护设备，并且它们的内置特征可以允许逻辑运算变为保护方案的部分，而无需使用附加的控制器或可编程逻辑控制器（PLC）。

电力分配系统的所提出的拓扑以及在该总线上的故障的情况下使总线与电力分配系统分离的能力可以减少维护要求和燃料成本，因为可以需要更少的发电机在工作情形下运行。此外，可以实现针对发电系统的更高的可用性，因为该发电系统可以被允许在电故障已经发生之后继续工作，甚至在没有操作者介入的情况下继续工作。只有有故障的部分可能被断开，而剩余系统作为单个被连接的发电和电力分配系统继续工作。此外，对于如在一些其它常规的容错发电系统中所要求的附加的转换器和DC链路的需求可以被消除。从而，可以减少复杂性和最初的投资。此外，可以仅仅使用标准的充分证明行之有效的组件来建造根据实施例的电力分配系统。

根据实施例，（特别地包括由继电器控制的断路器的）第一开关被配置为确定（特别地包括测量、导出和/或计算）第一电流和第一电流的方向，而（特别地包括断路器和控制断路器的继电器的）第二开关被配置为确定（特别地包括测量、导出和/或计算）第二电流和第二电流的方向。从而，使第一总线与电力分配系统断开的条件可以容易地被确定。此外，可以使用常规的组件（诸如具有电流测量能力的可编程继电器）来构建电力分配系统。

根据实施例，第一开关被配置为：如果在远离第一总线的方向上经由第一开关流动的第一相反的电流（在与第一电流的流动方向相反的方向上流动的电流）在比预定的时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，那么向第二开关发送禁止信号（要求第一开关与第二开关之间的信号线，用于在第一开关与第二开关之间进行通信、特别是在从第一开关到第二开关的方向上进行通信），用于禁止第二开关开路（禁止信号也可以被称为禁止67跳闸）。在这种情形下，第一总线并不是电流吸收器（sink），而是另一总线必须是电流吸收器，并且因而必须是有故障的。在这种情形下，第一总线并不是有故障的总线，并且不应该与电力分配系统断开。因而，特别地第二开关不应该开路，以便使得第一总线被连接到电力分配系统。在这里，可以使用被包括在第二开关中的继电器的逻辑处理能力。

根据实施例，如果第二开关并没有从第一开关接收到禁止信号，并且在朝着第一总线的方向上经由第二开关流动的第二电流在比预定的时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，并且如果特别地附加地第一总线处的电压在预定的电压阈值之下，那么第二开关被配置为开路。特别地，第二开关并没有从多个开关中的任何其它开关接收到任何禁止信号。特别地，多个开关中的除了并没有接收到禁止信号的两个开关（第一开关和第二开关）之外的所有开关可以（从多个开关中的另一开关）接收到禁止信号。没有接收到任何禁止信号的两个开关可以接着开路，以使在并没有接收到禁止信号的两个开关之间的总线与电力分配系统断开。在这里，可以使用开关的逻辑处理能力和电流测量能力以及电压测量能力。

根据实施例，如果在朝着第一总线的方向上或者在远离第一总线的方向上经由第二开关流动的第三电流在比另一预定的时间更长的时间内在另一预定的电流阈值之上，那么第二开关被配置为也开路，其中另一预定的电流阈值比预定的电流阈值大和/或另一预定的时间比预定的时间大。如果定向电流上的开路并没有发生，那么第三电流跳闸将发生。将可编程继电器用于建造第二开关（以及同样特别地建造所有其它开关）允许包括另外的条件和关系，用于限定在哪个条件或情形下第二开关应该开路。从而，能够实现用于确定有故障的总线的更大的灵活性。

根据实施例，多个总线包括经由第二开关被连接到第一总线的第二总线，其中多个开关包括被连接到第二总线（但不在第一总线与第二总线之间）的第三开关，其中第二开关被配置为：如果在朝着第一总线的方向上经由第二开关的第二电流在比预定的时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，那么向第三开关发送禁止信号，用于禁止第三开关开路。从而，把第二总线与多个总线的另外的总线连接的第三开关被维持在闭合状态下，以便不使任何其它总线（除了第一总线之外）与电力分配系统分离。从而，可以保证的是，当有故障的第一总线与电力分配系统断开时，只有第一总线（为有故障的总线）与圆环电力分配系统分离，以实现不被连接成环路并且不形成环的线性或链状电力分配系统。

