(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動位置保持船の電力システム（１０）用の障害保護システムであって、前記電力システム（１０）は、
３つ以上のバス・サブセクション（１６）を有する配電バス（１５）と、
前記バス・サブセクション（１６）をリング構造に接続するバスタイ（１７）を含む電気接続と、
前記電気接続を切断するために、前記バス・サブセクション（１６）の間に接続された第１のブレーカ（４１）と、
を具え、
前記障害保護システムは、前記バス・サブセクション（１６）少なくとも一つに対して、ジェネレータ・ブレーカ（４５）と、一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）と、前記第１のブレーカ（４１）と、第２のブレーカ（４２）とを含むブレーカ（４１、４２、４３、４４、４５、４５’）と、保護リレー（７１、７２、７３、８３）と、通信リンクと、を具え、
前記ジェネレータ・ブレーカ（４５）は、ジェネレータ（２１）を前記バス・サブセクション（１６）に連結するためのものであり、
前記一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）は、一つ以上負荷（３０）を前記バス・サブセクション（１６）に連結するためのものであり、
前記第１のブレーカ（４１）を介して、前記バス・サブセクション（１６）の第１端部は、前記バスタイ（１７）に接続され、前記バスタイ（１７）は、前記リング構造内の他のバス・サブセクション（１６）に対する電気接続を提供し、前記第１のブレーカ（４１）は、バスタイ・ブレーカであり、
前記第２のブレーカ（４２）は、前記バス・サブセクション（１６）の第２端部を前記リング構造内のさらなるバス・サブセクション（１６）に連結するためのものであり、
前記保護リレー（７１、７２、７３、８３）は、前記ブレーカ（４１、４２、４３、４４、４５、４５’）を動作するために、前記ブレーカ（４１、４２、４３、４４、４５、４５’）に連結され、
前記通信リンクは、前記保護リレー（７１、７２、７３、８３）間に設けられ、前記保護リレー（７１、７２、７３、８３）は、前記通信リンクを介して情報を交換するように構成されており、
前記保護リレー（７１、７２、７３、８３）は、少なくともジェネレータ保護ゾーン（６１）と、バスタイ保護ゾーン（６３）と、バス・サブセクション保護ゾーン（６２）と、を提供するように構成され、
前記ジェネレータ保護ゾーン（６１）は、前記ジェネレータ・ブレーカ（４５）および前記ジェネレータ（２１）を含み、前記ジェネレータ・ブレーカ（４５）に連結された前記保護リレーは、差動の保護を前記ジェネレータ（２１）に提供するように構成され、
前記バスタイ保護ゾーン（６３）は、前記バスタイ・ブレーカ（４１）と、前記バスタイ（１７）と、前記バスタイ（１７）が他のバス・サブセクション（１６）に連結されるさらなるバスタイ・ブレーカ（４１）と、を含み、前記バスタイ・ブレーカ（４１）に連結される前記保護リレー（７３、８３）は、差動の保護を前記バスタイ（１７）に提供するように構成され、
前記バス・サブセクション保護ゾーン（６２）は、前記バス・サブセクション（１６）と、前記バス・サブセクション（１６）に連結される前記ブレーカ（４１、４２、４３、４４、４５、４５’）と、を含み、前記ブレーカ（４１、４２、４３、４４、４５、４５’）に連結される前記保護リレーは、差動の保護を前記バス・サブセクション（１６）に提供するように構成されている、
ことを特徴とする障害保護システム。
【請求項２】
前記バス・サブセクション（１６）の前記第２端部の前記電気接続は、バスカプラによって提供され、
前記第２のブレーカは、バスカプラ・ブレーカ（４２）であり、
前記保護リレーは、バスカプラ保護ゾーン（６４）を提供するようにさらに構成され、
前記バスカプラ保護ゾーン（６４）は、前記バスカプラと、前記バスカプラ・ブレーカ（４２）と、を含み、
前記バスカプラ・ブレーカ（４２）に連結される前記保護リレーは、差動の保護を前記バスカプラに提供するように構成されている、
請求項１に記載の障害保護システム。
【請求項３】
前記差動の保護を提供するために、
前記保護ゾーン（６１、６２、６３、６４）のそれぞれ内の前記ブレーカ（４１、４２、４３、４４、４５、４５’）に連結される前記保護リレーは、前記保護ゾーンに入出する電流を測定し、前記測定された電流に基づいて、および／または、それぞれの通信リンクを介して受信した情報に基づいて、前記保護ゾーン内に障害が存在するか否かを決定するように構成されている、
請求項１または２に記載の障害保護システム。
【請求項４】
少なくとも、前記第１のブレーカ（４１）および前記第２のブレーカ（４２）に連結される前記保護リレー（７１、７２）は、方向性保護を少なくとも前記バスタイ（１７）および／または前記バス・サブセクション（１６）に提供するように構成されている、
請求項１〜３のいずれかに記載の障害保護システム。
【請求項５】
前記保護リレー（７１、７２）の測定点の電流方向が、前記バス・サブセクション（１６）の方を示している場合、
または、
前記第１のブレーカ（４１）または前記第２のブレーカ（４２）が開放され、前記バス・サブセクション（１６）それぞれの他端の電流方向が、前記バス・サブセクション（１６）の方を示している場合、
または、
前記第１のブレーカ（４１）または前記第２のブレーカ（４２）の電流および電圧が、所定の閾値未満であり、前記バス・サブセクション（１６）それぞれの他端の電流方向が、前記バス・サブセクション（１６）の方を示している場合、
前記ジェネレータ・ブレーカ（４５）と、前記第１のブレーカ（４１）と、前記第２のブレーカ（４２）と、に連結される前記保護リレー（７１、７２）は、前記ジェネレータ・ブレーカ（４５）と、前記第１のブレーカ（４１）と、前記第２のブレーカ（４２）と、をトリップするように構成されている、
請求項４に記載の障害保護システム。
【請求項６】
前記一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）に連結される前記保護リレーは、方向性過電流保護を提供し、
前記保護リレーが、閾値を上回る前記負荷の方向の電流を検出すると、ブロッキング信号は、上流のブレーカ（４１、４２、４５）である前記ジェネレータ・ブレーカ（４５）と、前記第１のブレーカ（４１）と、前記第２のブレーカ（４２）と、に連結される前記保護リレーに供給され、前記保護リレーが、前記上流のブレーカ（４１、４２、４５）をトリッピングするのを妨害し、前記保護リレーが連結される前記一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）のそれぞれは、障害検出後、所定のトリッピング時間ｔ３の間トリップされる、
請求項４または５に記載の障害保護システム。
【請求項７】
前記保護リレーは、前記差動の保護を用いて、障害検出後、第１のトリッピング時間ｔ１の間、前記保護リレーに連結される前記ブレーカをトリップするように構成されるとともに、前記方向性保護を用いて、障害検出後、第２のトリッピング時間ｔ２の間、前記保護リレーに連結される前記ブレーカをトリップするように構成され、
前記第１のトリッピング時間ｔ１は、前記第２のトリッピング時間ｔ２より短い、
請求項４〜６のいずれかに記載の障害保護システム。
【請求項８】
前記一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）に連結される前記保護リレーは、過電流保護を提供し、
前記保護リレーのそれぞれが、所定の閾値を上回る前記フィーダ内の電流を検出すると、前記保護リレーが連結される前記一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）のそれぞれはトリップされる、
請求項１〜７のいずれかに記載の障害保護システム。
【請求項９】
前記一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）に連結される前記保護リレーは、方向性過電流保護を提供し、
前記保護リレーが、前記閾値を上回る前記負荷の方向の電流を検出すると、前記保護リレーが連結される前記一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）のそれぞれは、障害検出後、所定のトリッピング時間ｔ３の間トリップされ、
