CN109435695A - 新型接触取电装置和方法及船舶岸电在线接触取电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型接触取电装置和方法及船舶岸电在线接触取电方法，包括电源系统，由一个或多个可再生能源电站和市政电网供电系统共同为船舶运输系统提供电能；供电系统，将电源系统产生的电能传输给船舶接触取电装置，包括发输变电系统、船舶接触导线供电线路；采用电动机和内燃机驱动的可切换运行的双动力船舶，船舶接触取电装置从供电系统取电并传输给电动机为双动力船舶提供动力，还包括沿航道设置的生物质燃料加油站。以生物质能、太阳能等可再生能源为动力替代传统化石能源驱动内河航道船舶运输，以电力驱动为主内燃机驱动为辅实现绿色可持续的内河船舶运输，降低碳排放，减轻大气、水和噪声污染。

Description

新型接触取电装置和方法及船舶岸电在线接触取电方法

本案是母案(201510058484.X)的分案申请

技术领域

本发明涉及一种新型船舶运输系统，尤其涉及一种采用电动机和内燃机驱动的船舶运输系统。

背景技术

气候变化问题已成为影响人类社会发展和全球政治经济格局的重大战略课题。从全球范围来看，交通运输业在世界能源消费和温室气体排放中所占比重均超过20％，且仍呈较快上升态势，节能减排责任重大。当前我国经济发展与资源环境的矛盾突出，石油资源尤为紧缺，目前我国石油对外依存度已突破 50％的警戒线。交通运输业是全社会石油消费的主要行业，2008年我国交通运输业石油消费量约占全国石油终端消费总量的36％，其中公路运输、水路运输、城市客运在交通运输业中的比例分别约为44％、20％和15％。我国交通运输行业作为能源消费和温室气体排放的重点领域之一，面临着巨大的减排压力。因此，交通运输行业必须按照发展绿色经济、低碳经济的要求，加快实施绿色、低碳交通发展战略。

随着我国经济的快速发展，交通运输企业竞争日趋激烈，但归根结底是企业经营成本、管理服务水平、可持续发展能力等核心实力的综合竞争。当前，能源成本约占交通运输企业生产总成本的30％～40％左右。能源成本已成为企业经营成本和核心竞争力的重要影响因素。因此，加强交通运输节能减排，一方面可有效降低经营成本，提高企业核心竞争力；另一方面也有助于营造和谐、高效、绿色、低碳的交通运输环境，提升交通运输现代化水平，履行社会责任和义务。

我国具有丰富的生物质能，生物质能的应用对缓解化石燃料紧缺、减少污染物和二氧化碳排放具有重要意义。我国是农业大国，是农作物秸秆最为丰富的国家之一。船舶航道两岸多为农林田地，具有丰富的生物质能来源。因此，以生物质能、太阳能等可再生能源为动力替代传统化石能源驱动船舶运输具有广阔的发展前景。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足而提供一种以生物质能、太阳能和生物质液体燃料等可再生能源替代传统化石能源驱动内船舶航行的新型船舶运输系统，实现绿色环保、可持续发展的船舶运输，减轻大气、水和噪声污染，降低碳排放量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统，包括：

电源系统，由一个或多个可再生能源电站和市政电网供电系统共同为船舶运输系统提供电能；

供电系统，将电源系统产生的电能传输给船舶接触取电装置，包括发输变电系统、船舶接触导线供电线路；

采用电动机和内燃机驱动的可切换运行的双动力船舶，包括船舶接触取电装置、变频器、电动机、内燃机、动力切换装置、螺旋桨、船舶操纵系统和船体，船舶接触取电装置从供电系统取电并传输给电动机为双动力船舶提供动力；