根据实施例，电力分配系统包括至少一个被连接到第一总线的发电机。发电机可以向第一总线供给电能。特别地，电力分配系统可以包括一个或多个发电机，其中特别地至少一个发电机可以被连接到每个总线。使第一总线与电力分配系统分离可以包括同样使被连接到第一总线的发电机与电力分配系统分离。此外，使第一总线与电力分配系统分离可以包括使被连接到第一总线的任何负载与电力分配系统分离。因而，同样在故障发生在被连接到第一总线的负载或发电机处的情况下，第一总线可以不与电力分配系统分离。此外，故障可以发生在第一总线本身处（诸如到地的短路），而不要求故障发生在被连接到第一总线的发电机或负载处。

根据实施例，电力分配系统进一步包括发电机电路断路器（也称为发电机开关），经由所述发电机电路断路器，发电机被连接到第一总线。发电机电路断路器由具有电流测量能力和/或电压测量能力的（可编程的）继电器来控制。因而，在发电机本身失效的情况下，发电机可以以快速的方式与第一总线分离，从而消除使第一总线与电力分配系统分离的必要性。特别地，发电机开关的时间-电流特性曲线可以是这样的，使得发电机开关在第一开关或第二开关开路之前开路，以便当故障并没有发生在第一总线本身处而是发生在发电机处时，使得第一总线被连接到电力分配系统（仍然形成环）。从而，在发电机之一处的故障的情况下，电力分配系统的环结构可以被维持。

根据实施例，负载经由负载电路断路器（也称为负载开关）是可连接到第一总线的。特别地，可由具有电流测量能力和电压测量能力并且提供逻辑计算的（可编程的）继电器控制的电路断路器。特别地，负载开关的时间-电流特性可以是这样的，使得负载开关在第一开关或第二开关开路之前开路，以便在发生在负载处的故障的情况下使得第一总线被连接到圆环电力分配系统。从而，当故障排他地发生在被连接到电力分配系统的负载处时，电力分配系统可以被维持在有利的环结构中。特别地，一个或多个负载设备可以被连接到多个总线中的每个总线。

根据实施例，第三开关、发电机开关和负载开关中的至少一个包括含有逻辑单元的可编程继电器，其中特别地继电器可以控制断路器，用于使开关开路或闭合。特别地，西门子SIPROTEC保护继电器可以被使用。

根据实施例，包括如上面所解释的电力分配系统的船舶（诸如浮动海上平台、钻机、石油平台被提供，其中通过使用被连接到（多个）电力总线作为负载的（被连接到船舶推进装置或侧推器的）至少两个电机，船舶是动态可定位的。通过激活由电机驱动的一个或多个船舶推进装置或侧推器，可以使得船舶在特定的位置处（在海中或者在海上）。

特别地，针对DP第2级船舶的双阵容开关设备（two-lineup switchgear）配置被考虑，在那里该船舶被允许损失2个侧推器，一个处于最初的故障，另一个处于稍后的第二故障。在DP第2级船舶中，只有电故障被考虑。在电故障之后，船舶必须能够安全地完成它的工作。针对容错系统，船舶必须能够针对在特定类型的第一故障之后发生的第二故障这样做。这样的第一故障可以包括有故障的断路器、发电机、侧推器或总线。

根据另一实施例，针对DP第3级船舶的四阵容开关设备配置被考虑，在那里该船舶被允许损失3个侧推器，一个处于最初的故障，而两个更多的处于第二故障。在DP第3级船舶中，影响整个舱的故障也必须被考虑。这可以包括整个舱的火灾或淹没（flooding）。针对所提出的容错系统，条件是，第一故障被限于电组件，像有故障的断路器、发电机、侧推器或总线。第二故障可以影响完整的舱，而船舶可以能够在这样的故障之后安全地完成它的工作。除了可能由于第一（电）故障而已经失效的一个侧推器之外，这样的故障可以导致损失两个侧推器。