前記保護リレーが、他の閾値を上回る逆方向の電流を検出すると、前記保護リレーが連結される前記一つ以上のフィーダ・ブレーカ（４３、４４、４５’）のそれぞれは、前記トリッピング時間ｔ３より長い所定のトリッピング時間ｔ４の間トリップされる、
請求項８に記載の障害保護システム。
【請求項１０】
ブレーカ故障検出システムをさらに具え、
前記ブレーカ故障検出システムは、前記ブレーカに連結される前記リレーが、障害のためトリップ命令を送出した後、前記ブレーカが前記電気接続を切断するのに失敗するか否かを検出するように構成され、この種の失敗を検出すると、前記一つ以上の他のブレーカをトリップし、障害を除去するように構成される、
請求項１〜９のいずれかに記載の障害保護システム。
【請求項１１】
前記ブレーカ故障検出システムは、前記ブレーカ内の電流を検出することによって、または、前記ブレーカの状態を検出することによって、前記ブレーカの前記失敗を検出するように構成されている、
請求項１０に記載の障害保護システム。
【請求項１２】
前記バスタイ（１７）一端の前記第１のブレーカ（４１）が故障する場合、前記バスタイ（１７）の他端のバスタイ・ブレーカ（４１）をトリップすることによって、
または、
前記バスカプラ・ブレーカ（４２）が故障する場合、前記バスカプラに接続された前記バス・サブセクションの各々の他端でブレーカをトリップすることによって、
または、
前記ジェネレータ・ブレーカ（４５）またはフィーダ・ブレーカが故障する場合、同一バス・サブセクションに接続される全ての他のブレーカをトリップすることによって、
前記ブレーカ故障検出システムは、前記障害を除去するように構成されている、
請求項１０または１１に記載の障害保護システム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の自動位置保持船の電力システム（１０）であって、障害検出システムを具える電力システム（１０）。
【請求項１４】
自動位置保持船の電力システム（１０）用の障害保護システムを動作する方法であって、前記障害保護システムは、請求項１〜１２のいずれかに従って構成され、前記方法は、
前記それぞれの保護ゾーンに含まれる前記ブレーカに連結される前記保護リレーによって、前記保護ゾーンの１つ内の障害の発生を検出するステップと、
前記障害が発生した前記保護ゾーン内の前記ブレーカをトリップするステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記障害が所定のトリッピング時間ｔ１の後除去されない場合、前記保護リレー内で提供される方向性ロジックを用いて、前記電気接続の１つ内または前記バス・サブセクション内の障害の存在を検出するステップと、
前記電気接続または前記バス・サブセクションに接続される前記ブレーカをトリップするステップと、
をさらに含む請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動位置保持船の電力システム用の障害保護システム、自動位置保持船の電力システム、および、この種の電力システムの障害検出システムを動作する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流動的な船、例えば半潜水艦、掘削船、浮遊式生産貯蔵出荷（ＦＰＳＯ）船等は、自動船位保持装置を備えることができる。この種の自動位置保持船は、電動プロペラ、すなわち電気スラスタを使用し、油およびガス掘削作業、位置保持、アンカリング、ポート操縦等の間、位置を保つことができる。油濁、死亡、衝突等の危険が増加した特定の種類の作業に対して、これらの危険を最小にするために、船の位置を確実に保たなければならない。それゆえ、自動位置保持船のスラスタに電力を供給する電力システムの完全性およびフェイルセーフの動作は、特に重要である。
【０００３】
船は、異なるクラス、例えばＤＰ２（自動位置保持２）、ＤＰ３等に分類可能である。掘削作業や他の船の接近のような危険性が高い動作は、例えば、特定の船のクラスに対する特定の動作モードを必要としうる。コンポーネントの障害が自動位置保持船の電力システムの完全な停電につながらないようにするために、この種の危険性が高い動作モードでは、電力システムをいくつかの部分、例えば２つから４つに分割する必要がある。電力システムの各部分は別々のエンジン・ルームに存在し、エンジン・ルームは防火かつ防水の壁によって分離される。この種の危険性が高い動作の間、電力システムの部分は、例えば、バスタイと称される電線により提供される接続を開放することによって電気的に絶縁される。接続されたジェネレータを有する１つ以上のエンジンは、接続された負荷、例えばスラスタの電気モーターに電力を供給するために、電力システム・セクションごとに動作しなければならない。したがって、３つのセクションのみを有するシステムでは、３つ、４つ、あるいはそれ以上のエンジンは常に動作し、セクション数の増加に伴いその数は増加する。
【０００４】
エンジンは通常、比較的低い出力で動作し、低い動作範囲のこれらのエンジンの特定の燃料消費は一般的に高い。したがって、この種の電力システムの燃料消費は、電力システムのセクションが電気的に接続され、そのため、例えば、２つのジェネレータのみを、各々高い負荷で動作する必要がある動作モードと比較して高い。
【０００５】
増加した燃料消費および二酸化炭素の排出の他に、低下した負荷で並列に複数のエンジンを動かすと、結果として、燃焼室に煤煙が蓄積し、ジェネレータ設定のための操作時間が増加し、保守費用が増加しうる。エンジンが常に動作するので、停電の危険も増加する。
【０００６】
相互接続された電力システム・セクションを有する（すなわち接続されたバスタイを有する）この種のシステムを動作することは、通常、不可能である。なぜなら、通常、障害、例えば、短絡またはジェネレータ障害は、結果として、船の電力システムの全体の停電につながるためである。この種の停電は、結果として、有害となりうる船の位置の不明や、石油流出や、死亡につながりうる。これは、例えば、電力システム内の障害の伝播によって生じるので、バスタイが接続されていると、電力システムの１つのセクションの障害は、電力システムの他のセクションのコンポーネント、例えばジェネレータおよびスラスタのトリッピングを引き起こす。この結果、船の大部分のスラスタは動作不能になり、船が操縦性を失うことがありうる。
【０００７】
それゆえ、自動位置保持船のこの種の電力システムを改善するとともに、この種の電力システムの障害伝播を減少あるいは除去することが望ましい。電力システムの大部分が、障害発生時に動作可能なままであることが望ましい。また、燃料消費を減少させるとともにジェネレータを駆動するエンジンの効率的を高めた動作を達成することが望ましい。電力システムの完全性および安全動作を損なうことなく、リスクの高い動作中、この種の燃料効率の高い動作を維持することも望ましい。
【０００８】
したがって、自動位置保持船の電力システムの耐障害性および完全性を改善し、特に、この種のシステムの障害伝播を減少または防止する必要がある。
【０００９】
この必要は、独立請求項の特徴によって満足する。従属請求項は、本発明の実施形態を記載する。
【００１０】
本発明の一実施形態は、自動位置保持船の電力システム用の障害保護システムを提供し、電力システムは３つ以上のバス・サブセクションを有する配電バスと、バス・サブセクションをリング構造に接続するバスタイを含む電気接続と、電気接続を断つためにバス・サブセクションの間に接続されたブレーカと、を含む。障害保護システムは、バス・サブセクションの少なくとも一つに対して、ジェネレータ・ブレーカと、一つ以上のフィーダ・ブレーカと、第１のブレーカと、第２のブレーカと、保護リレーと、通信リンクと、を具え、ジェネレータ・ブレーカは、ジェネレータをバス・サブセクションに連結するためのものであり、一つ以上のフィーダ・ブレーカは、一つ以上負荷をバス・サブセクションに連結するためのものであり、第１のブレーカを介して、バス・サブセクションの第１端部は、バスタイに接続され、バスタイは、リング構造内の他のバス・サブセクションに対する電気接続を提供し、第１のブレーカは、バスタイ・ブレーカであり、第２のブレーカは、バス・サブセクションの第２端部をリング構造内のさらなるバス・サブセクションに連結するためのものであり、保護リレーは、ブレーカを動作するために、ブレーカに連結され、通信リンクは、保護リレー間に設けられ、保護リレーは、通信リンクを介して情報を交換するように構成されている。保護リレーは、少なくともジェネレータ保護ゾーンと、バスタイ保護ゾーンと、バス・サブセクション保護ゾーンと、を提供するように構成され、ジェネレータ保護ゾーンは、ジェネレータ・ブレーカおよびジェネレータを含み、ジェネレータ・ブレーカに連結された保護リレーは、差動の保護をジェネレータに提供するように構成され、バスタイ保護ゾーンは、バスタイ・ブレーカと、バスタイと、バスタイが他のバス・サブセクションに連結されるさらなるバスタイ・ブレーカと、を含み、バスタイ・ブレーカに連結される保護リレーは、差動の保護をバスタイに提供するように構成され、バス・サブセクション保護ゾーンは、バス・サブセクションと、バス・サブセクションに連結されるブレーカと、を含み、これらのブレーカに連結される保護リレーは、差動の保護をバス・サブセクションに提供するように構成されている。
