CN104635699B - Dp3超深水钻井设备配电系统 - Google Patents

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Abstract

DP3超深水钻井设备配电系统,电力系统是11KV的中压系统，整船的电力系统是由3组或4组中压发电机组成，每组还包括2个中压发电机7370KW分别安装在A60分割的三个或4个机舱内，三条主电力系统必须A60分割，从相对应的中压配电系统到变压器再到440V低压配电板都是完全互相A60分割的。通过优化全船电力系统,强化区域供电原则,调整配电系统方案,优化DP3主电缆路径；通过优化钻井配电系统的布置并对重新优化的方案进行电力系统的负荷及平衡计算,使整个配电系统更趋于合理,减小施工难度,节省电缆与人工的成本，具有可操作性强，应用范围广，解决了船体配电系统设计和布局的难题的优点。

Description

DP3超深水钻井设备配电系统
技术领域
本发明涉及IPC分类H02J供电或配电的电路装置或系统技术，尤其是DP3超深水钻井设备配电系统。
背景技术
在未来全球油气开发中，油气增量主要来自深水特别是超深水海域。专业机构预测，2014-2030年，全球超深水油气产量年复合增长率将高达20％。近五年来，新建平台有85％是超深水钻井平台。海洋石油深海探索促进海洋工程技术得到飞速的发展与提高，人们对钻井设备的钻探深度和对钻井设备的供电，操作，安全及可靠性提出更高的要求和期望。
已有最先进的钻井平台是第七代超深水钻井平台，其钻井设备采用双塔钻井，最大工作水深为12000英尺合3658米，钻井深度为50000英尺合15250米，采用NOV即挪威国民油井公司液压双钻塔设计，双顶驱载荷达1250吨。海洋石油981及其在建姊妹船海洋石油982，其钻井设备采用单塔钻井，最大工作水深为3000米，钻井深度为12000米，采用MH(ARKER)钻井包设备。
目前，世界各国普遍采用的钻井方法是旋转钻井法。即利用钻头旋转破碎岩石，形成井身,利用钻杆将钻头送到井底,利用大钩、游车、天车、绞车起下钻杆柱；利用转盘或顶部驱动装置带动钻头、钻杆旋转；利用钻井泵输送高压钻井液，带出井底岩屑。现代钻井是一套大型的综合型机组，整套钻机是由动力与传动系统、工作系统、控制系统、辅助系统等若干系统和相应的设备所组成。该系统主要由以下子系统组成：
1)旋转系统：由转盘、水龙头、钻杆及钻头组成；
2)循环系统：由钻井泵、地面高压管汇、钻井液净化设备和钻，井液调配装置或固控设备等；
3)起升系统：由钻井绞车、辅助刹车、游动系统(钢丝绳、天车、滑车)、大钩和井架组成；
4)动力驱动系统；
5)传动系统；
6)控制系统和检测显示仪表；
7)钻机底座；
8)辅助设备。
在如此重要而众多的系统设备需要精确配置配电系统以支持正常工作。
DP3是dynamic positioning，即动态定位。因为这种工程船一般是远离岸的作业船，所以为了一旦要拖去厂里维修，成本是非常高的。为了减少这种可能，就出现了DP2和DP3，DP2是基本所有的系统都有两套，包括管系，但是驾驶室只有一套。但是DP3更进一步，不仅所有系统都是双套的，就连驾驶室都是双套的，两套驾驶室都在bridge deck，分别在两端，中间用A60分隔，任何一套系统或者设备，甚至是engine room，control room烧掉，照样还能正常在海上作业，而不仅仅是生存。
IMO船级标记以及ABS美国船级社对于DP动力定位的附加标志对比：
尤其是对于许多深水钻井海上作业船来说，动力定位系统已成为必不可少的支持系统。钻井船在海上进行钻井工作，因此它对于动力定位的要求非常高，任何在海上的风浪、潮涌，都将使船舶失去原有的位置，最终导致作业失败，因此其通过GPS卫星信号、海底声呐系统以及电罗经实施对船舶位置以及艏向的一个反馈，以及风速传感器测量数据对整个船舶的受风面积计算、船舶附近一定范围内的浪和涌的测量，而后通过控制器对推进器操控，自动计算出横向以及纵向所需要的力矩，从而实施船舶的一个位置修复，以保证作业的正常实施。船舶位置以及艏向的失去对于工程船来说影响是非常大的：对于钻井船来说，如果是作业中的情况，整个钻杆将被扭断，其危害是相当大的。可见一个高效、稳定的控制系统对于钻井船的重要性。整个网络系统的安全性以及可靠性对钻井船来说是至关重要的，任何的小的故障最终将会导致无法估量的损失，因此对于DP3标志的船舶，冗余度的提高从各个方面也保证了船舶高效稳定地作业。