根据实施例，针对DP第3级船舶的八阵容开关设备配置被考虑，在那里该船舶被允许损失2个侧推器，一个处于初始的故障，另一个处于稍后的第二故障。类似于针对DP第3级船舶的四阵容开关设备配置，但是发电机和总线中的每个都被提供在它们自己的、分离的防火舱中。这使构建船舶更昂贵，但是可以被补偿在两个故障之后剩余6个侧推器。这可以允许使用比在具有四阵容开关设备的DP第3级船舶中更小的侧推器，在那里船舶可以在两个故障之后仅仅剩余5个侧推器。

特别地，针对DP第2级船舶的双阵容开关设备可以包括两个分离的舱，针对DP第3级船舶的四阵容开关设备必须包括四个分离的舱，而针对DP第3级船舶的八阵容开关设备必须包括八个分离的舱，在所述八个分离的舱内，电力分配系统的数个组件被安装。

根据实施例，船舶被配置用于支撑浮动海上石油平台或海上钻井平台。船舶可以至少部分地被浸没在海中。

应该理解的是，关于电力分配系统（单独地或以任何组合）所公开、描述或提及的特征也可以（单独地或以任何组合）被应用于用于电力分配的方法。

根据实施例，一种使用用于可动态定位的船舶的电力分配系统、特别是如上面所述的电力分配系统的用于电力分配的方法被提供，其中电力分配系统包括多个总线和多个开关，所述多个总线包括负载可连接到的第一总线，所述多个开关包括第一开关和第二开关。在这里，多个总线经由多个开关以处在中间的方式被连接，以形成环，其中第一总线被连接在第一开关与第二开关之间。在这里，该方法包括：确定（特别地包括测量、导出、计算和/或估计）在朝着第一总线的方向上经由第一开关流动的第一电流；确定（特别地包括测量、导出、计算和/或估计）在朝着第一总线的方向上经由第二开关流动的第二电流；以及如果第一电流在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，并且如果第二电流在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，那么通过使第一开关开路以及同时使第二开关开路来使第一总线与环断开。从而，第一开关和第二开关中的每个都包括可编程继电器，所述可编程继电器包括提供逻辑功能的逻辑单元，其中第一总线通过使用第一开关和第二开关内的逻辑功能而被标识。

不得不注意的是，本发明的实施例已经参照不同主题被描述。特别地，一些实施例已经参照方法类型权利要求被描述，而其它实施例已经参照装置类型权利要求被描述。然而，本领域技术人员将从上面的和下面的描述推测，除非另外通知，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，属于不同主题的特征之间、特别是方法类型权利要求的特征与装置类型权利要求的特征之间的任何组合也被看作与本文献一起被公开。

本发明的上面所限定的方面和另外的方面根据在下文要被描述的实施例的例子是明显的，并且参照所述实施例的例子被解释。本发明将参照实施例的例子在下文更详细地被描述，但是本发明并不限于所述实施例的例子。

附图说明

图1示意性图示了根据实施例的电力分配系统；

图2图示了示出了被用在图1中所图示的电力分配系统中的继电器的时间-电流特性曲线的曲线图；

图3图示了在被用在图1中所图示的电力分配系统中的继电器中所使用的逻辑图；

图4图示了在被用在图1中所图示的电力分配系统中的继电器中所使用的逻辑图；

图5图示了在被用在图1中所图示的电力分配系统中的继电器中所使用的逻辑图；

图6和7图示了根据实施例的电力分配系统；

图8和9图示了根据另一实施例的电力分配系统；

图10和11图示了根据还有另一实施例的电力分配系统；

图12示意性图示了包括如在图1中所图示的电力分配系统的船舶。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应该注意的是，在不同的图中，类似的或相同的元件被提供有相同的附图标记或者被提供有仅仅在第一位内不同于相对应的附图标记的附图标记。

图1示意性图示了根据实施例的电力分配系统100。电力分配系统100包括多个总线，所述多个总线中只有第一总线101、第二总线103、第三总线105和第四总线107被图示。这些总线通过使用多个开关来彼此连接，所述多个开关中只有开关109、111、113、115被图示。通过以交替的方式使用开关，这些总线被串联，以形成由交替的总线和开关所形成的环117。