【００１１】
したがって、障害が、異なるゾーンのために提供される差動の保護によって検出される場合、保護リレーは、それぞれのゾーン内でブレーカをトリガーし、迅速かつ効率的に障害を分離および除去することができる。あるゾーン内の１つまたは複数のブレーカがトリガーされるので、他のゾーンは大部分影響を受けず、動作を継続することができる。障害位置は自動的に検出され、電力システムの全サブセクションのトリッピングは防止可能である。例えば、ジェネレータ保護ゾーンがトリップされても、同一バス・サブセクションに連結されたスラスタの形態の負荷は動作を継続することができ、隣接したバス・サブセクションから、例えばバスタイを介して電力を供給されることができる。
【００１２】
一実施形態では、各ブレーカは、この各ブレーカを動作するように構成される保護リレーに連結され、関連付けられている。
【００１３】
一実施形態では、負荷の少なくとも１つはスラスタ・ドライブであり、それぞれのフィーダ・ブレーカはスラスタ・ドライブ・ブレーカである。スラスタ・ドライブは、スラスタ・ドライブ変圧器を介してバス・サブセクションに接続され、スラスタ・ドライブ・ブレーカは、スラスタ・ドライブ変圧器とバス・サブセクションとの間に連結される。各バス・サブセクションはジェネレータおよびスラスタ・ドライブに連結可能であり、バス・サブセクションがリング構造の残りのバス・サブセクションから分離されても、スラスタ・ドライブは動作可能である。
【００１４】
バス・サブセクションの第２端部の電気接続は、バスカプラによって提供され、第２のブレーカは、バスカプラ・ブレーカである。保護リレーは、バスカプラ保護ゾーンを提供するようにさらに構成され、バスカプラ保護ゾーンは、バスカプラと、バスカプラ・ブレーカと、を含み、バスカプラ・ブレーカに連結される保護リレーは、差動の保護をバスカプラに提供するように構成されている。２つの隣接したバス・サブセクションは、例えばバスカプラによって接続され、バス・セクションを形成することができる。バス・セクションは、２つ、３つあるいはそれ以上のバス・サブセクションから形成される。電力システムは、複数の、例えば３つ、４つ、５つまたはそれ以上バス・セクションを具え、これらはバスタイによってリング構造に接続されうる。バス・セクションは、船の異なる部屋に設けられ、防火壁によって分離可能である。したがって、例えば火事によって、完全なバス・セクションの停電が起ったとしても、電力システムは動作を継続することができる。
【００１５】
差動の保護を提供するために、保護ゾーンのそれぞれ内のブレーカに連結される保護リレーは、保護ゾーンに入出する電流を測定するとともに、測定された電流に基づいて、および／または、それぞれの通信リンクを介して受信した情報に基づいて、保護ゾーン内に障害が存在するか否かを決定するように構成されている。障害が保護ゾーン内に存在しない場合、保護ゾーンに出入りする電流は等しくなければならない。保護ゾーン内の各保護リレーは、関連するブレーカを流れる電流を測定するように構成可能である。通信リンクを介して、電流に関する情報は交換され、保護ゾーン内の障害の存在は、高速かつ効率的に決定可能である。例えば、リレーは、保護ゾーンごとに設けられ、保護ゾーンは、保護ゾーン内の他のリレー（存在する場合）から情報を受信するプログラム可能なロジックを具え、障害状態が存在するか否かを評価する。このような場合、それは、ゾーン内の他の保護リレーにトリガー信号を送信し、関連するブレーカをトリガーすることができる。電流測定は、変流器（ＣＴ）を用いた保護リレーによって実行可能である。
【００１６】
少なくとも、第１のブレーカおよび第２のブレーカに連結される保護リレーは、方向性保護を少なくともバスタイおよび／またはバス・サブセクションに提供するように構成されている。したがって、差動の保護が失敗する、または、トリガーしない場合に備えて、バックアップを設けることができる。方向性保護によって、電力システムの特定の構成および一般の動作モードが考慮され、トリッピングは、障害を除去するのに必要なブレーカに限定可能であり、すなわち、高度な選択性が可能になる。したがって、障害の影響を受けない電力システムの他のコンポーネントは、動作可能なままである。
【００１７】
対応するリレーは、例えば方向性ロジックを具えることができ、方向性ロジックは、関連するブレーカを流れる電流の方向を決定することができる。ブレーカの両側の電圧は、この目的のために考慮され、電圧差は、例えば電流方向を決定するために測定可能である。
【００１８】
方向性保護を提供している保護リレーは、関連するブレーカを流れる電流方向を検出するように構成可能であり、電流方向、自身／他のブレーカ状態および／またはエネルギーフローに依存して、関連するブレーカをトリップするように構成可能である。それぞれのリレーは、（関連するブレーカを流れる）電流が閾値を上回る場合、トリップするように構成され、ブレーカをトリップするための時間遅延は、電流方向に依存しうる。それぞれの保護リレーは、電流方向および関連するブレーカ状態に関する情報を、通信リンクを介して交換するように構成可能である。
【００１９】
ａ）これらのリレーの測定点の電流方向が、バス・サブセクションの方を示している場合、または、ｂ）第１のブレーカまたは第２のブレーカが開放され、バス・サブセクションそれぞれの他端の電流方向が、バス・サブセクションの方を示している場合、または、ｃ）第１のブレーカまたは第２のブレーカの電流および電圧が、所定の閾値未満であり、バス・サブセクションそれぞれの他端の電流方向が、バス・サブセクションの方を示している場合、ジェネレータ・ブレーカと、第１のブレーカと、第２のブレーカと、に連結される保護リレーは、これらのブレーカをトリップするように構成されている。上述したように、それぞれの保護リレーによっても検出される電流は、トリッピングのための閾値を上回る必要がある。
【００２０】
例えば、第２のブレーカ、例えばバスカプラ・ブレーカに連結されるリレーは、マスター・リレーとすることができ、この第２のブレーカを介して接続される２つのバス・サブセクションの各々のためのトリップロジックを具えることができる。それぞれのバス・サブセクションの他のリレーにより提供される情報に応じて、マスター・リレーは、トリップ命令を送出し、一方または他方のバス・サブセクションのブレーカをトリップすることができる。
【００２１】
第２のブレーカに連結される保護リレー（マスター・リレー）は、例えば、第１のブレーカ（第１のバス・サブセクションのバスタイ・ブレーカ）に連結される保護リレーと通信可能であり、第２のバス・サブセクションの他端でバスタイ・ブレーカに連結される対応する保護リレーと通信可能であり、マスター・リレーは、第１のバス・サブセクションのための方向性トリップロジックが障害を検出すると、第２のブレーカ、第１のブレーカおよびジェネレータ・ブレーカをトリップするための信号を送出するように構成されている。
【００２２】
一つ以上のフィーダ・ブレーカに連結される保護リレーは、方向性過電流保護を提供し、保護リレーが、閾値を上回る負荷の方向の電流を検出すると、ブロッキング信号は、上流のブレーカに連結される保護リレーに供給され、保護リレーが、これらのブレーカをトリッピングするのを妨害し、フィーダ・ブレーカのそれぞれは、障害検出後、所定のトリッピング時間ｔ３の間トリップされる。ブレーカのトリッピングは最低限に保たれ、電力システムは最大のコンポーネントを用いて動作を継続することができる。例えばこの種のブロッキング信号は、通信を介して上流の保護リレーに、フィーダ・ブレーカの保護リレーによって送信可能である。