以公开专利文献较少，中国专利201010187913.0公开了一种超深海大型半潜式钻井平台配电系统的优化配置方法,所述优化配置方法包括优化船体电力系统主单线图、调整配电系统方案和调整钻井配电系统的布局三个步骤：A、优化船体电力系统主单线图：根据区域配电原则，将集中供电模式转换为区域供电模式，增加多个子配电板，使用电设备靠近配电板，保证用电设备与配电板连接的每根电缆长度应小于30米，主配电板与各分配电板之间通过一根电源线连接，并设置分配电板所有电源开关正常状态下处于常开状态；ICS，F/G系统分别通过信号线和F/G多芯信号线集中控制半潜式钻井平台各子系统的起停运转和应急切断；B、调整配电系统方案：根据船体实际用电设备布局，将配电板靠近用电设备，优化DP3主电缆路径，且大负载用电设备使用最近的配电板供电，将大电力电缆长度缩短至1～3m，根据用电设备布局，合理分配用于日常用电设备和钻井用电设备的配电板；C、调整钻井配电系统的布局：配电系统方案调整完成后，对电力负荷与负载平衡进行重新计算，在靠近用电设备密集区开辟一块地方，建造配电板舱室，将钻井配电板移到配电板舱室，使配电板更加靠近钻井设备，缩短电缆敷设长度。
发明内容
本发明的目的是提供一种DP3超深水钻井设备配电系统，对当前世界深海和超深海钻井设备的供电系统进行可靠分析与研究，以实现对钻井安全的完全控制，从而提高平台收益率，满足日益增长的市场需求。
本发明的目的将通过以下技术措施来实现：电力系统是11KV的中压系统，整船的电力系统是由3组或4组中压发电机组成，每组还包括2个中压发电机7370KW分别安装在A60分割的三个或4个机舱内，三条主电力系统必须A60分割，从相对应的中压配电系统到变压器再到440V低压配电板都是完全互相A60分割的。
尤其是，单体船采用DP3闭环钻井船6推进器系统分布和DP分隔，由11KV中压系统到艏部T1、T2和T3，以及艉部T4、T5和T6也都是A60分割；3个中压配电板split对应的分别是T2&T5，T1&T4，T3&T6，T4、T5以及T6艉部推进器作为航行用，并且保证航速大于11节。
尤其是，双体船采用DP3闭环8推进器系统分布和DP分隔，由11KV中压系统到艏部T1、T2和T7、T8，以及艉部T3、T4和T5、T6也都是A60分割；4个中压配电板split分别安装在船首左舷FWD PS、船艏右舷FWD SB、船艉左舷AFT PS和船艉右舷AFT SB，各分别连接二部推进器，对应的分别是T7&T8、T1&T2、T6&T5和T3&T4，船首左舷FWD PS中压配电板split与船艉右舷AFT SB中压配电板split连接，船艏右舷FWD SB中压配电板split与船艉左舷AFT PS中压配电板split连接，并且保证航速大于11节。
尤其是，中压配电板split采用600V钻井变频配电板，每部变频配电板通过两台双冗余移相变压器给其供电；两台钻井配电板间通过联络开关横向供电，钻井辅助设备配电采用两台独立的440V钻井辅助配电板通过三台变压器进行分区供电；中压配电板split的主电源由四个钻井变压器的次级绕组提供给钻井交换机，供电系统1和供电系统2的两台钻井变压器初级侧由11KV特高压配电板提供；钻井变压器有两组次级绕组，每组提供三相电源，这两个绕组相位有30度移和被称为12脉冲供给，每四个钻井变压器输出相位7.5度错开，当两个钻井变压器用于提供1交换机；每个钻井交换机是由两个12脉冲变流器的支持，将在24脉冲运行提供模式时，HV联网关闭，HV系统与单母线运行；每个钻孔变压器次级绕组通过一个三相二极管整流器组件连接到一个2500A额定空气断路器(ACB)；在ACB中的二极管整流组件成对操作，即在ACB中的他们会在指令下成对被关闭，以减少总谐波失真(THD)；在6脉冲模式操作时，该系统不可只有一个单一的ACB操作关闭；如果直流线路从一个变压器/转换器装置的可用功率限定于可用于该相应钻孔变压器最大供电，直流线路的每个交换机则通过一个或两个其变压器/转换器布置来提供；每个变压器均有一个桥间的反应器，从每个变压器输出的直流绕组/整流器是通过桥间反应器绕组连接到公共直流连接，每个桥间输出反应器从交换机DC隔离链接通过6300A两极关闭负载隔离；每个钻井供电系统有一个6300A