发电机119经由开关121被连接到总线103，以向总线103供给电能。被供给到总线103的电能由负载123消耗，所述负载123经由负载开关125被连接到总线103。发电机127经由发电机开关129被连接到总线105，以向总线105供给电能。负载131经由开关133被连接到总线105，以向负载131供给电能。

总线103经由开关111被连接到总线101，而总线103经由开关113被连接到总线105。特别地，开关111包括由继电器137控制的（常闭的（normally closed）、即n.c.）断路器135。在图示的实施例中，继电器137是西门子SIPRTEC继电器，所述西门子SIPRTEC继电器可以被编程并且包括逻辑电路系统。此外，继电器137包括电流测量和电压测量能力，以便测量从总线103朝着总线101流动的电流，或者测量从总线101朝着总线103流动的电流。开关113包括断路器139，所述断路器139由继电器141控制，以将断路器置于开路状态或闭合状态。在图示的实施例中，继电器137和141都是西门子SIPRTEC继电器，从而允许执行逻辑运算并且允许测量经由继电器在邻近的总线之间流动的电流和电压。

在电力分配系统100的正常工作期间，多个总线通过交替的（闭合）开关来连接，以形成圆环结构或环结构。从而，由发电机119或127所生成的电力可以被分配到被连接到任何总线的任何负载。从而，充足的电力的可靠供给可以被提供给连接到总线的所有负载。

在正常状况（没有故障发生）下，开关109、111、113和115的所有断路器被闭合。发电机119、127可以具有为300A（安培）的标称电流，并且可以维持为900A的持续（sustained）故障电流达至少3s。

在图1中，特定的故障情形被图示，其中短路143发生在总线103处。短路143可能例如由总线103到地的有故障的连接引起。根据其它实施例，有故障的状况可能已经由不同的事件引起。由于短路143，高电流将从发电机119朝着短路143流动。此外，因为开关109、111、113和115是常闭的，所以高电流也将从发电机127经由总线105、（为闭合的）开关113朝着短路143流动。附加地，高电流将经由总线101、闭合的开关109、闭合的开关111、总线103朝着短路143流动。这些高电流可能从电力分配系统汲取过量的电能，并且因而是不想要的。根据实施例，电力分配系统100被配置为使有故障的总线103（其中发生故障的总线）与环结构117断开，以便允许向电力分配系统的其它负载（诸如负载131）连续供给电能。

由于故障发生在总线103处（并且不是发生在负载123或发电机119处），不能通过仅仅分别使发电机开关121或负载开关125开路以使发电机119或负载123与电力分配系统断开来解决该问题。与此相反，电力分配系统100被配置为使开关111和113开路，以便使总线103与电力分配系统100断开，使得没有从总线105朝着总线103流动的故障电流可以发生，并且没有从总线101朝着总线103流动的电流可以发生。

开关113将检测从总线105流向总线103的电流145，并且将经由信号线147向连接总线105和总线107的开关115发送禁止信号。被发送到开关115的禁止信号将引起开关115保持闭合，因为故障不会已经在总线105处发生。

此外，开关111将检测从总线101朝着总线103流动的电流149，并且在检测到该电流时，开关111将经由信号线151向开关109发送禁止信号。由开关109所接收到的禁止信号将引起开关109保持闭合，因为如果电流149从总线101朝着总线103流动，那么总线101不可能是有故障的总线。此外，开关109以及还有开关115将向它们的在环117内的相应的相邻开关发送禁止信号，以引起这些开关继续它们的闭合状态。最终，除了将因此采用开路状态的开关111和113之外，环117内的所有开关将被禁止。从而，有故障的总线103与电力分配系统100分离，并且电力分配系统100已经被开路，以不再形成环结构。在把有故障的总线103与电力分配系统分离之后，诸如负载131之类的被连接到其它总线（没有被连接到总线103）的消耗装置（consumer）或负载可以被供给有电能，以保证合适的连续的工作。

图2图示了开关109、111、113、115、121、125、129、133的时间-电流特性（特别是被包括在这些开关中的继电器的特性）的曲线图。在图2中的横坐标上，以安培为单位的电流被指示，而在纵坐标上，以秒为单位的时间被指示，其中两个标度都是对数的。曲线253、255、257和259指示了不同开关将在哪些时间和电流流动的组合处跳闸、即在故障时开路。曲线253适用于开关125和133；曲线259适用于开关109、111、13和115（无定向的）；曲线255适用于开关109、111、13和115（定向的）；而曲线257适用于开关121和129。