【００２３】
例えば、フィーダ・ブレーカ保護リレーは、ブロッキング信号をバスカプラ・ブレーカに送信することができ、バスカプラ・ブレーカは、マスター・ブレーカとすることができ、バス・サブセクション全体のトリッピングを防止し、または、バス・サブセクションの上流のブレーカに連結されるリレーの技術とすることができる。上流とは、電流源への方向、すなわちジェネレータまたは他のバス・サブセクションへの方向である。特に、これらは、フィーダ・ブレーカ以外のバス・サブセクションに連結されるブレーカとすることができる。
【００２４】
ブロッキング信号を受信する場合であっても、上流の保護リレーは所定時間後に関連するブレーカをトリップするように構成可能であり、その結果、フィーダ・ブレーカが障害を除去できない場合、上流のブレーカは方向性保護によってトリップされる。この遅延は、もちろん、フィーダ・ブレーカがトリップされるｔ３より長い。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ｔ３は、２００ｍｓ以下とすることができる。いくつかの構成において、負荷は、低電圧（ＬＶ）配電システムを具えることができる。ＬＶ配電システムのためのフィーダ・ブレーカに連結される保護リレーは、より長い時間内で、例えばｔ３＜５００ｍｓ、例えば３００ｍｓ＜ｔ３＜５００ｍｓで、このブレーカをトリップするように構成可能である。このように、下流のコンシューマは、トリップのための時間、それゆえ、障害を除去するための時間を十分有するので、残りのＬＶ配電配システムはバス・サブセクションに対する接続を維持することができる。基本的なコンシューマの損失は、防止可能である。
【００２６】
一実施形態では、保護リレーは、差動の保護を用いて、障害検出後、第１のトリッピング時間ｔ１の間、保護リレーに連結されるブレーカをトリップするように構成されるとともに、方向性保護を用いて、障害検出後、第２のトリッピング時間ｔ２の間、保護リレーに連結されるブレーカをトリップするように構成され、第１のトリッピング時間ｔ１は、第２のトリッピング時間ｔ２より短い。方向性保護は、バスタイ、バスカプラおよびバス・サブセクションのためのバックアップとして提供可能である。ｔ１およびｔ２は、例えば、約２０ｍｓ〜約２００ｍｓとすることができる。時間ｔ１は１００ｍｓより短く、時間ｔ２は１５０ｍｓより短くすることができる。
【００２７】
一実施形態では、一つ以上のフィーダ・ブレーカに連結される保護リレーは、過電流保護を提供し、保護リレーのそれぞれが、所定の閾値を上回るフィーダ内の電流を検出すると、フィーダ・ブレーカはトリップされる。したがって、障害が負荷の下流にある場合、バス・サブセクションに連結されるコンポーネントをさらにトリップすることなく、急速かつ効率的に障害を除去することができる。
【００２８】
一つ以上のフィーダ・ブレーカに連結される保護リレーは、方向性過電流保護を提供する。このような保護リレーが、閾値を上回る負荷の方向の電流を検出すると、フィーダ・ブレーカのそれぞれは、障害検出後、所定のトリッピング時間ｔ３の間トリップされ、保護リレーが、他の閾値を上回る逆方向の電流を検出すると、フィーダ・ブレーカのそれぞれは、トリッピング時間ｔ３より長い所定のトリッピング時間ｔ４の間トリップされる。従って、第２の場合、システムによって、負荷をトリップすることなく、他の位置で障害を除去することができる。例えば、ジェネレータ内の障害は、負荷フィーダ内の逆電流を引き起こす場合がある。フィーダ・ブレーカの遅延されたトリッピングは、ジェネレータをトリップすることによって、負荷をトリップすることなく障害を除去することができる。したがって、負荷には、他のバス・サブセクションを介して他のジェネレータから電力が供給されるので、動作を継続することができる。これは、スラスタ・ドライブの形態の負荷に対して特に有益である。なぜなら、スラスタは動作を継続し、船はその位置を保つことができるためである。
【００２９】
時間ｔ３は、２００ｍｓより短くすることができ、１５０ｍｓより短くすることが好ましい。逆方向の電流をトリップするための時間ｔ４は、約１５０ｍｓと約４００ｍｓの間とすることができ、約２５０ｍｓと３５０ｍｓの間とすることが好ましい。
【００３０】
保護リレーは、差動の保護をｔ１内で、バス・サブセクションの方向性保護（フィーダ・ブレーカ保護リレーからブロッキングを伴う）をｔ２（ｔ１＜ｔ２）内で、負荷（フィーダ・ブレーカ）の過電流保護をｔ３（ｔ１＜ｔ３）内で、逆方向の電流を有する負荷の過電流保護をｔ４（ｔ３＜ｔ４）内で、バスタイの方向性保護をｔ１より長い時間、例えばｔ４と類似の時間で、トリップするように構成可能である。
【００３１】
一実施形態では、障害保護システムは、ブレーカ故障検出システムをさらに具え、ブレーカ故障検出システムは、ブレーカに連結される保護リレーが、障害のためトリップ命令を送出した後、ブレーカが電気接続を切断するのに失敗するか否かを検出するように構成され、この種の失敗を検出すると、一つ以上の他のブレーカをトリップし、障害を除去するように構成される。ブレーカ故障検出システムの機能は、「ブレーカ故障保護」と称することができる。ブレーカ故障が存在する場合であっても、障害は除去され、電力システムの完全な停電は防止可能である。
【００３２】
ブレーカ故障検出システムは、ブレーカ内の電流を検出することによって、または、ブレーカの状態を検出することによって、ブレーカの失敗を検出するように構成されている。ブレーカの状態は、例えばブレーカを開閉する要素の位置を検出することによって、ブレーカの開閉を検出することを意味する。トリップ命令がブレーカのために送出されたという情報は、関連する保護リレーからの通信によって得られ、または、ブレーカ故障保護機能は、それぞれのブレーカと関連する保護リレーに直接集積されうる。
【００３３】
ブレーカ故障検出システムは、以下の状況で、障害を除去するように構成可能である。すなわち、バスタイの一端に接続された第１のブレーカが故障する場合、バスタイの他端に接続されたバスタイ・ブレーカをトリップすることによって、障害を除去する。バスカプラ・ブレーカが故障する場合、そのバスカプラに接続された複数のバス・サブセクションの各々の他端でブレーカをトリップすることによって、障害を除去する。ジェネレータ・ブレーカまたは負荷ブレーカが故障する場合、同一バス・サブセクションに接続される全ての他のブレーカをトリップすることによって、障害を除去する。ブレーカ故障検出のためのトリッピング時間はｔ１およびｔ２を上回るように調整可能であり、それぞれの最大のブレーカ動作時間と、例えばブレーカのための電流検出要素のドロップアウト時間と、を足した時間を上回る時間に調節されることが好ましい。したがって、ブレーカ故障保護が偶然に誘発されることはなくなる。
【００３４】
一実施形態では、障害保護システムは、上述した実施形態のいずれかに従って構成される電力システムのバス・サブセクションごとに存在する。
【００３５】
本発明の他の実施形態は、自動位置保持船の電力システムを提供することにある。電力システムは、上述した構成のいずれかにおける障害保護システムを具える。電力システムは、上述した実施形態または後述する実施形態のいずれかに従って構成可能である。この種の電力システムは、障害に対して強化された完全性を提供する。特に、単一の障害は電力システムの完全な停電には至らず、障害の影響を受けないコンポーネントは電力システムに接続され続ける。この種の電力システムは、例えばＤＰ２またはＤＰ３動作モードのような危険性が高い動作中でさえ、閉リング構造で、すなわち、バスタイ・ブレーカが閉じた状態で動作する。
【００３６】
本発明の他の実施形態は、自動位置保持船の電力システム用の障害保護システムを動作する方法を提供する。障害保護システムは、上述した構成のいずれかに従って構成される。方法は、それぞれの保護ゾーンに含まれるブレーカに連結される保護リレーによって、保護ゾーンの１つ内の障害の発生を検出するステップと、障害が発生した保護ゾーン内のブレーカをトリップするステップと、を含む。この方法では、障害保護システムに関して上述したものと類似の利点が達成可能である。
【００３７】
