海底配电装置和系统的制作方法

本发明涉及电功率到海底装备的分配。

更具体地，本发明涉及一种海底过电流断开系统，其被布置成连接到海底耗电装置和海底配电装置的输出端子。

本发明还涉及一种海底配电装置，包括：容纳至少一个变压器的第一防水壳体，所述变压器具有初级绕组和至少一个次级绕组；输入端子，电连接到所述至少一个变压器的初级绕组并且被布置成连接到远程电源；多个输出端子，电连接到所述至少一个次级绕组；其中开关被布置成断开每个次级绕组与相应的输出端子之间的连接，所述开关被布置在所述第一防水壳体内。

本发明还涉及相应的海底配电系统。

背景技术：

在海上设施中，越来越多地使用电动海底装备，诸如海底处理设施。这种海底装备可以包括，但不限于，压缩机、泵和任何其它电动海底装备。

要分配给这种海底装备的电功率可以从陆地提供(例如，陆上发电厂)，或从海上发电设施(例如，在船或平台上)提供。

这种海底装备可能具有高功率需求，并且电功率通常必须跨越长距离传输。为了跨越长距离提供有效的功率传输，高电压用于远程电源。

需要针对海底配电装置和系统中的过载或短路条件的改进保护。特别地，需要改进的保护，同时保持在海底条件下交换必要元件的可能性。

技术实现要素：

背景技术的劣势和/或缺点已经通过如随附权利要求中阐述的装置和系统来克服。

附图说明

下面将参照附图更详细地讨论本发明，其中

图1是例示海底配电系统的各方面的电单线图。

图2是例示海底配电装置的其它方面的简化机械图。

图3是例示海底配电装置的某些其它方面的示意性框图。

图4是例示海底配电装置的某些其它方面的示意性框图。

具体实施方式

图1是例示海底配电装置的各方面的电单线图。

海底配电装置100包括容纳变压器102的第一防水壳体101。在第一防水壳体101中还可以设置其它变压器(一个或多个)。

变压器102具有初级绕组和至少一个次级绕组。在图1中所示的实施例中，变压器102具有多个次级绕组，特别是五个次级绕组。次级绕组的其它可能数目包括1、2、3、4、6、7、8以及更多。初级绕组由变压器102的内部较大圆圈符号示出，而次级绕组由变压器102的外部较小圆圈符号示出。在这种情况下，海底配电装置100包括多绕组变压器102。

海底配电装置100还包括电连接到变压器102的初级绕组并且被布置成连接到远程电源的输入端子。

远程电源可以具有通常为50-150kV的高供电电压，例如90kV。高电压功率可以在长距离上传输，诸如从陆地(例如陆上发电厂)。，或从海上发电设施(例如，在船或平台上)到海底站点。

海底配电装置100还包括多个输出端子，诸如输出端子124，其电连接到至少一个次级绕组并且布置成连接到海底耗电装置。

开关(诸如开关123)被布置成打开/关闭每个次级绕组与相应的输出端子124之间的连接。开关(诸如开关123)被布置在第一防水壳体101内。

布置成打开/关闭每个次级绕组与相应的输出端子之间的连接的开关(诸如开关123)的布置使得能够隔离每个单独的次级电路，以便仅断开连接有故障的电路。当次级电路要被连接或断开连接时，这种隔离开关将给予执行这样的电路隔离操作而不断开连接整个海底变压器的机会。

在海底配电设备100中使用的开关可以例如被设计用于在10至70kV的电压范围内，或者更具体地，在20至36kV的范围内(例如24kV)操作。有利地，介电绝缘流体(油)用于填充开关间隙，这意味着当在空气中操作时额定用于特定电压的开关可以在使用绝缘流体(油)时在显著更高的(诸如近似三倍高)的电压下操作。