DC隔离，使整个系统运作时，可用性电源是有限的；如果两个隔离器都断开直流电路后被连接在一起，并在完整VFD系统可以从任意两个钻井变压器供电，正常操作是两个隔离器处于打开位置；每6脉冲整流器组件的二极管由一个有熔丝指示开关高速半导体保险丝保护与熔断，如果保险丝熔断指示器检测到相关联的传入的一对ACB的将被跳闸，该传入ACB行程将跳闸，钻井变压器供应ACB的每6脉冲整流器组件将通过离心冷却风扇进行冷却，冷却风扇马达将由小型断路器和热过载保护，在每个二极管散热器总成转换器前三个二极管配有温度监测装置，这些设备都连接到PLC以使高温通过的设备负载减少；每个变频钻井交换机都配440V辅助电源；两个外部440V辅助电源被连接到切换电路中的每个交换机，440V辅助电源动态伺服配置，直到该变频钻井供电系统的部分电源发生故障时440V辅助电源转入正常工作状态；该切换电路将自动从变频钻井供电系统的前部和后部进行动态440V辅助电源的系统供电；440V辅助电源电相互联锁，以确保其中任意一个正常的输出功率在任一时刻进入辅助工作状态；440V辅助电源将电力提供给工作/备用冷却泵，二极管转换器通过降压控制变压器风扇和120V变频器的风扇冷却；每个变频钻井交换机有两个单独的220V电源，一个来自220V UPS，另一个来自应急配电板，均在位于每个变频结束的控制部分终止钻井供电系统；钻井驱动系统提供UPS的供电电源，支持控制旋钮和仪表通电和工作；当主电源连接成功时，VFD需要大约10秒来完成通电，驱动器将准备就绪；当辅助电源连接成功时，变频器冷却系统将开始发挥作用；如果在整个操作温度范围内辅助电源连接不成功时可由VFD进行穿越；当主电源故障，直流接触器将保持关闭，直到DC链接电压衰减到小于850V；当DC连接电压低于850V的直流母线接触器将被打开，直到预充电完成信号复位，预充电完成信号复位后40秒左右并达到540V；当DC连接电压变得正常并上电时，预充电完整的信号允许VFD复位。
尤其是，每个系统都有UPS和应急两个220V电源，连接到内部转换电路中的每个交换机，这些220V UPS电源将从变频钻井供电系统的两个前部和后部之一辅助提供，如果这种供应无法转换，电路将从系统前端剩余的辅助220V的电源后自动提供，220V的电源电与彼此联锁以确保在任何一个时间只有一个辅助电源提供功率到该控制系统的组件，该220V特的电源将提供控制电源到相关的电子控制设备中的交换机；此外，220V电源将对于需要一个24V直流电源的所有系统通过两个二极管提供控制电源的双冗余24V电源；所有的控制和监测系统将根据主电源和辅助电源交替工作情况，一旦主电源恢复，确保系统尽快恢复操作；每个系统有一个提供所有电机的220V加热器电源，以支持制动电阻和开关柜防结露加热器。
尤其是，系统一配电板有9个电机变频驱动VFD，系统二配电板有8个电机变频驱动。每个电机变频装置有平行安装并连接到DC线路两个增量逆变器模块。逆变器模块将输入的直流电力的可变频率的三相交流输出供应。从每个增量逆变器模块的输出供给连接到共享反应器中，共享的输出反应器被连接在一起，以创建一个被提供给所述电动机的三相供电。
尤其是，钻井供电系统1和钻井供电系统2分别有3个VFD，每个VFD有一个单一的1000A液体冷却增量变频器模块连接到直流母线，该来自增量逆变器模块的每个输出相被连接到独立的制动电阻器。每个制动电阻器连接在增量逆变器模块的一个输出端和相应的直流线路的正极或负极间构成回路；在以1000A增量逆变器模块这种方式应用中，允许应用相同的电子功率模块于电动和制动，VFD被配置为电力出口到制动电阻器上面时，直流母线电压升高1070V，VFD按比例增加输出以配合电源电压升高。
本发明的优点和效果：通过优化全船电力系统,强化区域供电原则,调整配电系统方案,优化DP3主电缆路径；通过优化钻井配电系统的布置并对重新优化的方案进行电力系统的负荷及平衡计算,使整个配电系统更趋于合理,减小施工难度,节省电缆与人工的成本，具有可操作性强，应用范围广，解决了船体配电系统设计和布局的难题的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1中单船体6推进器DP3示意图。
图2为本发明实施例2中双船体8推进器DP3示意图。
附图标记包括：T-推进器；
具体实施方式
本发明原理在于，由于配电系统的设计与布局直接影响钻进平台的正常工作,对不同形式的钻井设备供电配置有更加深入的系统分析，为提高钻井设备工作的安全可靠性提供更加全面的研究，增强平台钻井作业的安全性，达到深水及超深水钻井供电系统设计预期，减少了外委设计费用，变频驱动将是未来发展一个重要方向，其可靠性及易操作性都有很大的优点。同时，变频设备使用过程中所产生谐波容易对主电网产生污染，设计过程中将考虑如何抑制谐波的产生。研究内容包括：
1)钻井设备和钻井电网配置；
2)变频驱动的电力系统性能指标；
3)钻井变频系统对电网的谐波影响分析；
4)钻井配电系统与自动化，安全系统接口设计；
5)钻井配电系统中钻井设备功率限制系统对全船电网影响分析。