一実施形態では、方法は、障害が所定のトリッピング時間ｔ１の後除去されない場合、保護リレー内で提供される方向性ロジックを用いて、電気接続の１つ内またはバス・サブセクション内の障害の存在を検出するステップと、電気接続またはバス・サブセクションに接続されるブレーカをトリップするステップと、をさらに含む。したがって、障害がゾーンの差動の保護によって検出または除去されない場合であっても、方向性保護は、バックアップとして機能し、障害を除去する。
【００３８】
他の実施態様では、方法はバス・サブセクションに接続されたフィーダ内の電流の大きさおよび方向を検出するステップと、電流の大きさが閾値を上回り、電流が下流方向である場合、時間ｔ３内で対応するフィーダ・ブレーカをトリップするステップと、を含むことができる。このような場合、方法は、上流のブレーカのトリッピングをブロックするステップをさらに含むことができる。
【００３９】
方法は、フィーダ・ブレーカを流れる電流が逆（上流）方向の場合、時間ｔ４（ｔ３＜ｔ４）内でフィーダ・ブレーカをトリップするステップをさらに含むことができる。
【００４０】
この方法では、ブレーカの故障を検出し、故障したブレーカがバスタイまたはバスカプラ・ブレーカの場合、隣接したバスタイまたはバスカプラ・ブレーカをトリップし、故障したブレーカがジェネレータまたはフィーダ・ブレーカの場合、バス・サブセクションに接続されたすべてのブレーカをトリップする。ブレーカが故障しても、障害はこのように効率的に分離可能である。
【００４１】
方法の実施形態は、障害保護システムまたは上述した任意の構成の電力システムにおいて実行可能である。さらに、障害保護システムまたは自動位置保持船の電力システムに関して上述した任意の方法ステップを、方法の実施形態の一部とすることができる。
【００４２】
上述した、あるいは、後述する本発明の実施形態の特徴は、特に言及しない限り、互いに結合可能である。
【００４３】
本発明の上述した、および、他の特徴および効果は、添付の図面を参照して説明する以下の詳細な説明からさらに明らかになる。図面において、同様の参照符号は同様の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係る障害保護システムを含む自動位置保持船の電力システムの概略図である。
【図２】図１の障害保護システムおよび電力システムの保護ゾーンをさらに詳細に示しているブロック図である。
【図３】図１の電力システムの１つのセクションのための関連するブレーカを動作する保護リレーを示しているブロック図である
【図４】本発明の実施形態で使用される保護リレーにおいて実行可能な方向性保護のためのロジックを示しているフロー図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る方法を示しているフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳述する。実施形態の以下の説明が単に例示目的で与えられ、限定的にとらえるべきではないことを理解されたい。
【００４６】
図面が単なる概略図であり、図面の要素が互いに必ずしも一定の比率であるというわけではない点に留意する必要がある。むしろ、さまざまな要素の表現は、それらの機能および一般の目的が当業者にとって明らかになるように選択される。図示され、かつ、以下に説明されている物理的または機能的なユニットの連結が必ずしも連結の直接的な接続ではなく、連結の間接的な接続、すなわち、ヒューズ、ブレーカ、トランス等のような１つ以上の追加の介在要素を介した接続または連結でもよいということを理解されたい。異なる実施形態に関して図示され、かつ、以下に説明されている物理的または機能的なユニットが必ずしも物理的に別々のユニットとして実装される必要があるわけではないということを当業者は認識するであろう。１つ以上の物理的または機能的なブロックまたはユニットは、共通の回路、チップ、回路要素またはユニットにおいて実装可能であり、一方、図示される他の物理的または機能的なブロックまたはユニットは、別々の回路、チップ、回路要素またはユニットにおいて実装可能である。
【００４７】
図１は、本発明の実施形態に係る自動位置保持船の電力システム１０を示す。図１の例では、電力システム１０は３つの電力システム・セクション１２に分割され、異なる電力システム・セクションのエンジンは自動位置保持船の異なるエンジン・ルームに配置される。エンジン・ルームは、防火かつ防水の壁１４によって分離される。
【００４８】
電力システム１０は、各々ジェネレータ２１を具える電源２０と、同一の配電バス１５に連結された負荷３０、５１、５２と、を具える。負荷はスラスタ・ドライブ３０を構成し、スラスタ・ドライブ３０の各々は、供給されたＡＣ電圧の周波数をドライブが動作されるべき周波数に変換するための可変周波数ドライブ３２と、スラスタのプロペラを回転させる電気モーター３１と、を含む。例えば掘削ドライブを含むことができるさらなる負荷は、電気接続５１によって配電バス１５に接続されている。さらに、より少ない負荷を供給している低電圧配電システムは、電気接続５２を介して配電バス１５に接続されている。
【００４９】
各電力システム・セクション１２は、配電バス１５のセクションを具える。バス・セクションは、バスタイ１７を介して接続されている。図１の例では、配電バス１５は、防火かつ防水の壁１４によって分離される３つのセクションを具える。他の構成では、電力システムの区分に応じてさらなるセクション、例えば、４以上のセクションが提供可能である。バス・セクションは、バスタイ１７を介してリング構造に接続されている。図１では、これは、配電バス１５の左端を配電バス１５の右端に接続する上部のバスタイ１７によって示されている。バスタイ・ブレーカ４１は、バスタイ・ケーブルの各先端に設けられている。バスタイ・ブレーカ４１によって、配電バス１５のバス・セクションを電気的に分離することができる。障害が電力システム１０の１つのセクションで生じた場合、障害は電力システム１０の他のセクションに伝播することはありえない。従来のシステムでは、バスタイ・ブレーカ４１は、危険性が高い動作の間、開放されたままである。
【００５０】
電力システム１０の各セクション１２において、少なくとも１つのジェネレータ２１が動作している必要があるということが、直ちに明確になる。各ジェネレータは比較的低い負荷で動作するため、電源２０の非効率的な動作につながり、それゆえ、燃料消費の増加につながる。
【００５１】
図１の実施形態では、バス・セクションは、バスカプラ・ブレーカ４２によってバス・サブセクション１６にさらに分離可能である。図１の例では、このように、電力システム１０は、６つの電力システム・サブセクション１１に分割可能である。障害が特定の電力システム・サブセクション１１で発生した場合、この電力システム・サブセクションを残りの電力システム１０から電気的に絶縁することが可能になる。したがって、このような場合、１つのスラスタ・ドライブ３０のみが失われるが、従来のシステムでは、電力システム・セクション１２が障害のため動作不能になると、少なくとも２つのスラスタ・ドライブ３０が失われる。
【００５２】
危険性が高い動作は、例えばＤＰ２またはＤＰ３クラスの動作モードにおいて、電力システム１０の特に高い完全性および動作上の安全性を要求するので、あらゆる状況において、船の位置の損失は防止される。これは、どんな障害が発生しても、電力システム１０が完全に停電し、その結果としてスラスタ・ドライブが動作不能になり、船がその位置を失うということが生じてはならないということを意味する。この目的のため、従来のシステムでは、電力システム・セクション１２は完全に電気的に絶縁され、その結果、１つのセクションの電力システムが故障しても、他は動作可能なままであるので、船が残りのスラスタによってその位置を確実に保つことができる。
【００５３】
従来のシステムとは対照的に、本実施形態による電力システム１０は、危険性が高い動作の間、バスタイ・ブレーカ４１を閉じ続けるように構成される。また、バスカプラ・ブレーカ４２も閉じる。電力システム１０は、本発明の一実施形態に係る障害保護システムを具え、これによって、危険性が高い動作に必要とされる電力システム１０の高い完全性および動作上の安全性が確実に達成される。
【００５４】
