本發(fā)明涉及海洋工程設(shè)備配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改進技術(shù)， 屬于IPC分類H02J 供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是DP3深水鉆井船閉環(huán)高壓配電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，海洋深水鉆井逐漸成為石油資源勘探開發(fā)的重點，例如中國南海是世界第四大石油氣聚集盆地，探明石油地質(zhì)儲量已經(jīng)超過400億噸，占中國石油資源的三分之一強，深水鉆井平臺也相應(yīng)的發(fā)展到第六代，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最大作業(yè)水深已超過3000米，最大鉆深10000米以上，而且雙聯(lián)井架以及DP3等級的動力定位技術(shù)也已經(jīng)普及和成熟。隨著各大石油公司競相將觸角向更深的海域推進，在可預(yù)見未來，更安全，更高效，更環(huán)保，更低運營成本的深水和超深水鉆井裝置的需求將越來越多，這是未來海洋鉆井市場發(fā)展的大趨勢之一。

相關(guān)文獻公開較少，上海中遠船務(wù)工程有限公司在中國專利申請201520029393.9中公開的鉆井船DP3閉環(huán)PMS電力推進系統(tǒng)，至少二個電力推進單元之間安裝A60隔離艙壁(2)，每個電力推進單元中均包括連接在同一個母線排(4)上的二臺主發(fā)電機(1)，以及各二臺的推進傳動變速器(7)、推進變頻器(8)和推進器馬達(9)，而母線排(4)上二臺主發(fā)電機(1)連接點之間安裝應(yīng)急切換伺服開關(guān)(6)，各電力推進單元之間通過常開開關(guān)(5)兩兩連接，對鉆井船DP3電力系統(tǒng)進行PMS結(jié)構(gòu)改進。

南通中遠船務(wù)工程有限公司和江蘇大學(xué) 在中國專利申請201010187913.0公開了一種超深海大型半潛式鉆井平臺配電系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，由于配電系統(tǒng)的設(shè)計與布局直接影響鉆井平臺的正常工作，本發(fā)明通過優(yōu)化全船電力系統(tǒng)主單線圖，強化區(qū)域供電原則，根據(jù)系統(tǒng)與區(qū)域原則，調(diào)整配電系統(tǒng)方案，優(yōu)化DP3主電纜路徑：通過優(yōu)化鉆井配電系統(tǒng)的布置并對重新優(yōu)化的方案進行電力系統(tǒng)的負(fù)荷及平衡計算，使整個配電系統(tǒng)更趨于合理，減小施工難度，節(jié)省電纜與人工的成本。

中國海洋石油總公司和中海石油(中國)有限公司湛江分公司在中國專利申請 201010257896.3中公開一種海上石油平臺電力組網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將分布在一個海域內(nèi)的多個海上石油鉆井平臺上的多個海上平臺電站通過海底電纜相連接，形成一個并網(wǎng)發(fā)電的小型電力系統(tǒng)。海底電纜為光纖電纜，其埋設(shè)于海床下0.5～2.5米。小型電力系統(tǒng)包括設(shè)置在電站調(diào)度管理中心的集中信息管理層及分別設(shè)置在多個海上平臺電站上的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、電站機組控制系統(tǒng)、視頻會議裝置和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

現(xiàn)有深海石油開發(fā)中產(chǎn)業(yè)需求所需的知識，并未能由包括以上文獻在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)公開的內(nèi)容所涵蓋，尤其是，滿足DP3深水鉆井船生產(chǎn)需要的閉環(huán)高壓配電系統(tǒng)仍嚴(yán)重的缺乏。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供DP3深水鉆井船閉環(huán)高壓配電系統(tǒng)，在DP3模式下，對不同的DP冗余組設(shè)備及整個系統(tǒng)負(fù)荷實現(xiàn)閉環(huán)電力供應(yīng)。

本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn)：包括柴油發(fā)電機、高壓配電板、電力推進系統(tǒng)、鉆井變頻變壓器、船用輔助變壓器和鉆井輔助變壓器；配電系統(tǒng)為11kV高壓供配電系統(tǒng)，包括： 六臺7370kWe/11kV/60Hz 柴油發(fā)電機，三部可環(huán)形連接的11kV高壓配電板，六套電力推進系統(tǒng)，四臺鉆井變頻變壓器，六臺船用輔助變壓器，以及三臺鉆井輔助變壓器；配電系統(tǒng)中柴油發(fā)電機和高壓配電板在容量和臺數(shù)上都冗余配置，且布置在至少兩個獨立的A60分割的水密艙室中；柴油發(fā)電機G1和G2、柴油發(fā)電機G3和G4、柴油發(fā)電機G5和G6分別位于不同的主機室，這三個主機室之間都是A60分割；三部高壓配電板分別位于不同的高壓配電板間，這三個高壓配電板之間都是A60分割；柴油發(fā)電機G1和G2、柴油發(fā)電機G3和G4、柴油發(fā)電機G5和G6分別給三部高壓配電板的母排A或B供電。