本发明根据在建12000深水钻井船的钻井设备为原型，并结合D90超深水钻井平台的技术条件，针对单塔钻井和双塔钻井的配电系统进行分析研究，通过对比分析研究不同类型平台钻井设备配电系统，以钻井配电系统为保证钻井作业连续、安全、可靠运行。
本发明中，电力系统是11KV的中压系统，整船的电力系统是由3组或4组中压发电机组成，每组还包括2个中压发电机7370KW分别安装在A60分割的三个或4个机舱内，三条主电力系统必须A60分割，从相对应的中压配电系统到变压器再到440V低压配电板都是完全互相A60分割的。
其中，A60防火分隔系指由符合一定要求的舱壁和甲板所构成的分隔，使用经认可的不可燃材料隔热，在60分钟内，其背火一面的平均温度较原温度升高不超过140℃,且在包括任何接头在内的任何一点上的温度较原温度升高不超过180℃。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如附图1所示，单体船采用DP3闭环钻井船6推进器系统分布和DP分隔，由11KV中压系统到艏部T1、T2和T3，以及艉部T4、T5和T6也都是A60分割；3个中压配电板split对应的分别是T2&T5，T1&T4，T3&T6，T4、T5以及T6艉部推进器作为航行用，并且保证航速大于11节。
实施例2：如附图2所示，双体船采用DP3闭环8推进器系统分布和DP分隔，由11KV中压系统到艏部T1、T2和T7、T8，以及艉部T3、T4和T5、T6也都是A60分割；4个中压配电板split分别安装在船首左舷FWD PS、船艏右舷FWD SB、船艉左舷AFT PS和船艉右舷AFT SB，各分别连接二部推进器，对应的分别是T7&T8、T1&T2、T6&T5和T3&T4，船首左舷FWD PS中压配电板split与船艉右舷AFT SB中压配电板split连接，船艏右舷FWD SB中压配电板split与船艉左舷AFT PS中压配电板split连接，并且保证航速大于11节。
中压配电板split采用600V钻井变频配电板，每部变频配电板通过两台双冗余移相变压器给其供电；两台钻井配电板间通过联络开关横向供电，钻井辅助设备配电采用两台独立的440V钻井辅助配电板通过三台变压器进行分区供电；可以保证在失掉任何两台移相变压器的条件下，钻井设备安全可靠的工作，提高了钻辅助设备的供电可靠性。
中压配电板split的主电源由四个钻井变压器的次级绕组提供给钻井交换机，供电系统1和供电系统2的两台钻井变压器初级侧由11KV特高压配电板提供；钻井变压器有两组次级绕组，每组提供三相电源，这两个绕组相位有30度移和被称为12脉冲供给，每四个钻井变压器输出相位7.5度错开，当两个钻井变压器用于提供1交换机，这就是所谓的'24脉冲电源“。每个钻井交换机是由两个12脉冲变流器的支持，将在24脉冲运行提供模式时，HV联网关闭，HV系统与单母线运行；每个钻孔变压器次级绕组通过一个三相二极管整流器组件连接到一个2500A额定空气断路器(ACB)；在ACB中的二极管整流组件成对操作，即在ACB中的他们会在指令下成对被关闭，以减少总谐波失真(THD)；在6脉冲模式操作时，该系统不可只有一个单一的ACB操作关闭，这将有助于THD水平高于ABS规定的船级社的可接受标准。如果直流线路从一个变压器/转换器装置的可用功率限定于可用于该相应钻孔变压器最大供电，直流线路的每个交换机则通过一个或两个其变压器/转换器布置来提供。每个变压器均有一个桥间的反应器，从每个变压器输出的直流绕组/整流器是通过桥间反应器绕组连接到公共直流连接，每个桥间输出反应器从交换机DC隔离链接通过6300A两极关闭负载隔离。每个钻井供电系统有一个6300A DC隔离，使整个系统运作时，可用性电源是有限的。如果两个隔离器都关闭直流链接被连接在一起，并在完整VFD系统可以从任意两个钻井变压器供电，正常操作是两个隔离器处于打开位置。每6脉冲整流器组件的二极管由一个有熔丝指示开关高速半导体保险丝保护与熔断，如果保险丝熔断指示器检测到相关联的传入的一对ACB的将被跳闸，该传入ACB行程将跳闸，钻井变压器供应ACB的每6脉冲整流器组件将通过离心冷却风扇进行冷却，冷却风扇马达将由小型断路器和热过载保护，在每个二极管散热器总成转换器前三个二极管配有温度监测装置，这些设备都连接到PLC以使高温通过的设备负载减少。12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上,在输入端、增加移相变压器后在增加一组6脉冲整流器,使直流母线电流由12个可控硅整流完成,因此又称为12脉冲整流。