本実施形態の障害保護システムの目的は、迅速かつ効率的に障害を分離し、障害が電力システム１０内で伝播するのを防止するとともに、他の任意のコンポーネントに影響を及ぼすのを防止することである。以下、電力システム１０のサブセクション１１に対して説明する。障害保護システムが残りの電力システム・サブセクションのために対応して構成可能であるということを理解されたい。また、図１の電力システムは３つのセクションを有し、各々は、バスカプラ・ブレーカ４２を介して２つのサブセクションに分離可能である。他の実施態様では、電力システム１０は、セクションごとに異なる数のセクションまたはサブセクションを有してもよい。また、電力システムは、バスタイ１７を介してリングに接続されるサブセクションのみを具えることができ、すなわち、同一セクション内のさらなる分離を有さない（換言すれば、セクション当たりの１つのサブセクションのみを有する）。
【００５５】
図１において、障害保護システムは、ジェネレータ２１およびジェネレータ・ブレーカ４５を含むジェネレータ保護ゾーン６１を具える。障害保護システムは、第１のブレーカ４１（バスタイ・ブレーカ）を含むバスタイ保護ゾーン６３をさらに具え、第１のブレーカ４１は、バス・サブセクション１６の第１端部と、バスタイ１７と、に接続されている。バスタイ１７の他端は、さらなるバスタイ・ブレーカ４１を介して、隣接する電力システム・セクションのバス・サブセクション１６に接続されている。さらなるバスタイ・ブレーカ４１およびバスタイ１７は、バスタイ保護ゾーン６３にも含まれる。
【００５６】
障害保護システムは、バス・サブセクション保護ゾーン６２をさらに含み、バス・サブセクション保護ゾーン６２は、バス・サブセクション１６と、第１のブレーカ４１と、バス・サブセクション１６の第２端部に連結される第２のブレーカ４２と、ジェネレータ・ブレーカ４５と、バス・サブセクション１６に連結される一つ以上のフィーダ・ブレーカ（本例ではスラスタ・ドライブ・ブレーカ４３）と、掘削ドライブ・ブレーカ４４と、を具える。バス・サブセクション１６が隣接したバス・サブセクションにバスカプラを介して連結される場合、第２のブレーカ４２は、（本実施形態のような）バスカプラ・ブレーカとすることができ、あるいは、バス・サブセクション１６が隣接したバス・サブセクションにバスタイを介して連結される場合（例えば電力システム・セクションの中の分割が存在しないときに）、第２のブレーカ４２は、バスタイ・ブレーカとすることができる。
【００５７】
障害保護システムは、バスカプラ保護ゾーン６４をさらに含むことができ、バスカプラ保護ゾーン６４は、バスカプラ（図１では明確に強調されていない）およびバスカプラ・ブレーカ４２を含む。
【００５８】
障害保護システムは、差動の保護を保護ゾーンの各々に提供するように構成される。差動の保護は、保護されるコンポーネントの両側の電流、すなわち保護ゾーンに流入する電流または流出する電流が比較されるように構成可能である。実施形態は、例えば変流器（ＣＴ）を用いて、それぞれの電気接続の電流を測定する一つ以上の保護リレーを使用することができる。最も単純な構成では、電流リレーは、コンポーネントの両側に、例えばジェネレータ巻線の前後に位置する２つのＣＴの二次巻線と並列に接続可能である。保護されるコンポーネントの両側の電流が等しい場合、二次巻線を流れる電流も等しく、したがって、電流は、電流リレーを流れない。例えば変流器が保護ゾーン内に位置するとき、ＣＴ巻線比率を用いて、予想される電流の違いを一致させることができる。
【００５９】
図１では、類似のコンポーネントのいくつかだけに参照番号を付して、より明確かつ広範囲の表現を維持していることに留意されたい。しかし、特定のコンポーネントのために与えられる説明が同一種類の類似のコンポーネントにも適用されることを理解されたい。
【００６０】
図１の保護ゾーンは、図２にさらに詳細に示される。障害保護システムは、例えば、ブレーカ４５をトリップすることができるジェネレータ保護ゾーン６１のための１つの保護リレーを含むことができる。保護リレーのＣＴは３つのジェネレータ巻線の両側の電流を測定することができ、電流の違いが検出される場合、リレーはジェネレータ・ブレーカ４５をトリガーすることができる。
【００６１】
同様に、バスタイ保護ゾーン６３のための保護リレーは、バスタイ・ケーブル１７の両側の電流を測定することができる。電流の違いが、例えばバスタイ・ケーブル１７の機械的損傷により検出される場合、保護リレーは、保護ゾーン６３内のブレーカ４１の一方または両方をトリップすることができる。また、個別の保護リレーを、各ブレーカに対して設けることもできる。
【００６２】
バス・サブセクション保護ゾーン６２において、保護ゾーンに流入および流出する全電流は、それぞれの保護リレーによってモニタされる。これらは、バスタイ１７およびバスカプラを流れる電流と、ジェネレータ２１により供給される電流と、フィーダ接続を介した負荷に対する電流と、を含む。複数の保護リレーが、この種の保護ゾーンの差動の保護に含まれるので、リレーは互いに通信するように構成される。通信はシリアル通信を介して発生可能であり、特にＩＥＣ６１８５０通信を使用して発生可能である。１つのリレーは、マスター・リレーとして作用することができ、障害の発生を決定するためのロジックを具えることができ、すなわち、電流のアンバランスの発生を決定することができる。１つのリレーは、保護ゾーンの他のリレーにトリップ信号を送信し、関連するブレーカをトリップすることができる。
【００６３】
バスカプラ保護ゾーン６４のための差動の保護は、対応して動作する。
【００６４】
バスタイ１７、バス・サブセクション１６またはバスカプラで発生する障害は、本発明でなければ、ジェネレータまたは負荷内の従来の過電流保護を誘発しないものであるが、識別され、保護ゾーン内の全ブレーカを開放することによって、高速かつ効率的に除去可能である。電力システム１０の他の領域は、接続および動作を継続する。
【００６５】
例えばスラスタ・ドライブ３０、掘削ドライブ５１、低電圧（ＬＶ）配電システム５２等の負荷のために、フィーダ・ブレーカ４３、４４、４５が提供される。それぞれの保護ゾーンは、スラスタ変圧器３４、スラスタ・ドライブ３０およびスラスタ・ブレーカ４３を含むスラスタ保護ゾーン６５と、それぞれの掘削ドライブおよび掘削ブレーカ４４のためのフィーダ５１を含む掘削フィーダ保護ゾーン６６と、ＬＶ配電システムおよび配電変圧器（図１参照）用のフィーダ５２を含む対応するＬＶ配電フィーダ保護ゾーン（図示せず）と、例えばスラスタ・ユーティリティおよびジェネレータ２１を駆動しているエンジン用のエンジン・ユーティリティ用のフィーダ３８、３９を含む補助負荷保護ゾーン６７と、を含む。これらは、スラスタ変圧器３４の第４の巻線３６（すなわち、図示のような第３の二次巻線）から、電力を供給可能である。このように、ユーティリティが追加の変圧器を必要としないため、空間および重量の削減を達成することができる。また、それらが同一電力システム・サブセクション１１のジェネレータから電力を供給可能なため、電力システム・サブセクション１１は分離して動作可能である。
【００６６】
上述した保護ゾーン６５〜６７は、例えば定限時過電流曲線を使用して、短絡および過電流保護を提供する。関連する保護リレーは、この種の過電流状態を検出すると、それぞれのブレーカをトリガーし、その結果、負荷は残りの電力システム１０から分離される。この種の保護は、負荷に対しては十分である。なぜなら、それぞれのブレーカの下流の短絡は、通常、ブレーカを流れる電流が過剰となり、保護リレーによって検出されるためである。
【００６７】
ゾーン６１〜６４のための差動の保護は、比較的高速に、例えば１００ｍｓ未満以内に反応することができる。また、ゾーン６５〜６７のための過電流保護は、高速に、例えば１４０ｍｓ以内に反応することができる。いくつかの負荷に対して、ブレーカのトリッピングは遅延可能であり、下流の負荷をトリップすることができる。この種の遅延は、ＬＶ保護システムのために使用可能である。それが変圧器を介してそれぞれのバス・サブセクションに連結されるので、ＬＶ配電システムの下流の短絡は、変圧器の２次側に直接影響するが、変圧器の１次側の障害ほど、配電バス上の電圧安定性に対する影響は深刻ではない。障害が二次巻線３６に直接影響を及ぼす補助負荷保護ゾーン６７にも同一のことがあてはまる。いずれの場合においても、複数のより少ない負荷が下流に接続されるので、それぞれのブレーカをトリップすることによって、例えばジェネレータまたはスラスタ潤滑油ポンプ等の基本的負荷は動作不能になりうる。これらのブレーカを、例えば５００ｍｓまたは４５０ｍｓの遅延をもってトリップするように障害保護システムを構成することによって、障害が発生したコンポーネントは、トリップのための十分な時間を有するので、ＬＶ配電システム全体またはそれぞれのユーティリティ・スイッチボードを切断する必要なく、障害を除去することができる。