進一步的，所述三部可環(huán)形連接的11kV高壓配電板相互獨立，該三個11kV高壓配電板相互之間通過主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和電纜連接，三部高壓配電板兩兩相連，形成環(huán)形回路；每個高壓配電板有兩段母排，這兩段母排之間通過母聯(lián)開關(guān)連接。

進一步的，所述柴油發(fā)電機中性點高電阻接地，將每臺發(fā)電機的接地故障電流限制在不大于1.5A的范圍內(nèi)。

進一步的，所述柴油發(fā)電機采用短路保護(ANSI 50)設(shè)定，柴油發(fā)電機短路保護(ANSI 50)通過高設(shè)置過電流(ANSI 50) - 階段1來使母聯(lián)和主/從聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘，對于外部故障，柴油發(fā)電機短路保護(ANSI 50)采用阻塞輸入來禁止跳閘。

進一步的，所述高壓配電板對推進系統(tǒng)、鉆井系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)進行系統(tǒng)保護，對于母排采取定向定時分區(qū)域保護，對于柴油發(fā)電機和主/從聯(lián)絡(luò)斷路器采取分區(qū)域差動保護。

進一步的，所述高壓配電板環(huán)形回路時，母排上安裝定向定時過電流保護繼電器，包括用于母聯(lián)和主/從聯(lián)絡(luò)斷路器的電流互感器和正向/反向定時過電流繼電器，以及用于發(fā)電機和饋電開關(guān)的多功能保護繼電器的高設(shè)置雙向定時保護元件，以實現(xiàn)多母排區(qū)域過電流定向定時保護。所述主/從聯(lián)絡(luò)斷路器連接電纜上的差動保護繼電器，當(dāng)主/從聯(lián)絡(luò)斷路器探測到了故障，其相應(yīng)的主/從聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘，隔離有故障的電纜。

進一步的，所述鉆井變頻變壓器、船用輔助變壓器和鉆井輔助變壓器采用移相變壓器，形成虛擬24脈沖。

進一步的，所述配電系統(tǒng)保護允許無故障的部分在不斷電的情況下繼續(xù)運行；

對于母線故障，分3級跳閘：

第一級：主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和母聯(lián)跳閘，使11kV高壓配電板/母排分列運行；第二級：發(fā)電機短路保護(ANSI 50)再次發(fā)出信號使主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和母聯(lián)跳閘；第三級：當(dāng)故障被隔離但是未清除，發(fā)電機短路保護（第二級）設(shè)定使發(fā)電機斷路器在跳閘時短路電流在母排內(nèi)部電弧故障等級之內(nèi)；

對于母線相位故障，分3級跳閘：

第一級：主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和母聯(lián)跳閘（250msec），使11kV高壓配電板/母排分列運行；第二級：發(fā)電機短路保護(ANSI 50)再次發(fā)出信號使主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和母聯(lián)跳閘；第三級：當(dāng)故障被隔離但是未清除，發(fā)電機短路保護（第二級）設(shè)定使發(fā)電機斷路器跳閘（400msec），使短路電流在母排內(nèi)部電弧故障等級之內(nèi)；

對于母線接地故障，分5級跳閘：

第一級：母聯(lián)斷路器跳閘（1 sec）；第二級：如果沒有阻塞，為了隔離有故障部分，主/從聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘（1.5 sec）；第三級：作為主/從聯(lián)絡(luò)斷路器備用保護，發(fā)電機保護繼電器發(fā)出信號使主/從聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘（3 sec）；第四級：發(fā)電機保護繼電器使發(fā)電機斷路器跳閘（3.5sec）；第五級：最為最后的備用保護，發(fā)電機接地高阻的保護繼電器發(fā)出信號使相關(guān)的發(fā)電機斷路器跳閘（4sec）；如上配電系統(tǒng)保護是允許無故障的部分在不斷電的情況下繼續(xù)運行。