每个系统都有UPS和应急两个220V电源，连接到内部转换电路中的每个交换机，这些220V UPS电源将从变频钻井供电系统的两个前部和后部之一辅助提供，如果这种供应无法转换，电路将从系统前端剩余的辅助220V的电源后自动提供，220V的电源电与彼此联锁以确保在任何一个时间只有一个辅助电源提供功率到该控制系统的组件，该220V特的电源将提供控制电源到相关的电子控制设备中的交换机；此外，220V电源将对于需要一个24V直流电源的所有系统通过两个二极管提供控制电源的双冗余24V电源；所有的控制和监测系统将根据主电源和辅助电源交替工作情况，一旦主电源恢复，确保系统尽快恢复操作；每个系统有一个提供所有电机的220V加热器电源，以支持制动电阻和开关柜防结露加热器。
本发明中，IMO DP3符号要求UPS是2+1,其中之一位于隔离舱室；而ABS DPS3符号要求1+1，其中之一是位于隔离舱室；也就是说主DP与备用DP系统的UPS是需要分开的，而对于主DP的两套系统则是可以放在一起的。
网络系统由网络开关盒NSB(Net Switch Box)以及FS场站(Field Station)构成；所有的FS都是由一路应急配电板以及另一路UPS供电，而NSB則是由一路UPS供电。
在一个简易的UPS供电系统中有两个独立的供电回路，主供电回路以及从供电回路连接在不同的母线上。其中一个供电回路给整流器供电，整流器将交流电转换为直流电。当主电力系统发生故障导致停电时，UPS将会给船舶电力系统提供约30min的供电。
DP控制站可以选择不同的DP工作模式，包括选择传感器，位置管理系统，推进器，以及选择DP工作模式包括：操作手柄手动艏向位置保持模式、操作手柄自动艏向位置保持模式、动力定位(自动定位)、钻杆跟随模式、自动跟踪模式和自动舵模式。
每个变频钻井交换机都配440V辅助电源；两个外部440V辅助电源被连接到切换电路中的每个交换机，440V辅助电源动态伺服配置，直到该变频钻井供电系统的部分电源发生故障时440V辅助电源转入正常工作状态；该切换电路将自动从变频钻井供电系统的前部和后部进行动态440V辅助电源的系统供电；440V辅助电源电相互联锁，以确保其中任意一个正常的输出功率在任一时刻进入辅助工作状态；440V辅助电源将电力提供给工作/备用冷却泵，二极管转换器通过降压控制变压器风扇和120V变频器的风扇冷却。每个变频钻井交换机有两个单独的220V电源，一个来自220V UPS，另一个来自应急配电板，均在位于每个变频结束的控制部分终止钻井供电系统。
钻井交换机各自配有一个独立的闭环冷却水系统，每个冷却系统安装有两个循环泵、膨胀箱、供应和回流歧管、隔离和止回阀、空气泄放阀和仪表对流量、温度和压力的热交换器，钻井交换机以此连接到船舶淡水主冷却系统；在二次冷却系统内闭环运行是水/乙二醇混合冷却液，而且作为腐蚀抑制剂对冷冻和工作提供保护；冷却泵通过变频器的逆变增量模块工作，需要保持水/乙二醇冷却剂以最小流速每分钟25升循环；冷却系统由通用控制接口控制，循环水泵作为工作或备用状态运行时，在工作状态将在定时循环旋转，如果占空泵未能激活流量开关，所述泵将被假定为有故障，并且备用泵将开始投入运行；如果备用泵不能启动，流量开关将不采取行动，压力损失或泄漏检测将停止泵工作，并且，压力损失和泄漏检测跳闸可以在HMI优先处理，远程和本地HMI提出适当的警报。
在钻井供电系统1有12个变频驱动(VFD)，同时，在钻井供电系统2有11变频驱动(VFD)，每个变频驱动都安装在独立的柜子中，并连接到辅助冷却系统、直流环节DC Link和负载；该变频驱动VFD可通过手动操作从直流母线给电进行隔离维护，以锁定直流环节隔离器，并且也可以从自密封隔绝联轴器装配到各VFD增量逆变器模块的共同的冷却集管隔离。当DC隔离链接关闭手柄互锁，以防止打开柜门时的VFD通电。停止运转条件下的VFD可以经由通信网络或通过实现在本地或远程紧急停车设施。该VFD是通过断开直流接触器来断开两个负载直流连接，当本地紧急停止电路启动，直流接触器将打开隔离直流线路的变频器；增量模块通过高速半导体保险丝保护，用熔丝熔断指示器开关，当保险丝熔断指示器开关已经被激活时，直流接触器将从隔离变频器直流链接被打开。当本地紧急停止电路被释放，而其他所有连锁是正常时，对直流电容器预充电序列将被启动，负直流接触器将被关闭；这使得增量变频器模块将通过预充电电阻器预充电，其绕过所述正DC接触器；当变频器模块指示它们已经完成预充电时，直流接触器将被关闭，完成电源路径；每个变频器有一个共用驱动控制器(CDC)和相关的控制电路，一个驱动器的数据管理器(DDM)设置成允许由操作者访问该驱动器控制器，该DDM允许对参数进行改变，以对电机和驱动器状态进行监控；增量逆变器模块具有六个隔离栅双极型晶体管，以完成将隔离栅极驱动电路、滤波电容、散热片温度传感器和电源接口板安装在配备了快速连接/自封冷却液耦合器冷却液散热器架总成上。