【００６８】
バックアップとして、例えば、主要な差動の保護が失敗するまたはブレーカをトリップしない場合に備えて、障害保護システムは方向性保護を含むことができる。方向性保護は、バス・サブセクション、特にそれぞれのバスバーにおいて、バスタイおよびバスカプラのために提供可能である。
【００６９】
方向性保護の目的のため、それぞれの保護リレーは、障害状態の存在を判断し、それに応えて関連するブレーカのためのトリップ命令を送出する方向性ロジックを具えることができる。保護リレーは、この目的のために電流の方向および大きさを、例えば関連するブレーカの両側で電圧を測定することによって測定することができる。
【００７０】
リレーはマスタースレーブ構成で動作可能であり、マスター・リレーは他のリレーから情報を受信し、障害状態を決定した後、他のリレーにトリップ命令を送出する。リレーの間で通信、例えばＩＥＣ６１８５０通信を介して送信される情報は、電流の方向、関連するブレーカの状態およびエネルギーフローすなわち関連するブレーカがエネルギーを与えられるか否かを含む。
【００７１】
図３および図４は、障害保護システムの方向性保護の可能な実施形態の例を示す。図３は、広範囲の表現のために図１の電力システム１０の選択された要素だけを示す。バスカプラ・ブレーカ４２と関連する保護リレー７１は、マスター・リレーとして動作する。保護リレー７１は、２つのバス・サブセクション１６の両端のバスタイ方向性保護リレー７２と通信する。参照番号８２は、隣接した電力システム・セクション内の類似のバスタイ方向性保護がリレーを示す。方向性保護リレー７１、７２、８２ごとに、基準電流方向が示される（順方向またはが逆方向の矢印を参照）。保護リレーは、電流の方向を検出できる上、保護リレーに接続されているブレーカの状態を検出するように構成される。各リレーは、特定の電力システム設定および動作モードの所定の電流方向に従って、保護関数パラメータによってパラメータ化される。マスター・リレー７１は、左右両方のバス・セクションための方向性保護トリップロジックを具える。ロジックは、それぞれのバス・サブセクション内の障害発生時に、バスタイ・ブレーカ４１、バスカプラ・ブレーカ４２およびジェネレータ・ブレーカ４５をトリップするように構成され、障害が発生したバス・サブセクションに直接接続されているすべてのブレーカをトリップするように構成可能である。
【００７２】
マスター・リレー７１がトリップ命令を送出する条件は、以下のとおりである。
（１）測定点（すなわちＣＴを有するリレー）からのすべての水平方向矢印は、バス・サブセクション（バスバー）を示している。
（２）バス・サブセクションの一方側で、ブレーカが開放されているが、バス・サブセクションの他方側の電流方向（矢印）は、バス・サブセクションの方を指している。
（３）バス・サブセクションの一方側で、ブレーカが通電を断たれる（例えば電流Ｉ＜公称値の１０％かつ電圧Ｖ＜公称値の２０％）が、バス・サブセクションの他方側の電流方向（矢印）は、バス・サブセクションの方を指している。これらの場合、バス・サブセクションの障害は、フィーダの下流の障害とみなすことができる（以下参照）。
【００７３】
図４は、図３の左手のバス・サブセクション１６のためのそれぞれのロジックを示す。図４の上部の決定は、保護リレー７２（スレーブ）によって行われ、マスター保護リレー７１に通信され、マスター保護リレー７１は図の下部の測定を行い、判定ロジックを実施する。
【００７４】
リレー７２では、３相の電流方向が逆方向、すなわちバス・サブセクション１６の方を指すか否かが判断され、報告される。ブレーカ４１が開放しているか否か、または、電流の供給が絶たれているか否か（Ｉ＜制限およびＶ＜制限）も報告される。リレー７１では、ブレーカ４２の電流が順方向であるか（すなわちバス・サブセクションの方を指すか）、ブレーカ４２の状態、および、ブレーカに電流が供給されているか否かが判断される。
【００７５】
図４のフロー図から分かるように、トリップ信号を送出するための上述された条件は、保護リレーのロジックで反映される。例えば、リレー７２が、決定された条件（逆電流、ブレーカの開放または電流供給なし）の１つをリレー７１に報告し、リレー７１が、順方向の電流を測定すると、トリップ信号は送出される。リレー７１は、ブレーカ４１、４２、４５を開放するためのトリップ信号を送出する。図３にも、トリップ信号は、（両方のバス・サブセクション１６のための）破線の矢印で示される。
【００７６】
類似のロジックは、図３の右手のバス・サブセクション１６のための保護リレー７１および図３の右手の保護リレー７２において実施される。但し、リレー７１のロジックの第１の条件は、逆方向（順方向ではない）の電流である。保護リレー７１、７２は、例えばシーメンス７ＳＪ６４リレーとすることができ、リレー７１は、マスターとして作用し、両方の隣接するバス・サブセクションのための方向性保護ロジックを有する。
【００７７】
保護リレー７３、８３は、例えばバスタイ１７の差動の保護を実行することができる。リレー７３、８３は、例えばシーメンス７ＳＤ８０リレーとすることができ、線形差動保護位相（８７Ｌ）、３Ｉ０線形差動保護（８７ＮＬ）および地絡差動保護（８７ＮｓＬ）を提供することができる。図示されているように、通信リンクはリレー７３、８３間に設けられ、リレー７３、８３は、それぞれ、バスタイ１７の左側および右側にある関連するブレーカ４１に連結され、これらのブレーカ４１をトリップすることができる。
【００７８】
バスタイ・ブレーカおよびバスカプラ・ブレーカを動作するための保護ロジックは、本願明細書において水平保護ロジックとも称される。さらに、方向性保護は、電力システムのさらなるコンポーネント、例えばバスタイおよびバスカプラのための障害保護システムにおいて提供可能である。それは、上述した通りに実施可能である。
【００７９】
フィーダ・ブレーカ、例えばブレーカ４３、４４、４５に関連する保護リレーは、方向性ロジックを備えることができる。特に、これらの保護リレーは、関連するブレーカを通る電流の方向に依存して異なるトリッピング挙動を有することができる。フィーダ（またはフィーダ・ブレーカ）を流れる電流が、下流方向、すなわち負荷の方向である場合、電流が閾値を上回ると、リレーは、第１のより短い時間ｔ３でブレーカをトリップすることができる。この場合、過電流を引き起こしている障害がフィーダ側の下流にあるとリレーによって仮定することができるので、できるだけ高速にブレーカをトリップしなければならない。可能な例外は、上述したように、例えばＬＶ配電フィーダに関するものである。
【００８０】
同時に、保護リレーは、それぞれのバス・サブセクションの上流ブレーカに連結される保護リレーに、特にバスタイ・ブレーカ４１、バスカプラ・ブレーカ４２およびジェネレータ・ブレーカ４５の保護リレーに、ブロッキング信号を送信するように構成される。
バス・サブセクション上の障害がないので、バス・サブセクションの差動の保護がトリガーされないにもかかわらず、（例えばバス・サブセクションの一方側の電流方向がバス・サブセクションの方へ指すため）方向性保護はトリガーされうる。ブロッキング信号は、関連する保護リレーによってこれらのブレーカのトリッピングを防止する。なぜなら、障害は、フィーダ・ブレーカをトリップすることによって分離可能であり、除去可能なためである。したがって、バス・サブセクションおよびそれに連結されるさらなるコンポーネントは、動作を継続することができる。
【００８１】
一方、フィーダ・ブレーカの保護リレーが、所定の閾値を上回る逆の上流方向の電流、すなわちバス・サブセクション１６の方向の電流を検出する場合、より長い時間ｔ４（ｔ３＜ｔ４）でフィーダ・ブレーカをトリップする。この手段の目的は、他の保護機能が障害を除去する可能性を得るということである（例えばジェネレータ保護）。障害が除去され、電流がｔ４の満了前に通常の大きさに戻ると、フィーダ・ブレーカはトリップせず、接続された負荷は動作を継続することができる。これによって、スラスタ・ドライブの損失を防止することができ、したがって、自動位置保持船の動作上の安全性は増加する。この場合、障害が上流に位置し、上流のブレーカ（または他のフィーダ・ブレーカ）によって除去される必要があるならば、保護リレーは、他のリレーにブロッキング信号を送信しない。