例如，曲线253图示了把负载123连接到总线103的负载开关125的特性。特别地，当在约30×100A到200×100A（或更高）之间的电流持续约0.02s或更长时，负载开关123将适配开路状态。以这种方式，有故障的负载可以以非常快的方式在任何其它开关开路之前与在图1中所图示的电力分配系统分离。

此外，图2中的曲线255图示了当开关111和113检测到定向电流145和149时开关111和113的时间-电流特性，而这两个电流145和149都朝着总线103流动。从而，当电流145、149呈现特定值或超过特定阈值达特定时间段时，开关111、113将采用开关111、113的开路状态。

曲线257图示了把发电机119连接到总线103的发电机开关121的特性或者把发电机127连接到总线105的发电机开关129的特性。（连接相邻总线的）不同开关109、111、113、115的时间-电流特性曲线的形状可以非常类似或者相等，但是可以不同于负载开关125、133的特性曲线，并且也可以不同于发电机开关121和129的特性。特别地，时间-电流特性曲线的形状可以与特定的应用有关。在图1中所图示的针对发电机119的保护继电器121将根据在图2中所图示的曲线257来跳闸。继电器137将看不见从总线103流到总线101的任何电流。因此，继电器137将不会向开关113的继电器141发布禁止信号（框67跳闸）。如果不存在到总线103的左边的发电，那么开关111的继电器137将不采取任何动作。（如果曾存在被连接到总线101的发电，那么开关111的继电器137也会跳闸，并且清除在总线103的左侧的故障。）开关113的继电器141将看见例如由发电机127所生成的定向故障电流145（近似900A）。开关113的继电器141并没有从开关111的继电器137接收到禁止信号。此外，开关113的继电器141的确看见电压不足（under-voltage）。开关113的继电器141的确看见到总线103的定向故障电流，并且将根据如在图2中所图示的曲线255来发起跳闸。开关113的继电器141将不向开关111的继电器137发布禁止信号。针对高达约4000A的故障水平，开关113的继电器141将在针对发电机127的保护继电器129之前跳闸，并且清除故障。

定向故障电流跳闸水平必须被设置在从最小的发电机可得到的持续的3s故障电流之下。如果网络应该作为闭合环路工作，那么定向故障电流跳闸水平必须被设置在从最小的发电机可得到的持续的3s故障电流的一半之下。原因是，来自在闭合总线环路上在线的单个发电机的故障电流将从两个方向行进到短路位置。针对DP工作，工作中的发电机的最小数目将是2。

图3图示了被包括在开关109、111、113和115中的保护继电器的逻辑图，以图示在哪些状况下开关111或113的继电器向在检测到的电流145或149的上游的开关发送禁止信号。开关111和113分别包括继电器137和141，所述继电器137和141每个都包括“或”门361。在端子363处，“或”门361接收存在来自与相对应的开关邻接的总线的过电流的指示。在端子365处，“或”门361接收存在来自总线的接地故障电流（earth fault current）的指示。如果在端子363和365处接收到的信号中的（至少）一个是逻辑高信号，那么“或”门361将在端子367处发布逻辑高信号，所述逻辑高信号可以被用作要被发送到在那个总线的另一侧上的开关（例如到如在图1中所图示的开关109和115）的禁止信号。

图4图示了如在图1中所图示的控制电路断路器113（或111）的继电器141（或137）的工作的逻辑图。特别地，图4图示了如下逻辑图：所述逻辑图指示或描述在哪些状况下电路断路器113（或111）将开路，以便把有故障的总线103与电力分配系统100分离。逻辑电路系统469包括延迟471、“与”门473、延迟475、“与”门477和“或”门479。延迟471接收到总线的定向过电流的指示，并且将该信号延迟时间T1，以把该信号发送到“与”门473。此外，“与”门473从被反相的另一开关接收到禁止信号。此外，“与”门473接收到总线上的电压不足的指示。如果不存在禁止信号、到总线的定向过电流以及总线上的电压不足的指示，那么“与”门473将输出逻辑高信号。