还包括沿航道设置的生物质燃料加油站，为船舶内燃机提供生物质燃料。

电源系统将生物质能、太阳能等可再生能源转换成电能，通过发输变电系统向船舶接触导线供电线路供电，船舶接触取电装置从船舶接触供电线路上接收电能向采用电动机和内燃机驱动可切换运行的双动力船舶提供电力，当船舶在接触导线供电线路覆盖的航道上航行时，采用电动机驱动船舶航行；当船舶脱离接触导线供电线路供电时，采用内燃机驱动船舶航行。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的可再生能源电站包括生物质能电站、沼气电站、垃圾电站、太阳能电站中的任意一种或几种，这些可再生能源电站依航道方向间隔设置，将沿岸田地农作物秸秆、城市和乡村生活垃圾、船舶生活垃圾送至对应的可再生能源电站发电，由可再生能源电站和航道附近市政电网供电系统共同为船舶运输系统提供电能。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的发输变电系统包括电力一次系统和电力二次系统，所述的电力一次系统包括变压器、高压断路器、隔离开关、高压熔断器、高压负荷开关、重合器、分段器、互感器、避雷器、母线、绝缘子和电力电缆；所述的电力二次系统包括互感器、测量表计、继电保护和自动装置、操作电器、直流电源，发输变电系统将电源系统提供的电能传输至船舶接触导线供电线路。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的船舶接触导线供电线路包括支撑装置、连接装置、调整器、接触导线定位装置、接触导线、固定支架，支撑装置沿航道方向对称设置在河流两岸或航道两侧不影响船舶通航的水域，接触导线定位装置通过连接装置与对应两侧的支撑装置连接，将接触导线定位装置架设于航道水面上空一定高度，所述的接触导线定位装置上设有多个固定支架，固定支架下端固定接触导线，接触导线沿航道方向分布，固定支架中间安装绝缘子，使接触导线和支撑装置或不同接触导线之间相互绝缘隔离，接触导线定位装置将不同接触导线按一定距离固定在同一平面上，在接触导线定位装置与支撑装置间设置调整器，通过调整接触导线定位装置两侧连接装置的长度使不同接触导线组成的平面与航道水面平行，以便于船舶接触取电装置取电。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的连接装置为钢索、杆或梁类构件中的任意一种或多种组合，所述的船舶接触导线供电线路采用一路或多路交流三相三线制或交流单相两线制接触导线供电。优选地，在所述的连接装置或接触导线定位装置上设有电力警示标志牌。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的船舶接触取电装置包括水平取电杆、绝缘子、固定架、位置调节装置、水平取电杆和接触导线跟踪定位系统、船舶接触取电装置收放系统，船舶接触取电装置底座通过铰链支座连接在船体上方，当水平取电杆与接触导线接触时向船舶供电，所述的船舶接触取电装置采用交流三相三线制或交流单相两线制接线方式取电。

所述的水平取电杆为水平布置的与接触导线方向垂直接触的导电体，通过水平取电杆固定架与位置调节装置连接，在水平取电杆与位置调节装置连接的水平取电杆固定架中间安装绝缘子保持电气绝缘，位置调节装置调整水平取电杆与接触导线之间的相对位置，所述的水平取电杆和接触导线跟踪定位系统监测到水平取电杆中点偏离船舶接触接触供电导线一定距离时向船舶驾驶系统提供报警信号，通过人工或自动控制操作位置调节装置调整水平取电杆与接触导线之间的相对位置，保持水平取电杆与接触导线紧密接触可靠供电，在需要断开接触导线供电时通过位置调节装置使水平取电杆脱离接触供电导线。

进一步地，所述的位置调节装置包括垂直升降控制系统、水平位移控制系统、360度旋转控制系统、柔性小位移补偿系统。垂直升降控制系统通过液压、气动或伺服电机等传动机构带水平取电杆上下移动，补偿由于船舶不同载重量引起的船舶吃水深度变化或航道水位变化引起的取电杆与接触供电导线间的纵向位移；水平位移控制系统通过液压、气动器件或伺服电机等传动机构带动水平取电杆左右移动，补偿船舶航行过程中水平取电杆中点偏离接触导线的横向位移；360度旋转控制系统通过液压、气动器件或伺服电机等传动机构带动取电杆左右转动，在电动船船体与接触导线成一定角度时保持水平取电杆与接触导线垂直，提高供电可靠供性和船舶操纵操作便利性；柔性小位移补偿系统，通过连接在水平取电杆和固定支架间的弹性体、滑动导轨控制水平取电杆与接触导线间的接触压力，补偿船舶航行时波浪和振动造成的船体纵向位移、导线跨度过长造成的微量弯曲位移及接触导线振动发生的位移，使船舶航行过程中接触导线与水平取电杆紧密接触可靠供电。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的船舶接触取电装置收放系统包括液压、气动或伺服电机等传动机构、连杆、固定铰链支座、位移传感器，可以将船舶接触取电装置以底座为固定点旋转至水平或垂直位置，便于船舶接触取电装置的检修维护和船舶通过障碍物。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的内燃机和电动机驱动可切换运行的双动力船舶包括内燃机、电动机、变频器、动力切换装置、联轴器、传动轴、螺旋桨、船体及船舶操纵系统等组成，内燃机和电动机输出机械能驱动船舶航行，动力切换装置的作用是使船舶可以采用内燃机驱动也可以采用电动机驱动，在内燃机驱动和电动机驱动方式之间可以实现动力的切换使用，变频器的作用是调节电动机转向和转速，便于船舶操纵，联轴器和传动轴将动力切换装置输出的动力传递给螺旋桨，通过螺旋桨驱动船舶航行，当船舶在设置有船舶接触供电线路的航道上航行时，可以通过电动机驱动船舶航行；当船舶在无船舶接触供电线路的航道上航行时，可以切换至内燃机驱动模式，通过内燃机驱动船舶航行。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的船舶电力监控和计量装置包括电压表、电流表、功率表、电量表、卫星定位器、远程信号传输器等部分组成，以实现电流、电压、功率和用电量等数据的在线监控和远程传输。所述的船舶和电力通信调度装置的作用是在船舶电力接触导线供电系统和船舶间提供通信联络，便于各种信息传递。