有利地，每个开关(例如开关123)被放置得尽可能靠近变压器102的次级绕组，以便使次级绕组和开关之间的故障的风险最小化，因为这种故障不能通过开关隔离。

优选地，变压器(诸如变压器102)的每个次级绕组设置有相应的开关。

每个开关可以包括开关致动器，其已经在下面参考图2更详细地描述。

作为多绕组变压器102的替代，变压器可以仅设置有一个次级绕组。在这种情况下，多个输出端子可以经由至少一个母线电连接到公共次级绕组。

输出端子(诸如所例示的输出端子124)被布置在第一防水壳体101的壁中。每个输出端子(诸如输出端子124)连接到过电流断开装置151，过电流断开装置151进一步布置成连接到海底耗电装置，其又可以包括例如VSD(变速驱动器)161和电动机171。如本文所使用的，术语耗电装置应当被理解为意为一个单耗电单元或配电电路段，其可以包括多个耗电单元。

过电流断开装置151布置在与第一防水壳体101分离的第二防水壳体152内。有利地，单独的防水壳体用于每个过电流断开装置。

将过电流断开装置151布置在与第一防水壳体分开的第二防水壳体152内的构思便于将过电流断开装置151从其海底位置收回到顶侧位置以用于维修或修理的目的。例如当过电流情况发生时，特别是，如果过电流断开装置包括保险丝或类似的一次性部件时，维修或修理可能是必要的。第一和第二防水壳体可以填充有不导电液体，例如，油。

包括布置在防水壳体中的充油环境中的海底过电流断开装置的系统可以用海底过电流断开系统来表示。

输出端子124和过电流断开装置151之间的连接可以包括湿配合连接。这使得能够在海底环境中将包括在第二防水壳体152中的过电流断开装置151连接到第一防水壳体101或将其从第一防水壳体101断开连接。第一和第二防水壳体之间的电连接和机械固定可以有利地在一个共同的操作中执行。进行这种配合的机械力相当高。壳体朝向罐101的移动可以通过机械辅助夹紧机构来完成，该机械辅助夹紧机构是电力自主的或由ROV车辆供电。

湿配合连接的布置有助于例如通过ROV将过电流断开装置151及其壳体152从其海底位置收回到顶侧位置，用于维修或修理的目的。过电流断开装置可以被布置成当通过过电流断开装置的电流超过预定阈值时断开输出端子和海底耗电装置之间的连接。

过电流断开装置在一个示例中可以是电路断路器(CB)，其将在短路或过载条件下断开。在另一个示例中，过电流断开装置可以是在故障断开之后必须更换的保险丝，诸如中压保险丝。在又一示例中，过电流断开装置可以包括可控半导体开关或PEB(电力电子断路器)。所有这些装置有利地布置在充油环境中。

壳体152内的压力可以等于环境海水压力。环境海水压力将取决于其中布置本海底配电装置的海底位置的实际深度。例如，在1000m海深处的压力可为约100巴(bar)，在3000m海深处为300巴，以及在5000m海深处为500巴。

为了在海底过电流断开装置的第二防水壳体和环境海水中获得相等的压力，可以对第二防水壳体进行压力补偿。

PEB不必完全隔离，并且开关151必须打开以完成断开。PEB和CB两者都可以用于多次接通和断开负载电流。然而，CB可以将短路电流断开有限次数。然后其必须被收回和维修。

设置在第一防水壳体101中的开关123可以包括开关致动器。该开关123的打开仅在断开装置打开时才可能。

第一防水壳体可以配置有第一隔室和与第一隔室分开的第二隔室。变压器可以布置在第一隔室内，并且开关可以布置在第二隔室中。第一隔室和第二隔室可以是充油的。

在图1中，变压器102的最左边的两个次级绕组连接到相应的开关123，开关123包括在防水壳体101中或在防水壳体101的隔室中。两个开关进一步连接到双输出端子，其进一步连接到包括在防水壳体159中的双过电流断开装置158。因此，在海底配电装置100中，多输出端子可以进一步连接到多过电流断开装置158，多过电流断开装置158进一步布置成连接到多海底耗电装置。在这样的方面中，多过电流断开装置158可以布置在与第一防水壳体101分离的单独的防水壳体159中。

图2是例示海底配电装置的其它方面的示意性框图。

海底配电装置包括容纳至少一个变压器102的第一防水壳体101.可以在第一防水壳体中设置不止一个变压器。每个附加变压器103、104可以例如等同于、类似于或不同于变压器102。

