一种双机舱三级动力定位的船舶配电系统的制作方法

本发明涉及一种双机舱三级动力定位的船舶配电系统，属于船舶配电系统技术领域。

背景技术：

对于双机舱两个电站向奇数个推进器，如5个推进器供电的船舶，不可避免地会有一个机舱，即一个冗余组，向3台推进器供电的情形；当该冗余组进水或者失火时，即三级动力定位船舶最严重的单个故障，最严重的故障结果是失去该3台推进器。

为了解决这个问题，参见图8，一般三级动力定位船舶可以将艏部一台推进器(伸缩推)由两个机舱分别供电，即两个冗余组分别供电，这样一个机舱因为失火或者进水失去后，可以切换到另一个机舱对伸缩推进行供电，通过切换可以实现最大单个故障发生后，仅失去2台推进器，仍然有3台推进器用于动力定位。但是这样，伸缩推会有短暂的停止，切换完成后再次启动，导致可靠性较差，而且对于某些船级社而言，推进器停止后再重新起动推进器是不可以接受的中断，不可计入动力定位能力计算。

通常解决这一问题的常规方案是增设一个伸缩推，即设两台伸缩推，其中一台伸缩推由前机舱供电，另一台伸缩推由后机舱供电。这样当一个机舱失火或进水后，艏部仍有一台侧推和一台伸缩推，以满足作业所需的动力定位能力的要求。。但增设一台推进器设备成本、安装成本要高很多，而且噪音震动会更大。例如：增加一套2200kW伸缩式推进器需增加的设备投资约700万元人民币；艏部设4台推进器的船舶震动和噪声比艏部3台 推进器的震动和噪声要大，为了满足船舶舒适性船舶符号COMF(NOISE 3),COMF(VIB 3)的要求，需要采取更多的措施以解决震动和噪声的问题；而且艏部推进器多一台，则船舶长度方向的主尺度要加大。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是：现有的双机舱三级动力定位的船舶配电系统，伸缩推由两个机舱分别供电，这样一个机舱因为失火或者进水失去后，可以切换到另一个机舱对伸缩推进行供电，但是这样，伸缩推会有短暂的停止，切换完成后再次启动，导致可靠性较差，而且对于某些船级社而言，推进器停止后再重新起动推进器是不可以接受的中断，不可计入动力定位能力计算；如果采取增设一台推进器解决的方案，则成本大幅增加，噪音振动大幅加大，船舶长度方向的主尺度也要加大。

本发明旨在提供一种成本较低，经济型更强，船体改动较小，可靠性更高的双机舱三级动力定位的船舶配电系统，克服上文中所述的技术问题。

本发明采取以下技术方案：

一种双机舱三级动力定位的船舶配电系统，船舶配电系统于前机舱、后机舱各设有一个电站，船舶设有奇数个推进器，其中包括一个伸缩式推进器；伸缩式推进器设置在伸缩推舱内，两个电站同时对伸缩式推进器供电。

进一步的，所述奇数个推进器的数量为5个；艏侧推Ⅰ和右艉推由一个机舱供电，左艉推和艏侧推Ⅱ由另一个机舱供电，伸缩式推进器采用两套移相变压器、两套移相变压器分别由两个机舱提供电源，两套移相变压器的二次侧各供电给两套整流单元，四套整流单元的输出连接至公共的直流母排DC-Bus上，即变频器的直流环节，再经过逆变单元，供电给伸缩式 推进器的推进电机。

更进一步的，为伸缩式推进器服务的推进电机冷却风机和控制用UPS设置在伸缩推舱内，采用两套隔离变压器，两套隔离变压器分别由两个机舱提供电源，两套隔离变压器二次侧各供电给一套整流单元，两套整流单元的输出连接至变频器的公共的直流母排DC-Bus上，再经逆变单元，供电给推进电机的冷却风机和控制用UPS。

更进一步的，为伸缩式推进器服务的推进电机、冷却风机和控制用UPS设置在伸缩推舱内，所述直流母排通过若干并列的逆变单元分别对伸缩推的推进电机、冷却风机、控制用UPS供电；所述两套移相变压器、四套整流单元均设置在伸缩推舱之内。