作为本发明所述的采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的一种优选方案，所述的生物质燃料加油站沿航道方向间隔一定距离设置，当采用电动机和内燃机驱动可切换运行的双动力船舶在无船舶接触供电线路的航道上航行时，可以切换至内燃机驱动模式，使用以可再生资源生产的生物液体燃料为主燃料驱动船舶航行，从而减少化石燃料使用量，减轻大气、水和噪声污染，降低二氧化碳排放。

附图说明

图1是本发明提供的本发明实施例采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统的结构示意图。

图2为本发明实施例船舶接触导线供电线路示意图。

图3为本发明实施例船舶运输系统切面示意图。

图4为本发明实施例船舶接触取电装置示意图。

图5为本发明实施例船舶接触取电装置与发输变电系统线路连接示意图。

图6为本发明实施例船舶接触导线供电线路侧面示意图。

图7为本发明实施例船舶接触取电装置收放系统将水平取电杆收起状态示意图。

图8为本发明实施例船舶动力系统连接示意图。

其中：1、生物质能电站 2、沼气电站 3、太阳能电站 4、市政电网供电系统 5、发输变电系统 6、船舶接触导线供电线路 7、船舶接触取电设备 8、支撑装置 9、钢索或杆类构件 10、接触导线定位装置 11、接触导线 12、绝缘瓷瓶 13、接触导线固定支架 14、调整器15、电力警示标识牌 16、水平取电杆 17、垂直升降控制系统 18、水平位移控制系统 19、360度旋转控制系统 20、柔性小位移补偿系统 21、绝缘子 22、船舶接触取电装置收放系统23、内燃机 24、电动机 25、变频器 26、联轴器 27、动力切换装置 28、传动轴 29、螺旋桨30、船体 31、生物质燃料加油站

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1、2所示，一种采用电动机和内燃机驱动的新型船舶运输系统，包括生物质能电站1、沼气电站2、太阳能电站3、市政电网供电系统4共同组成电源系统为整个船舶运输系统提供电能，电源系统产生的电能通过供电系统的发输变电系统5、船舶接触导线供电线路6、船舶接触取电设备7提供给船舶动力系统。生物质能电站1、沼气电站2、太阳能电站3沿航道方向间隔一定距离设置，通过绿色可再生能源电站发电和航道附近市政电网共同为内燃机和电动机驱动可切换运行的双动力船舶提供电力能源。沿航道方向收集沿岸田地农作物秸秆、城市和乡村生活垃圾、船舶生活垃圾送至可再生能源电站发电，通过发输变电系统5、船舶接触导线供电线路6、船舶接触取电装置7为内燃机和电动机驱动可切换运行的双动力船舶提供清洁电力能源驱动船舶航行。

本实施例所述的发输变电系统包括电力一次系统和电力二次系统，所述的电力一次系统包括导线、变压器、隔离开关、负荷开关、互感器，所述的电力二次系统包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置。