每个共用驱动控制器CDC配置提供：记录驱动器100次变频器跳闸10个内部参数的历史记录；连接到RS485公共控制接口，提供相应数据；作为绞车、泥浆泵和顶驱变频器的远程操作PB总线接口；控制用于PB总线保护变频驱动的上电复位运行；操作水泥泵以太网接口；以太网控制变频驱动VFD的脉冲；电源电压骤降穿越；泥浆泵和顶驱电机功率限制；对编码器丢失的绞车和顶驱电机纠错；禁用电机过载保护(NOV管理)；直流母线过压保护回避功能。
系统一配电板有9个电机变频驱动，系统二配电板有8个电机变频驱动。每个电机变频装置有平行安装并连接到DC线路两个增量逆变器模块。逆变器模块将输入的直流电力的可变频率的三相交流输出供应。从每个增量逆变器模块的输出供给连接到共享反应器中，共享的输出反应器被连接在一起，以创建一个被提供给所述电动机的三相供电。
钻井供电系统1和钻井供电系统2分别有3个VFD，每个VFD有一个单一的1000A液体冷却增量变频器模块连接到直流母线，该来自增量逆变器模块的每个输出相被连接到独立的制动电阻器。每个制动电阻器连接在增量逆变器模块的一个输出端和相应的直流线路的正极或负极间构成回路；在以1000A增量逆变器模块这种方式应用中，允许应用相同的电子功率模块于电动和制动，VFD被配置为电力出口到制动电阻器上面时，直流母线电压升高1070V，VFD按比例增加输出以配合电源电压升高。
钻井驱动系统提供UPS的供电电源，支持控制旋钮和仪表通电和工作；当主电源连接成功时，VFD需要大约10秒来完成通电，驱动器将准备就绪；当辅助电源连接成功时，变频器冷却系统将开始发挥作用；如果在整个操作温度范围内辅助电源连接不成功时可由VFD进行穿越；当主电源故障，直流接触器将保持关闭，直到DC链接电压衰减到小于850V；当DC连接电压低于850V的直流母线接触器将被打开，直到预充电完成信号复位，预充电完成信号复位后40秒左右并达到540V；当DC连接电压变得正常并上电时，预充电完整的信号允许VFD复位。
制动电阻器组包括海水贮存槽和动态制动单元；系统1和系统2的海水冷却制动电阻单元将提供位于所述制动斩波器的负载内的相关联的钻井供电系统的VFD；每个电阻器组由3×400千瓦的电阻元件构成，受钻井VFD控制部分每个系统电阻器监测和监控温度、水位和水温。
控制接口在每一个RX3i的CPU机架上将配备的Pb总线卡，Pb总线卡连接到水泥泵提供控制，其中，一个Pb总线卡用于控制水泥泵1，其他Pb总线卡用于控制水泥泵2。
每个VFD钻井供电系统将配备一个人机界面(HMI)，每个HMI将访问值班的RX3iCPU，如果当值的RX3i CPU出现故障，每个HMI将访问备用的RX3i CPU，每人机界面(HMI)提供相同的信息；HMI显示信息包括，来自VFD、冷却系统、电源和通讯的信息，以及当前所有的报警；所有的通讯状态；所有的电源状态；所有冷却系统状态；所有VFD状态；所有计入历史记录报警；报警器被设定操作的警报内容；冷却系统可以从HMI进行手动操作；可以被监视系统时间。
本发明还采用通用电气GE Fanuc的PLC和HMI运行环境和Proficy上位监控系统配置。以及Proficy Machine Edition逻辑开发专业软件。
本发明中，以DP3标准配备的二套钻井供电系统，钻井供电系统一包括以下配置:2x12脉冲ACB/二极管整流转换器部件；4x泥浆泵电机逆变器部件；3x主绞车电机逆变器部件；1x水泥泵电机逆变器部件；3x制动斩波逆变器部件；1x顶部驱动逆变器部件；1x 440V分配/水冷部件；1x控制部件；钻井供电系统二包括以下配置:2x 12脉冲ACB/二极管整流转换器部件；4x泥浆泵电机逆变器部件；2x主绞车电机逆变器部件；3x制动斩波器逆变器部件；1x顶驱变频部件；x水泥泵部件；1x 440V d分配/水冷部件；1x控制部件。
本发明中，部分名称的缩写包括：
AC即Alternating current的缩写，意指交流电；
ABS即American Bureau Of Shipping的缩写，意指美国船级社；
ACB即Air Circuit Breaker的缩写，意指空气断路器；
ADW即Auxiliary Drawworks的缩写，意指辅助绞车；
CPU即Central processing unit的缩写，意指中央处理单元；
CVT即Converteam的缩写，意指科孚德机电，CONVERTEAM的前身是法国知名企业阿尔斯通(ALSTOM)机电部；