【００８２】
時間ｔ３は、例えば、約５０ｍｓ〜約２００ｍｓとすることがきる。時間ｔ３は、約２００ｍｓ〜約４００ｍｓとすることができる。これらの値が電力システム１０および障害保護システムの特定の構成に従って選択可能であるということを認識されたい。この種の方向性保護機能が障害保護システムの他のブレーカのために、例えばバスタイ・ブレーカのために含まれうることに留意されたい。このバスタイ・ブレーカは、閾値を上回る電流が、バスタイの方向へ流れ、バスタイのための方向性保護を提供する場合、ｔ３内でトリップすることができる。
【００８３】
障害保護システムは、ブレーカ故障検出システムをさらに具えることができる。このシステムは、関連する保護リレーによってブレーカのために実施可能である。保護リレーは、連結されるブレーカのためのトリップ命令を送出すると、ブレーカが実際に電気接続を切断するか否かをモニタすることができる。障害が発生した回路内を、電流が依然流れているか否かを調べることによって、例えば、電流がブレーカ全体に流れているか否かを調べることによって、ブレーカ故障を判断することができる。ブレーカ位置表示を使用して、ブレーカが開放されているか否かを決定することもできる。
【００８４】
ブレーカ故障が検出されると、保護リレーは、それぞれの通信リンクを介して隣接するブレーカの保護リレーにトリップ命令を送出する。例えば、フィーダ・ブレーカまたはジェネレータ・ブレーカの故障が検出されると、関連する保護リレーは、それぞれのバス・サブセクションに直接接続されているすべてのブレーカの保護リレーにトリップ命令を送信するので、バス・サブセクションのすべてのブレーカは開放される。このように、障害の伝播を防止することができる。さらなる例として、バスタイまたはバスカプラ・ブレーカの故障が検出されると、関連する保護リレーは、故障したブレーカの左右にある隣のブレーカの保護リレーにトリップ命令を送信することができる。図１の例では、バスカプラ・ブレーカ４２が故障すると、隣接するバス・サブセクションのバスタイ・ブレーカのためのトリップ信号が送信される。バスタイ・ブレーカ４１が故障すると、バスタイの他端のさらなるバスタイ・ブレーカのためのトリップ信号と、隣接するバスカプラ・ブレーカに対するトリップ信号と、が送信される。
【００８５】
故障保護のトリッピングは、例えば時間ｔ５だけ遅延されうる。時間ｔ５は、故障したブレーカの最大のブレーカ動作時間と、電流の流れをモニタしている要素のドロップアウト時間と、これらの時間の許容度を考慮に入れている安全域と、の合計とすることができる。それゆえ、ブレーカ故障保護を早まってトリッピングするのを防止することができる。
【００８６】
さらなるバックアップとして、従来の短絡および過電流保護は、例えば、定限時過電流曲線を使用して、障害保護システムにおいて提供可能である。このバックアップ保護は、例えば、バスタイ・ブレーカ４１、バスカプラ・ブレーカ４２およびジェネレータ・ブレーカ４５のために実施可能である。このバックアップ保護はバス・サブセクションのためにさらに実施可能である、すなわち、バス・サブセクションの電流が所定時間の間に閾値を上回ると、バス・サブセクションのブレーカは開放可能である。
【００８７】
以下の表１は、それぞれのコンポーネントのために機能するメイン保護機能およびバックアップ保護機能を有する障害保護システムの可能な構成をまとめたものである。
【００８８】
【表１】
0005657051.tif 000002
【００８９】
メイン保護機能が最初にトリップし、システムが強化された実施可能性を維持する、すなわちコンポーネントの不要なトリッピングを防止することを確認するために、表２は、トリッピング時間（または遅延）がそれぞれの保護機能をトリップするために使用可能であることを示す。
【００９０】
【表２】
0005657051.tif 000003
【００９１】
表２の（１）と記録された行に関して、下流のコンシューマのトリッピングは遅延されたトリッピング時間によって可能になり、ＬＶ配電システム全体のトリッピングを防止するという上述した例外を意味する。これは、表２の（２）と記録された行にも類似しており、この場合、より長い遅延は下流のユーティリティ／補助のトリッピングを可能にするために選択される。オプションは、これらの負荷の１つにおける障害が電力システム１０の安定性に与える影響に従って選択可能であり、すなわち、安定性が損なわれる場合、より短いトリッピング時間または遅延が選択されなければならない。
【００９２】
図５は、本発明の一実施形態による障害保護システムを動作する方法の模式的な概要を示すフロー図である。この方法は、図１〜図４および上述した説明の電力システムおよび障害保護システムにて実行可能である。上述したステップは、図５に明確に示されないが方法の一部とすることができる点に留意されたい。
【００９３】
ステップ１０１において、電力システム１０は、バスタイ・ブレーカを閉じた状態で、ＤＰ３動作モードで動作する。３つの電力システム・セクション１２のために２つのジェネレータを動作させれば十分であり、ジェネレータをより効果的な方式で動作可能であるので、燃料消費および二酸化炭素の排出を減らすことができる。
【００９４】
ステップ１０２において、障害が発生する。差動の保護は最速に（表２参照）反応するように構成可能であるので、ステップ１０３において、差動の保護が障害を検出するか否かを調べる。ステップ１０３において「はい」の場合、それぞれの保護ゾーン内のブレーカをトリップする（ステップ１０４）。「いいえ」の場合、方向性保護（ステップ１０５）またはフィーダの過電流保護（ステップ１０６）は、障害を検出することができる。フィーダ・ブレーカの保護リレーが、（所定の閾値を上回る電流を検出することによって）障害を検出する場合、方向性ロジックは、障害がフィーダの下流にあるか否かを調べる（ステップ１０７）。ステップ１０７において「はい」の場合、フィーダ・ブレーカを、例えば時間ｔ３の間トリップする。また、ブロッキング信号を、上流のブレーカの保護リレーに送信する（ステップ１０９）。
【００９５】
ステップ１０７の判定が「いいえ」の場合、すなわち、フィーダ・ブレーカを流れる逆電流を検出する場合、フィーダ・ブレーカを直ちにはトリップせず、トリッピングを遅延し、他の保護機能、例えばステップ１１０の方向性保護のトリッピングを許容する。方向性ロジックが障害を検出する場合（ステップ１０５）、それぞれの保護リレー、例えばマスター・リレーがトリップ命令を送出し、ロジックに従って適切なブレーカをトリップする（ステップ１１０）。ブロッキング信号をフィーダ保護リレーから受信する場合、トリップ命令を送出しない。ステップ１０８またはステップ１１０において、障害を除去する。
【００９６】
それぞれのトリップ命令を送出後、障害が依然存在する場合（ステップ１１１）、ステップ１１２において、ブレーカ故障保護を、表２に示すような特定の遅延をもって実行する。上述したように、ブレーカが故障したとき、故障したブレーカの左右のブレーカに、または、同一バス・サブセクション内の全てのブレーカに、トリップ命令を送出するか否か出すかを、ブレーカ故障保護は決定する（ステップ１１３）。
【００９７】
障害除去後、動作は、残りのブレーカを閉じた状態で継続する（ステップ１１４）。この種の手順を使用して、障害に影響を受けない大部分のコンポーネントは、電力システム１０に接続されたまま、動作を継続することができる。動作中のジェネレータが障害のため電力システムから分離されると、ステップ１１５において、追加のジェネレータが開始可能であり、すなわち、その関連する原動機、例えばガスタービンまたはディーゼルエンジンが開始する。
【００９８】
方法がさらなるステップ、例えば、表１を用いて上述したバックアップ過電流保護等を含むことができる点を認識されたい。
【００９９】
本願明細書において特定の実施形態が開示されているが、本発明の範囲内において、各種変更および修正を行うことができる。本実施形態はあらゆる点で例示的かつ非制限的であるとみなされるべきであり、添付の請求の範囲の意味および同等範囲に含まれるすべての変更は、本願明細書に包含されることを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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