如图3所示，本实施例所述的船舶接触导线供电线路，包括支撑装置8、连接装置9、接触导线定位装置10、接触导线11、绝缘瓷瓶12、固定支架13、调整期14、电力警示标识牌15，支撑装置8对称设置在船舶通过的航道两侧岸上或不影响船舶通航的水域，连接装置9横跨航道架设于航道水面上空，两端与对立的支撑装置8固定，连接装置9上设有多个固定支架13，固定支架 13上安装绝缘瓷瓶12，固定支架13下端固定接触导线11，接触导线11沿航道方向分布，在连接装置两端设置调整器，用以调整不同接触导线11的相对位置，使其保持在同一水平面上。在连接装置或接触导线定位装置上设有电力警示标志牌15，用以警告提醒注意安全。如图5所示，所述的船舶接触导线供电线路，采用两路交流三相三线制供电系统供电，当然也可以采用多路交流三相三线制供电系统供电。

如图4、6、7所示，本实施例所述的船舶接触取电装置包括水平取电杆 16、垂直升降控制系统17、水平位移控制系统18、360度旋转控制系统19、柔性小位移补偿系统20、绝缘子21、水平取电杆和接触导线跟踪定位系统(图中未画出)、船舶接触取电装置收放系统22，所述的水平取电杆16为近似垂直地与接触导线接触的导电体，与供电导线11紧密接触为内燃机和电动机驱动可切换运行的双动力船舶供电。垂直升降控制系统17通过液压、气动或伺服电机带动取电杆上下移动，补偿由于船舶不同载重量引起的船舶取电杆纵向位移。水平位移控制系统18通过液压、气动器件或伺服电机带动取电杆左右移动，补偿船舶航行过程中偏离接触导线的横向位移。360度旋转控制系统19 通过液压、气动器件或伺服电机带动取电杆左右转动，在电动船船体与接触导线成一定角度时仍能正常供电。柔性小位移补偿系统20通过连接在水平取电杆和固定支架间的弹性体控制水平取电杆与接触导线间的接触压力，补偿船舶航行时波浪和振动造成的船体纵向位移及接触导线振动发生的位移，使船舶航行过程中接触导线与水平取电杆紧密接触可靠供电。

绝缘子21的作用是在水平取电杆与取电杆支架及船体之间形成良好的绝缘隔离，保障用电安全。船舶接触取电装置收放系统22包括液压、气动或伺服电机传动机构、连杆、固定铰链支座、位移传感器，可以将船舶接触取电装置以底座为固定点旋转至水平或垂直位置，便于船舶接触取电装置的检修维护和船舶通过障碍物。

水平取电杆和接触导线跟踪定位系统包括传感器、变送器、控制器、显示器、及操作装置组成，其作用是监控水平取电杆和接触导线位置，在偏离接触导线一定距离时向船舶驾驶系统提供报警信号，方便船舶自动或船员人工调整船舶或水平取电杆位置，当水平取电杆脱离接触导线时，通过自动或手动操作系统关闭船舶电动机驱动系统，采用内燃机驱动船舶航行。

如图8所述，本实施例的船舶动力系统为内燃机和电动机双动力系统，船舶供电系统7与电动机24连接，电动机24带有变频器25，来调节电动机转向和转速，便于船舶操纵。内燃机23和电动机24分别通过联轴器26与动力切换装置27连接，动力切换装置27通过传动轴28与螺旋桨29连接为船体30 提供动力。当船舶在设置有船舶接触供电线路的航道上航行时，可以通过电动机驱动船舶航行；当船舶在无船舶接触供电线路的航道上航行时，可以切换至内燃机驱动模式，通过内燃机驱动船舶航行。在本实施例中，沿航道方向间隔一定距离还设有一些生物质燃料加油站31，为船舶提供生物质柴油，当采用内燃机驱动模式时使用生物质柴油作为主要燃料，从而减少化石燃料使用量，减轻大气和水污染，降低二氧化碳排放。

本实施例中船舶动力系统还包括船舶电力监控和计量装置，船舶电力监控和计量装置包括电压表、电流表、功率表、电量表、卫星定位器、远程信号传输器等部分组成，以实现电流、电压、功率和用电量的在线监控和远程数据传输。所述的船舶和电力通信调度装置的作用是在船舶电力接触导线供电系统和船舶间提供通信联络，便于各种信息传递。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种新型接触取电装置，其特征在于：

包括：水平取电杆、固定支架、位置调节装置；

所述的水平取电杆为水平布置的与接触导线垂直接触的导电体，通过水平取电杆固定支架与位置调节装置连接；

所述的位置调节装置可以在人工或自动控制系统作用下运动，从而带动水平取电杆运动，以补偿接触取电过程中接触导线与水平取电杆之间或接触导线与安装该取电装置的物体之间出现的位移变化，保持水平取电杆与接触导线接触取电。