为了允许定向过电流上的跳闸（在故障时开路），所有下面的状况必须出现：

-没有禁止信号正在从故障电流正流到的总线的另一侧上的继电器被接收。

-定向故障电流正在被检测。在该信号上存在时间延迟T1，以允许在总线的另一侧上的继电器有时间发布禁止信号。该延迟可以被选择以提供合适的继电器协调。合适的时间可以在150至300ms的范围内。针对一些电力系统，更短的时间将被要求，所述一些电力系统可以要求比在当今的市场上可得到的保护继电器中可得到的逻辑更快的逻辑。  

-总线电压不足正在被检测。

如果存在引起在总线的另一侧上的继电器当应该发布禁止时没有发布禁止的故障，那么继电器将无论如何都在延迟T2之后在定向过电流上跳闸。特别地，T2必须比T1长。最后，断路器将在非定向过电流上跳闸。

图5图示了在图4中所图示的逻辑电路469的部分在西门子SIPROTEC继电器以及定向接地故障上的跳闸上的实施方案。在这里，“与”门573在端子574处接收到定向过电流的指示，并且在端子576处接收到电压不足的指示。“或”门579接收到“与”门573的结果，并且在端子580处接收到定向接地故障的指示。

图6和7图示了根据实施例的针对DP2级船舶的双阵容开关设备的主接线图。在图6和7中以两部分所图示的电力分配系统600包括8个总线601，所述8个总线601由处在中间的开关611连接。开关611被构造为在图1中所图示的开关111，因而每个都包括继电器和断路器。每个继电器都控制相对应的断路器。在图6中，电力分配系统600的被布置在第一舱中的那些组件被图示，而图7图示了电力分配系统600的被布置在另一分离的舱中的那些组件。总线601通过使用开关611被连接，以形成环结构。电力分配系统600的被布置在两个不同的舱中的部分通过使用电缆602被彼此连接。

图8和9图示了针对DP3级船舶类型电力分配系统800的四阵容开关设备的主接线图。电力分配系统800的被包括在第一舱和第二舱中的部分在图8中被图示，而电力分配系统800的位于第三舱和第四舱中的部分在图9中被图示。八个总线801通过以交替的方式使用开关811而被连接，以形成环结构。电力分配系统800的位于不同舱中的部分通过使用四个电缆802而被彼此连接。发电机819（在所图示的实施例中，八个发电机被提供）向总线提供电能，并且从那里向负载823提供电能（在所图示的实施例中，八个侧推器被连接作为负载）。

图10和11图示了针对DP3级船舶类型电力分配系统1000的八阵容开关设备的主接线图。电力分配系统1000的被包括在第一舱、第二舱、第三舱和第四舱中的部分在图10中被图示，而电力分配系统1000的位于第五舱、第六舱、第七舱和第八舱中的部分在图11中被图示。复数个总线1001通过使用复数个开关1002来连接，以形成环结构。发电机1019向总线供给电能，并且从那里向复数个负载1023供给电能。

图12示意性图示了船舶1280，如在图1、图6和7、图8和9或者图10和11中所图示的电力分配系统可以被用于所述船舶1280。船舶1280包括（浸没在海中的）两个趸船（pontoon）1282，所述两个趸船中的每个都停泊（harbour）四个侧推器1223。由诸如如上所述的系统100、系统600、系统800或系统1000之类的未被图示的电力分配系统向侧推器1223供给电能，用于船舶1280的自动防止故障运转（fail safe operation）。

应该注意的是，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，而“一”或“一个”并不排除多个。与不同实施例相关联描述的元件也可以被组合。还应该注意的是，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (18)

1.一种电力分配系统，所述电力分配系统包括：

·多个总线（101、103、105、107），所述多个总线（101、103、105、107）包括负载（123）能被连接到的第一总线（103）；

·多个开关（109、111、113、115），所述多个开关（109、111、113、115）包括第一开关（111）和第二开关（113），

其中多个总线经由多个开关以处在中间的方式被连接，以形成环（117），第一总线被连接在第一开关与第二开关之间，以及

电力分配系统被配置为：

如果在朝着第一总线的方向上经由第一开关流动的第一电流（149）在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，并且

在朝着第一总线的方向上经由第二开关流动的第二电流（145）在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，