DC即Direct current的缩写，意指直流电；
DDM即Drive Data Manager的缩写，意指驱动数据管理器；
DNV即Det Norske Veritas的缩写，意指挪威船级社；
DPMS即Drilling Power Management的缩写，意指钻井电源管理；
MDW即Main Drawworks的缩写，意指主绞车；
EGD即Ethernet Global Data的缩写，意指以太网全局数据；
HMI即Human Machine Interface的缩写，意指人机界面；
I/O即Inputs and Outputs的缩写，意指输入和输出；
KM即Kongsberg Marine的缩写，意指康斯贝格海洋工程，挪威康士伯海事公司运用信号处理、控制理论、软件开发和系统集成四项核心技术的优势；
MP即Mud Pump的缩写，意指泥浆泵；
NOV即National Oilwell Varco的缩写，意指挪威国民油井华高公司；
OLM即Optical Link Module的缩写，意指光学链接模块；
PB即Profibus的缩写，意指现场总线；
PLC即Programmable Logic Controller的缩写，意指可编程序逻辑控制器；
RTD即Resistance Temperature Device的缩写，意指电阻温度装置；
TCP/IP即Transmission Control Protocol/Internet Protocol的缩写，意指传输控制协议/互联网协议；
TD即Top Drive的缩写，意指顶驱；
THD即Total Harmonic Distortion的缩写，意指总谐波失真；
UPS即Uninterruptible Power Supply的缩写，意指不间断电源；
VFD即Variable Frequency Drive的缩写，意指变频驱动；
ICMS即Integrated Control and Monitoring System的缩写，意指集成控制和监控系统；
PMS即Power Management System的缩写，意指电源管理系统。

Claims (4)

1.DP3超深水钻井设备配电系统，是11KV的中压配电系统，由3组或4组中压发电机组成，每组还包括2个7370KW中压发电机，每2个中压发电机安装在一个A60分割的机舱内，配电系统必须A60分割，从相对应的中压配电系统到变压器再到440V低压配电板都是完全互相A60分割的；
单体船采用DP3闭环6推进器系统分布和DP分隔，由11KV中压系统到艏部T1、T2和T3，以及艉部T4、T5和T6也都是A60分割；3个中压配电板split对应的分别是T2&T5，T1&T4，T3&T6，T4、T5以及T6艉部推进器作为航行用，并且保证航速大于11节；
双体船采用DP3闭环8推进器系统分布和DP分隔，由11KV中压系统到艏部T1、T2和T7、T8，以及艉部T3、T4和T5、T6也都是A60分割；4个中压配电板split分别安装在船首左舷FWDPS、船艏右舷FWD SB、船艉左舷AFT PS和船艉右舷AFT SB，每个中压配电板分别连接二部推进器，对应的分别是T7&T8、T1&T2、T6&T5和T3&T4，船艏左舷FWD PS中压配电板split与船艉右舷AFT SB中压配电板split连接，船艏右舷FWD SB中压配电板split与船艉左舷AFT PS中压配电板split连接，并且保证航速大于11节；
其特征在于，中压配电板split采用600V钻井变频配电板，每部钻井变频配电板通过两台双冗余移相变压器给其供电；两台钻井变频配电板间通过联络开关横向供电，钻井辅助设备配电采用两台独立的440V钻井辅助配电板通过三台变压器进行分区供电；中压配电板split的主电源由四个钻井变压器的次级绕组提供给钻井交换机，整个供电系统包括钻井供电系统一和钻井供电系统二，该二个钻井供电系统为变频供电系统；每个钻井供电系统的钻井变压器初级侧电源由11KV高压配电板提供；钻井变压器有两组次级绕组，每组提供三相电源，这两个绕组相位有30度相位差，每四个钻井变压器输出错开7.5度相位；每个钻井交换机是由两个12脉冲变流器的支持，将在提供24脉冲运行模式时，高压电源HV联网关闭，高压电源HV系统与单母线运行；每个钻井变压器次级绕组通过一个三相二极管整流器组件连接到一个额定2500A空气断路器(ACB)；在空气断路器(ACB)中的二极管整流组件成对操作，即在空气断路器(ACB)中的二极管整流组件会在指令下成对被关闭，以减少总谐波失真(THD)；在6脉冲模式操作时，该整个供电系统不可只有一个单一的空气断路器(ACB)完成关闭操作；如果限定直流线路以可用于相应钻井变压器最大供电的可用功率从一个变压器/转换器装置供电时，直流线路的每个交换机通过一个或两个其变压器/转换器布置来提供；每个变压器均有一个桥间反应器，从每个变压器输出的直流绕组/整流器是通过桥间反应器绕组连接到公共电路，每个桥间反应器从交换机DC隔离链接通过6300A两极关闭负载隔离；每个钻井供电系统有一个6300A