2.根据权利要求1所述的新型接触取电装置，其特征在于：所述的位置调节装置包括垂直升降控制系统、水平位移控制系统、360度旋转控制系统，位置调节装置可以在人工或自动控制系统作用下运动，从而带动水平取电杆上下运动、水平运动、旋转运动，以补偿接触导线与水平取电杆之间或接触导线与安装该取电装置的物体之间出现的位移变化，使接水平取电杆与接触导线保持接触，实现使用接触取电装置从接触导线取电。

3.根据权利要求1所述的新型接触取电装置，其特征在于：所述的位置调节装置还包括：柔性小位移补偿系统，所述的柔性小位移补偿系统使水平取电杆与其固定支架之间可以相对移动，使接水平取电杆与接触导线保持接触，实现使用接触取电装置从接触导线取电。

4.根据权利要求1所述的新型接触取电装置，其特征在于：还包括接触取电装置收放系统，所述的接触取电装置收放系统可以将接触取电装置旋转至水平或垂直位置。

5.一种新型接触取电方法，其特征在于：

使用一种带有取电部件和可以调整取电部件位置的位置控制部件的接触取电装置从接触导线取电；

在接触取电过程中，使所述的取电部件与接触导线接触，从接触导线取电；

在接触取电过程中，使所述的位置控制部件运动，带动取电部件运动，从而调整取电部件的位置，以补偿接触导线与取电部件之间或接触导线与安装该取电装置的物体之间的位移变化，保持取电部件与接触导线接触取电。

6.根据权利要求5所述的接触取电方法，其特征在于：还包括

当取电部件与接触导线出现纵向位移时，通过人工或自动控制取电部件位置的位置控制部件运动，带动取电部件上下运动进行纵向位移补偿，从而使取电部件与接触导线保持接触；

当取电部件与接触导线出现横向位移时，通过人工或自动控制取电部件位置的位置控制部件运动，带动取电部件水平运动进行横向位移补偿，从而使取电部件与接触导线保持接触；

当取电部件与接触导线出现角向位移时，通过人工或自动控制取电部件位置的位置控制部件运动，带动取电部件旋转运动进行角向位移补偿，从而使取电部件与接触导线保持接触。

7.根据权利要求5所述的接触取电方法，其特征在于：还包括使取电部件与其固定支架之间可以相对移动，从而使取电部件与接触导线保持接触。

8.根据权利要求5所述的接触取电方法，其特征在于：还包括使接触取电装置旋转至水平或垂直位置。

9.一种船舶岸电在线接触取电方法，其特征在于：

在船舶上安装接触取电装置；

使接触取电装置的取电部件与接触导线相接触，取电部件从接触导线取电，从而为船舶供电；

船舶航行或停泊中，通过人工或自动控制取电部件运动，以调整取电部件的位置，从而对接触导线与船体之间的位移变化或接触导线与取电部件之间的位移变化进行补偿，使接触取电装置的取电部件与接触导线接触，取电部件从接触导线取电，实现使用岸电为航行或停泊中的船舶供电。

10.根据权利要求9所述的船舶岸电在线接触取电方法，其特征在于：在船舶航行或停泊中，使接触取电装置的取电部件上下运动、水平运动、旋转运动对船舶与接触导线间的纵向位移、横向位移、角向位移进行补偿，从而使接触取电装置的取电部件与接触导线在船舶航行或停泊中接触，实现使用岸电为航行或停泊中的船舶供电。

11.根据权利要求9所述的船舶岸电在线接触取电方法，其特征在于：通过人工或自动控制使接触取电装置的取电部件上下移动，补偿船舶航行过程中取电部件偏离接触导线的纵向位移；通过人工或自动控制使接触取电装置的取电部件左右移动，补偿船舶航行过程中取电部件中点偏离接触导线的横向位移；通过人工或自动控制使接触取电装置的取电部件左右转动，在船体与接触导线成一定角度时保持取电部件与接触导线垂直，补偿船舶航行或停泊中取电部件偏离接触导线的角向位移。

12.根据权利要求9所述的船舶岸电在线接触取电方法，其特征在于：使取电部件与其固定架之间可以上下移动，对取电部件与接触导线之间的微小位移进行补偿，使接触取电装置的取电部件与接触供电导线在船舶航行或停泊中接触，实现使用岸电为航行或停泊中的船舶供电。

13.根据权利要求9所述的船舶航行岸电在线接触取电方法，其特征在于：使取电装置旋转至垂直或水平位置。