更进一步的，为伸缩式推进器服务的推进电机、冷却风机和控制用UPS设置在伸缩推舱内，所述直流母排通过若干并列的逆变单元分别对伸缩推、推进电机、冷却风机、控制用UPS供电；所述两套移相变压器、四套整流单元设置在伸缩推舱之外。

本发明的有益效果在于：

1)解决了两个电站向奇数个推进器不间断供电的问题。

2)能够满足某些特殊要求的船级社三级动力定位的要求，可计入动力定位能力计算。

3)即使一个机舱失火或进水后，伸缩式推进器也不会断电，可靠性高。

4)解决问题的同时，无需增设一台推进器，未增加成本，噪音振动也未增加，船舶长度方向的主尺度也未加长，实施方便；相对现有技术少装船一套推进器，释放了般舶空间，减少设备的投资，减少震动源和噪声源。

5)成本较低，经济性更强，船体改动较小，可靠性更高。

附图说明

图1是本发明双机舱三级动力定位的船舶配电系统实施例一的示意图。

图2是图1上半部分的放大图。

图3是图1下半部分的放大图。

图4是本发明双机舱三级动力定位的船舶配电系统实施例二的示意图。

图5是图4伸缩推的局部放大图。

图6是本发明双机舱三级动力定位的船舶配电系统实施例三的示意图。

图7是图6伸缩推的局部放大图。

图8是图6的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

实施例一：

参见图1-图3，一种双机舱三级动力定位的船舶配电系统，船舶配电系统于前机舱、后机舱各设有一个电站，船舶设有奇数个推进器，其中包括一个伸缩式推进器；伸缩式推进器设置在伸缩推舱内，两个电站同时对伸缩式推进器供电。所述奇数个推进器的数量为5个；艏侧推Ⅰ和右艉推由一个机舱供电，左艉推和艏侧推Ⅱ由另一个机舱供电，伸缩式推进器采用两套移相变压器、两套移相变压器分别由两个机舱提供电源，两套移相变压器的二次侧各供电给两套整流单元，四套整流单元的输出连接至公共的直流母排DC-Bus上，即变频器的直流环节，再经过逆变单元，供电给伸缩式推进器的推进电机。为伸缩式推进器服务的推进电机冷却风机和控制用UPS设置在伸缩推舱内，采用两套隔离变压器，两套隔离变压器分别由两个机舱提供电源，两套隔离变压器二次侧各供电给一套整流单元，两套 整流单元的输出连接至变频器的公共的直流母排DC-Bus上，再经逆变单元，供电给推进电机的冷却风机和控制用UPS。

这样伸缩式推进器的主电源和辅助电源均是由两个机舱同时供电，处于热冗余状态，当一个机舱失电后，另一个机舱无切换、不间断地馈电给伸缩式推进器电能。实现了某些船级社关于冗余要基于运行的设备和不允许重新起动推进器的要求，伸缩式推进器可以在失去一个机舱后计入动力定位能力计算。

实施例二：

参见图4-图5，一种双机舱三级动力定位的船舶配电系统，船舶配电系统于前机舱、后机舱各设有一个电站，船舶设有奇数个推进器，其中包括一个伸缩式推进器；伸缩式推进器设置在伸缩推舱内，两个电站同时对伸缩式推进器供电。为伸缩式推进器服务的推进电机的冷却风机和控制用UPS设置在伸缩推舱内，所述直流母排通过若干并列的逆变单元分别对伸缩推的推进电机、冷却风机、控制用UPS等供电；所述两套移相变压器、四套整流单元均设置在伸缩推舱之内。

这种结构形式同样可以实现实施例一中的功能，同时可以省去实施例一中的两套隔离变压器。

实施例三：

实施例一、二所介绍的无切换不间断双路供电技术成功地解决了某些船级社三级动力定位要求冗余应当基于运行的设备和不允许切换的问题，但是，同时引入一个新的问题：公共连接。即两个不同冗余组的电源同时向同一个设备供电，该设备成为不同冗余组共享的设备，当该共享的设备 出现故障时，可能影响连接至该设备上的不同冗余组的设备和系统的正常运行。公共连接的故障影响范围可能会超出设计最大单个故障的影响范围。

伸缩式推进器双路供电形成的直接的公共连接在变频器的直流母排DC-Bus上，当直流母排短路时，可能会影响前机舱配电板1MSB、后机舱配电板2MSB及其馈电的设备的正常运行。