DC隔离，使整个供电系统运作时，可用性电源是有限的；如果两个隔离器都断开直流电路后就会被连接在一起，完整VFD系统可以从任意两个钻井变压器供电，正常操作是两个隔离器处于打开位置；每个6脉冲整流器组件的二极管由一个有熔丝指示开关高速半导体保险丝保护与熔断，如果保险丝熔断指示器检测到相关联的设备的一对ACB的将被跳闸行程传入，该空气断路器(ACB)将跳闸，钻井变压器供应空气断路器(ACB)的每个6脉冲整流器组件将通过离心冷却风扇进行冷却，冷却风扇马达将由小型断路器和热过载保护，在每个二极管散热器总成转换器的前三个二极管上配有温度监测装置，这些6脉冲整流器组件、钻井变压器、冷却风扇马达和二极管散热器总成转换器设备都连接到PLC以使高温通过的设备负载减少；每个变频钻井交换机都配440V辅助电源；两个外部440V辅助电源被连接到切换电路中的每个交换机，440V辅助电源动态伺服配置，直到该钻井供电系统的部分电源发生故障时440V辅助电源转入正常工作状态；该切换电路将自动从钻井供电系统的前部和后部进行动态440V辅助电源的系统供电；440V辅助电源电相互联锁，以确保其中任意一个正常的输出功率在任一时刻进入辅助工作状态；440V辅助电源将电力提供给工作/备用冷却泵，二极管转换器通过降压控制变压器风扇和120V变频器的风扇冷却；每个变频钻井交换机有两个单独的220V电源，一个来自220V UPS，另一个来自应急配电板，均在位于每个变频结束的控制部分终止钻井供电系统；钻井驱动系统提供UPS的供电电源，支持控制旋钮和仪表通电和工作；当主电源连接成功时，VFD需要10秒来完成通电，驱动器将准备就绪；当辅助电源连接成功时，变频器冷却系统将开始发挥作用；如果在整个操作温度范围内辅助电源连接不成功时可由VFD进行穿越；当主电源故障，直流接触器将保持关闭，直到DC链接电压衰减到小于850V；当DC连接电压低于850V的直流母线接触器将被打开，直到预充电完成信号复位，预充电完成信号复位后40秒并达到540V；当DC连接电压变得正常并上电时，预充电完整的信号允许VFD复位。
2.如权利要求1所述的DP3超深水钻井设备配电系统，其特征在于，每个中压配电系统都有UPS和应急两个220V电源，连接到内部转换电路中的每个交换机，这些220V UPS电源将从钻井供电系统的两个前部和后部之一辅助提供，如果这种供应无法转换，电路将从中压配电系统前端剩余的辅助220V的电源后自动提供，220V的电源电彼此联锁以确保在任何时间只有一个辅助电源提供，该220V的电源将提供控制电源到相关的电子控制设备中的交换机；此外，220V电源将对于需要24V直流电源的所有设备通过两个二极管提供控制电源的双冗余24V电源；所有的控制和监测系统将根据主电源和辅助电源交替工作情况，一旦主电源恢复，确保控制和监测系统尽快恢复操作；每个控制和监测系统有一个提供所有电机的220V加热器电源，以支持制动电阻和开关柜防结露加热器。
3.如权利要求1所述的DP3超深水钻井设备配电系统，其特征在于，钻井供电系统一配电板有9个电机变频驱动VFD，钻井供电系统二配电板有8个电机变频驱动；每个电机变频装置有平行安装并连接到DC线路两个增量逆变器模块；逆变器模块将输入的直流电力的可变频率的三相交流输出供应；从每个增量逆变器模块的输出供给连接到共享反应器中，共享的输出反应器被连接在一起，以创建一个被提供给电动机的三相供电。
4.如权利要求1所述的DP3超深水钻井设备配电系统，其特征在于，钻井供电系统一和钻井供电系统二分别有3个VFD，每个VFD有一个单一的1000A液体冷却增量变频器模块连接到直流母线，来自增量逆变器模块的每个输出相被连接到独立的制动电阻器；每个制动电阻器连接在增量逆变器模块的一个输出端和相应的直流线路的正极或负极间构成回路；在以1000A增量逆变器模块这种方式应用中，允许应用相同的电子功率模块于电动和制动，VFD被配置为电力出口到制动电阻器上面时，直流母线电压升高1070V，VFD按比例增加输出以配合电源电压升高。
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