本發(fā)明的優(yōu)點和效果：在DP3模式下，對不同的DP冗余組設(shè)備及整個系統(tǒng)負(fù)荷實現(xiàn)閉環(huán)電力供應(yīng)，可以有效減少主機運行和維護時間，提高主機操作靈活性和燃油經(jīng)濟性，減少有害氣體排放。經(jīng)實踐檢驗，此技術(shù)可以降低11%油耗，減少35%氧化氮和20%二氧化碳排放，降低50%主機維修費用。更加安全、高效、環(huán)保和節(jié)能。邏輯控制明確，同時還檢驗電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，實現(xiàn)安全可靠運行和管理智能化，設(shè)計建造周期大大縮短，增強抵抗事故能力，提高供電可靠性，減少備用機組量，提高閑置資產(chǎn)利用率，節(jié)省投資及運行維護成本，有效降低新油氣田的開發(fā)投資成本，提高經(jīng)濟效益，降低能源消耗。

附圖說明

圖1為實施例1中高壓配電系統(tǒng)示意圖

圖2為實施例1中發(fā)電機中性點高阻接地(NER) 示意圖

圖3為實施例1中發(fā)電機屏保護示意圖

圖4為實施例1中主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和電纜的分區(qū)域差動保護示意圖

圖5為實施例1中高壓配電板環(huán)形回路時母排定向定時保護 的 11kV高壓配電板1示意圖

圖6為實施例1中高壓配電板環(huán)形回路時母排定向定時保護的 11kV高壓配電板2示意圖

圖7為實施例1中高壓配電板環(huán)形回路時母排定向定時保護的 11kV高壓配電板3示意圖

圖8為實施例1中輔助變壓器保護示意圖

圖9為實施例1中12脈沖推進器變壓器保護方案或12脈沖鉆井變壓器保護示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明技術(shù)方案的設(shè)計滿足美國船級社（ABS）船檢規(guī)范規(guī)則以及相關(guān)平臺規(guī)范規(guī)則（MODU），同時，艙室和管線布置依據(jù)DP3的要求進行相應(yīng)處理，具有DP3等級的設(shè)備出現(xiàn)任意單一故障或所在艙室失火或浸水時，DPS系統(tǒng)也不失效。

本發(fā)明包括： 柴油發(fā)電機、高壓配電板、電力推進系統(tǒng)、鉆井變頻變壓器、船用輔助變壓器和鉆井輔助變壓器。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：如附圖1所示，配電系統(tǒng)為11kV高壓供配電系統(tǒng)，包括： 六臺7370kWe/11kV/60Hz 柴油發(fā)電機，三部可環(huán)形連接的11kV高壓配電板，六套電力推進系統(tǒng)，四臺鉆井變頻變壓器，六臺船用輔助變壓器，以及三臺鉆井輔助變壓器；配電系統(tǒng)中柴油發(fā)電機和高壓配電板在容量和臺數(shù)上都冗余配置，且布置在至少兩個獨立的A60分割的水密艙室中；柴油發(fā)電機G1和G2、柴油發(fā)電機G3和G4、柴油發(fā)電機G5和G6分別位于不同的主機室，這三個主機室之間都是A60分割；三部高壓配電板分別位于不同的高壓配電板間，這三個高壓配電板之間都是A60分割；柴油發(fā)電機G1和G2、柴油發(fā)電機G3和G4、柴油發(fā)電機G5和G6分別給三部高壓配電板的母排A或B供電。

前述中， 三部可環(huán)形連接的11kV高壓配電板相互獨立，該三個11kV高壓配電板相互之間通過主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和電纜連接，三部高壓配電板兩兩相連，形成環(huán)形回路；每個高壓配電板有兩段母排，這兩段母排之間通過母聯(lián)開關(guān)連接。可以根據(jù)實際工況，該三個11kV高壓配電板分列運行、直線運行或環(huán)形運行。母排提升屏用來指示和控制右手邊的母排。

前述中，如附圖2所示， 柴油發(fā)電機中性點高電阻接地（NER），將每臺發(fā)電機的接地故障電流限制在不大于1.5A的范圍內(nèi)。以保持低的接地故障電流，通過高電阻的電流由發(fā)電機保護回路來監(jiān)測，作為靈敏接地故障保護。