变压器102具有初级绕组和多个次级绕组，即，多绕组变压器。在变压器102内例示了多个次级绕组，其在该示例中包括5个次级绕组。

每个次级绕组可以馈送一个耗电装置。如本文所使用的，术语耗电装置应当被理解为意为一个单耗电单元或可以包括多个耗电单元的配电电路段。

虽然在图1中未例示，但是海底配电装置100包括电连接到初级绕组的输入端子。这些输入端子还被布置成连接到远程电源。

远程电源可以具有通常为50-150kV的高供电电压，例如90kV。高电压功率可以在长距离上传输，诸如从陆地(例如，陆上发电厂)或从海上发电设施(例如，在船或平台上)到海底站点。

配电装置100还包括输出端子，输出端子电连接到次级绕组并且布置成连接到海底耗电装置。

次级绕组通常可以提供在10至40kV范围内，或更具体地，在20至36kV范围内(例如24kV)的工作电压，。

此外，开关被布置成打开和关闭每个次级绕组与相应的输出端子之间的连接。包括所例示的开关113和123的开关被布置在防水壳体内。

布置成打开和关闭每个次级绕组与相应的输出端子之间的连接的开关的布置使得能够隔离每个单独的次级电路，以便仅断开连接有故障的电路。当要连接或断开连接次级电路时，这种隔离开关将给予执行这种电路隔离操作而不断开整个海底变压器的机会。

在配电装置中使用的开关可以例如被设计用于在10至40kV的电压范围内操作，或者更具体地，在20至36kV的范围内(例如24kV)操作。有利地，介电绝缘流体(油)用于填充开关间隙，这意味着当在空气中操作时额定用于特定电压的开关可以当在使用绝缘流体(油)时在显著更高(诸如近似三倍高)的电压下操作。

作为图2所例示的简化的说明性示例，变压器102中的一个次级绕组111通过导体112连接到开关113。另一个连接器连接在开关113和输出端子114之间，输出端子114被布置成连接到海底耗电装置。类似地，变压器102中的另一个次级绕组121通过导体122连接到开关123。另一个连接器连接在开关123和输出端子124之间，输出端子124也被布置成经由过电流断开装置151连接到海底耗电装置(未例示)。

以上已经参考图1描述了海底耗电装置的其它可能的细节。

过电流断开装置151布置在与第一防水壳体101分离的第二防水壳体152内。第二防水壳体可以填充有不导电液体，例如，油。

输出端子124和过电流断开装置151之间的连接可以包括湿配合连接，如以上参考图1进一步描述的。过电流断开装置151的其它方面也已经在上面参考图1进行描述。

有利地，每个开关(例如，开关123)被放置得尽可能靠近变压器的次级绕组，以便使次级绕组和开关之间的故障的风险最小化，因为这种故障不能通过开关隔离。

优选地，变压器(例如变压器102)的每个次级绕组设置有相应的开关。

每个开关可以包括开关致动器，其致动开关的切换功能。例如，开关113由开关致动器115致动。优选地，如图所示，两个其它的相应操作的开关由相同的开关致动器115致动。

同样，开关123由另一个开关致动器125致动。优选地，如图所示，两个其它的相应操作的开关由相同的开关致动器125致动。

在特别有利的方面中，防水壳体101配置有第一隔室131和第二隔室141。第二隔室141与第一隔室131分离。此外，在该构造中，变压器布置在第一隔室131内，而开关布置在第二隔室141中。

第一隔室131和第二隔室141有利地填充油。有利地，所使用的油是被称为变压器流体的类型的介电绝缘油。一个例子被称为MIDEL 7131。

第一隔室131和第二隔室141可以被配置为单独的构件或作为分开的外壳的部分。包括分开的外壳的隔室应当被设计和布置成承受海底环境条件，即水压、盐、温度变化等。为此，隔室可以由具有用于热交换的冷却翅片的坚固的钢壳制成。该外壳可有利地包括顶盖和合适的衬套盒。用于海底环境的到海水的适当的密封件、封闭件、穿透器和连接器可以由本领域技术人员适当地选择。