三级动力定位船舶的单个故障需要考虑一个舱室因为失火或进水而完全失去，如果伸缩式推进器舱失火时，可能会导致伸缩式推进器从前后机舱高压配电板馈电电缆因火灾而相继短路，从而导致前后高压配电板相继产生短路故障，这是一个更为严重的公共连接故障。

伸缩式推进器舱短路故障会引起前后机舱两个电站电网电压骤降，最严重的故障会导致两个电站电压降至约0V。如何确保在电压骤降期间，动力定位动力系统、推进器系统以及为动力定位服务的辅助系统能正常工作，以满足某些船级社三级动力定位系统要求的冗余应基于运行的设备的要求，这就是电压骤降穿越技术。

实施例三所采用的方案如下：

参见图6-图7，一种双机舱三级动力定位的船舶配电系统，船舶配电系统于前机舱、后机舱各设有一个电站，船舶设有奇数个推进器，其中包括一个伸缩式推进器；伸缩式推进器设置在伸缩推舱内，两个电站同时对伸缩式推进器供电。所述奇数个推进器的数量为5个；艏侧推Ⅰ和右艉推由一个机舱供电，左艉推和艏侧推Ⅱ由另一个机舱供电，伸缩式推进器采用两套移相变压器、两套移相变压器分别由两个机舱提供电源，两套移相变压器的二次侧各供电给两套整流单元，四套整流单元的输出连接至公共的直流母排DC-Bus上，即变频器的直流环节，再经过逆变单元，供电给伸缩式推进器的推进电机。

为伸缩式推进器服务的推进电机、冷却风机和控制用UPS设置在伸缩推舱内，所述直流母排通过若干并列的逆变单元分别对伸缩推的推进电机、冷却风机、控制用UPS等供电；所述两套移相变压器、四套整流单元均设置在伸缩推舱之外。本实施例实现了应对公共连接处出现失火、进水、短路等故障时，进一步提高了电压骤降穿越的可靠性。因此，实施例三是本发明最佳的实施例。

进一步说明如下：

伸缩式推进器进线高压电缆短路或者变频器直流母排短路时，高压配电板保护单元和变频器保护单元检测故障时间均小于20毫秒，高压配电板上的真空断路器动作时间大约50毫秒，即故障检测和分断时间大约70毫秒,电力系统恢复到正常工作电压需要大约650毫秒，所以电压骤降持续时间约为710毫秒，在电压骤降穿越能力设计时按1秒进行有关系统的设计。

电压骤降和电站短时断电的表现均为电网电压突降，保护系统的设计需要能甄别电压骤降和电站短时断电。在电压骤降持续期间内保护系统不应该动作，而电站短时断电则相应的保护系统应该动作，并启动相应的断电恢复程序。电压骤降穿越技术在设计上主要按时间原则区分电压骤降和电站断电：1秒以内为电压骤降，超过1秒为电站断电。

变频器电压骤降穿越：采用交-直-交电压型变频器，直流单元设有欠压保护和过压保护。当变频器检测到电源欠压时，将停止变频器的输出脉冲，以维持直流单元的电压，其维持时间远远大于电压骤降穿越所需的1秒，在这期间变频器至动力定位控制系统的“准备”信号一直是保持的。如果电网短时断电，直流单元电压继续下降，则变频器欠压保护单元动作，将配电板上的高压断路器断开。

高压断路器电压骤降穿越：高压配电板上发电机断路器设有欠压保护 单元，将欠压保护单元动作时间设定为延时1.8～2秒动作，以避开电压骤降持续时间。

低压断路器电压骤降穿越：将低压配电板上所有设有欠压脱扣器的断路器设定延时1秒动作。

辅助设备起动器电压骤降穿越：常规设计的起动器内的接触器、继电器的控制电源一般是从主电源获取，主电源电压骤降时，接触器、继电器会脱扣。要满足电压骤降穿越要求，则需要设有不间断电源供电给与动力定位相关的辅助设备控制电源供电；并应设有断电保护单元，以满足主船级欠压保护的要求。

控制设备电压骤降穿越：变频器控制器、推进器控制单元、高压配电板内控制器、功率管理系统、动力定位控制系统、动力定位位置参照系统、动力定位传感器系统等均需要由专用的不间断电源供电，以避免电压骤降造成控制系统逻辑错误。