则使第一开关开路以及同时使第二开关开路，

从而使第一总线与环断开，

其中第一开关和第二开关中的每个都包括可编程继电器，所述可编程继电器包括提供逻辑功能的逻辑单元，

其中第一总线通过使用第一开关和第二开关内的逻辑功能被标识。

2.根据权利要求1所述的电力分配系统，其中，第一开关被配置为确定第一电流和第一电流的方向，而第二开关被配置为确定第二电流和第二电流的方向。

3.根据权利要求1所述的电力分配系统，其中，第一开关被配置为：如果在远离第一总线的方向上经由第一开关流动的第一相反的电流在比预定的时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，那么向第二开关发送禁止信号（147、151），用于禁止第二开关开路。

4.根据权利要求3所述的电力分配系统，其中，如果第二开关并没有从第一开关接收到禁止信号并且在朝着第一总线的方向上经由第二开关流动的第二电流在比预定的时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，那么第二开关被配置为开路。

5.根据权利要求3所述的电力分配系统，其中，如果第二开关并没有从第一开关接收到禁止信号并且在朝着第一总线的方向上经由第二开关流动的第二电流在比预定的时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，而且如果在第一总线处的电压在预定的电压阈值之下，那么第二开关被配置为开路。

6.根据权利要求4所述的电力分配系统，其中，如果在朝着第一总线的方向上或者在远离第一总线的方向上经由第二开关流动的第三电流在比另一预定的时间更长的时间内在另一预定的电流阈值之上，那么第二开关被配置为开路，其中所述另一预定的电流阈值比预定的电流阈值大和/或另一预定的时间比预定的时间大。

7.根据前述权利要求1-6之一所述的电力分配系统，其中，多个总线包括经由第二开关（113）被连接到第一总线的第二总线（105），

其中多个开关包括被连接到第二总线的第三开关（115），

其中第二开关被配置为：如果在朝着第一总线的方向上经由第二开关的第二电流（145）在比预定的时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，那么向第三开关发送禁止信号（147），用于禁止第三开关开路。

8.根据权利要求7所述的电力分配系统，其中，第三开关包括含有逻辑单元的可编程继电器。

9.根据前述权利要求1-6之一所述的电力分配系统，进一步包括至少一个被连接到第一总线的发电机（119）。

10.根据权利要求9所述的电力分配系统，进一步包括发电机开关（121），经由所述发电机开关（121），发电机被连接到第一总线。

11.根据权利要求10所述的电力分配系统，其中，发电机开关包括含有逻辑单元的可编程继电器。

12.根据前述权利要求1-6之一所述的电力分配系统，其中，负载（123）经由负载开关（125）能被连接到第一总线。

13.根据权利要求12所述的电力分配系统，其中，负载开关包括含有逻辑单元的可编程继电器。

14.根据前述权利要求1-6之一所述的电力分配系统，其中，该电力分配系统被用于可动态定位的船舶。

15.一种包括根据前述权利要求1-14之一所述的电力分配系统的船舶，所述船舶通过使用至少两个电机（123、623、823、1023、1223）而被动态定位。

16.根据权利要求15所述的船舶，所述船舶被配置用于支撑海上石油平台或海上钻井平台。

17.一种用于通过使用电力分配系统进行电力分配的方法，

其中，所述电力分配系统包括：

·多个总线，所述多个总线包括负载能被连接到的第一总线；

·多个开关，所述多个开关包括第一开关和第二开关，

其中多个总线经由多个开关以处在中间的方式被连接，以形成环，第一总线被连接在第一开关与第二开关之间，

所述方法包括：

·确定在朝着第一总线的方向上经由第一开关流动的第一电流；

·确定在朝着第一总线的方向上经由第二开关流动的第二电流；以及

·如果第一电流在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，并且第二电流在比预定的持续时间更长的时间内在预定的电流阈值之上，那么通过使第一开关开路以及同时使第二开关开路来使第一总线与环断开，

其中第一开关和第二开关中的每个都包括可编程继电器，所述可编程继电器包括提供逻辑功能的逻辑单元，

其中第一总线通过使用第一开关和第二开关内的逻辑功能被标识。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，该电力分配系统被用于可动态定位的船舶。