在一个方面中，开关致动器(或多个开关致动器)包含在防水壳内。因此，如图所示，开关致动器115和125包含在防水壳101内。

更具体地，在其中防水壳101具有第一隔室131和第二隔室141的构造中，开关致动器有利地包含在第二隔室141内。在该构造中，在第一和第二隔室之间需要电穿透器。

在替代方面中，开关致动器被布置在防水壳的外部。在这种情况下，可能需要通过防水壳体的壳布置机械轴。然而，这导致关于在轴和防水壳体的壳之间获得耐用且可靠的密封的某些劣势。这个问题已经通过在布置在防水壳体外部的致动器的电动机和开关的可移动机构之间布置磁耦合来解决。

在任何以上方面中，开关致动器可以连接到且布置成由与防水壳体分离布置的控制单元控制。

开关致动器可以有利地是电开关致动器，例如。包括电动机、机械驱动齿轮、诸如电池的电源以及控制单元。电开关致动器可以被配置为故障安全。电池可以包括内部电池、外部电池或其组合。

选择性地，开关致动器可以是液压或电液压开关致动器。

图3和图4是例示海底配电装置的某些其它方面的示意性框图。

海底配电装置200包括以与上面参照图2所述的装置101相同方式的防水壳体201。防水壳体201容纳变压器，该变压器具有在210处示意性地例示的初级绕组和多个次级绕组绕组；即，四个次级绕组211、221、231和241。输入端子(示意性地例示为一条线)电连接到初级绕组210并且被布置成连接到远程电源。

海底配电装置200还包括输出端子，其电连接到次级绕组并且被布置成连接到在216、226、236和246处例示的海底耗电装置。在图3中分别在211、221、231和241处例示的开关被布置成断开每个次级绕组与通向相应的海底耗电装置的相应输出端子之间的连接。开关以针对图2中所例示的配电装置100所公开和例示的相应方式布置在防水壳体内。

过电流断开装置(诸如过电流断开装置151)被布置在相应的防水壳体内，诸如与第一防水壳体201分离的第二防水壳体152。

另外，海底配电装置200可以包括已经在上面针对图1和/或图2中所例示的配电装置100描述的任何可选特征或可选特征的任何组合。

图4例示了与图3所示类似的配置。每个海底耗电装置可以在装置本身内，或者更具体地，如图4所示，在附接到或包括在与相应的海底耗电装置相同的壳体内的单独的开关单元中包括附加的电源开关。包括在耗电装置中的电源开关可以例如是变速装置(VSD)中的电源开关。

具有方面和可能或可选特征的任何组合的以上公开的海底配电装置可以包括在海底配电系统中。海底配电系统包括远程电源，具有通常为50-150kV的高电压，例如90kV。高电压功率可以在长距离上传输，诸如从陆地(例如，陆上发电厂)或从海上发电设施(例如，在船或平台上)到海底站点。

海底配电系统还包括如上公开的(例如，如参考图1、图2、图3和图4所示和描述的)海底配电装置，以及多个海底耗电装置(诸如压缩机、泵等)。

海底配电系统还包括将远程电源和海底配电装置的输入端子互连的主电连接。

海底配电系统还包括将海底配电装置的输出端子和海底耗电装置互连的次电连接。

本领域技术人员应当理解，所公开的海底配电装置和海底配电系统可以采用三相AC或单相AC供电电压/电流、电路和元件。

所公开的海底配电装置和海底配电系统的各个方面可以具有以下优点中的至少一些：

对过载或短路条件的改进保护，同时保持在海底条件下交换必要元件的可能性。

一个次级电路中的接地故障或另一电故障可以对其它次级电路没有影响。

隔离一个故障电路，因此该故障不会影响变压器的工作的可能性。

例如，在维护和/或维修期间，可以以海底配电系统的其余部分处于操作下来完成海底耗电装置的安装或移除。

整个配电系统的关机或断开连接将具有显著的操作问题，例如，运行时间和成本的损失。所公开的海底配电装置和系统克服了相关背景解决方案的这种缺点。