前述中，如附圖3所示，柴油發(fā)電機采用短路保護(ANSI 50)設(shè)定。柴油發(fā)電機短路保護(ANSI 50)通過高設(shè)置過電流(ANSI 50) - 階段1來使母聯(lián)和主/從聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘。對于外部故障，柴油發(fā)電機短路保護(ANSI 50)采用阻塞輸入來禁止跳閘。柴油發(fā)電機短路保護(ANSI 50)設(shè)定，使得發(fā)電機斷路器在跳閘時，短路電流在母排內(nèi)部電弧故障等級之內(nèi)，此外，母排的分區(qū)域保護也用到所述的定向定時過電流繼電器。

前述中，如附圖4所示， 11kV高壓配電板采用施耐德Sepam 80系列多功能保護繼電器，11kV高壓配電板對推進系統(tǒng)、鉆井系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)進行系統(tǒng)保護，對于母排采取定向定時分區(qū)域保護，對于柴油發(fā)電機和主/從聯(lián)絡(luò)斷路器采取分區(qū)域差動保護。

前述中， 如附圖5、6、7所示，高壓配電板環(huán)形回路時，母排上安裝定向定時過電流保護繼電器，包括用于母聯(lián)和主/從聯(lián)絡(luò)斷路器的電流互感器和正向/反向定時過電流繼電器，以及用于發(fā)電機和饋電開關(guān)的多功能保護繼電器的高設(shè)置雙向定時保護元件，以實現(xiàn)多母排區(qū)域過電流定向定時保護。所述主/從聯(lián)絡(luò)斷路器連接電纜上的差動保護繼電器，當(dāng)主/從聯(lián)絡(luò)斷路器探測到了故障，其相應(yīng)的主/從聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘，隔離有故障的電纜。這種分區(qū)域差動保護使有故障的部分隔離，無故障部分繼續(xù)運行。

前述中，如附圖8、9所示，鉆井變頻變壓器、船用輔助變壓器和鉆井輔助變壓器采用移相變壓器，形成虛擬24脈沖，可以有效地抑制諧波。

本發(fā)明實施例中，高壓配電板的制作符合IEC 62271-200的要求，每屏頂部具有泄弧通道,以泄放掉故障電弧產(chǎn)生的有害氣體和金屬離子。通過內(nèi)部燃弧等級為IAC, AFLR, 31.5kA, 0.5 Seconds的實驗，并取得證書。根據(jù)DP3的要求，配置功率管理系統(tǒng)（PMS），確保電站的安全和可靠。

本發(fā)明實施例中，配電系統(tǒng)保護允許無故障的部分在不斷電的情況下繼續(xù)運行。對于母線故障，分3級跳閘：

第一級：主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和母聯(lián)跳閘，使11kV高壓配電板/母排分列運行；第二級：發(fā)電機短路保護(ANSI 50)再次發(fā)出信號使主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和母聯(lián)跳閘；第三級：當(dāng)故障被隔離但是未清除，發(fā)電機短路保護（第二級）設(shè)定使發(fā)電機斷路器在跳閘時短路電流在母排內(nèi)部電弧故障等級之內(nèi)。

對于母線相位故障，分3級跳閘：

第一級：主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和母聯(lián)跳閘（250msec），使11kV高壓配電板/母排分列運行；第二級：發(fā)電機短路保護(ANSI 50)再次發(fā)出信號使主/從聯(lián)絡(luò)斷路器和母聯(lián)跳閘；第三級：當(dāng)故障被隔離但是未清除，發(fā)電機短路保護（第二級）設(shè)定使發(fā)電機斷路器跳閘（400msec），使短路電流在母排內(nèi)部電弧故障等級之內(nèi)。

對于母線接地故障，分5級跳閘：

第一級：母聯(lián)斷路器跳閘（1 sec）；第二級：如果沒有阻塞，為了隔離有故障部分，主/從聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘（1.5 sec）；第三級：作為主/從聯(lián)絡(luò)斷路器備用保護，發(fā)電機保護繼電器發(fā)出信號使主/從聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘（3 sec）；第四級：發(fā)電機保護繼電器使發(fā)電機斷路器跳閘（3.5sec）；第五級：最為最后的備用保護，發(fā)電機接地高阻的保護繼電器發(fā)出信號使相關(guān)的發(fā)電機斷路器跳閘（4sec）；如上配電系統(tǒng)保護是允許無故障的部分在不斷電的情況下繼續(xù)運行。

本發(fā)明的高壓配電系統(tǒng)并不限于上述具體實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其他的實施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。