专利名称：用于直接电加热管道系统的电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对管道系统的电加热。更特别地，本发明涉及一种用于向管道提供电功率的电源系统。
背景技术：
氢氧化物的形成在油和气的海底生产系统中是众所周知的问题。有若干选项可用于解决该问题。传统地使用化学制品。目前使用一种更为有效的直接电加热(DEH)方法来通过强迫高电流通过管道本身而加热管道。在任何形式的管道电加热中，通常需要提供至少几百千瓦的电源。功率通常需要以编程的顺序施加，以达到所选择的运行条件。功率从三相到单相的转换通常是必要的，尤其是在海底管道应用中，在该海底管道应用中功率是从现有的三相电网中提取的。所需要的是一种能够提供这些需要的高效、通用的电源系统。
发明内容
本发明的目的是要提供一种改进的、用于直接电加热应用的电源装置。上述目的通过一种用于直接电加热管道系统的电源装置来达到，该电源装置包括
三相变压器，适于支持连接在该变压器的第一相和第二相之间的单相负载，所述变压器包括位于该变压器的高压侧的至少一个第一抽头变换器(tap changer)；
对称化单元，包括连接在所述变压器的第一相和第三相之间的第一电容器装置，和连接在所述变压器的第二相和第三相之间的电感器装置；以及
补偿单元，包括连接在所述变压器的第一相和第二相之间的第二电容器装置， 其中第一抽头变换器、第一电容器装置、第二电容器装置和电感器装置适于被带负载地改变。单相电缆被用于管道加热。这些电缆连接到三相电源。单相负载通过包括第一电容器装置和电感器装置的对称化单元而转换为用于三相变压器的三相负载。此外，包括第二电容器装置的补偿单元用于补偿该负载的低功率因数。如果该负载未被补偿并且未被对称，则负载失衡将非常高并导致高的负序电流。这将对变压器和发电机的安全运行造成问题。针对DEH来加热负载可以通过改变在三相变压器上施加的电压而在从最小负载到最大负载的范围内选择。通过改变电压电平，可以改变加热功率电平。这是通过使用连接在所述变压器的高压侧的带负载抽头变换器来完成的，同时该变压器和整个DEH系统被完全通电。该解决方案使得能够带负载地改变对应电容装置和电感装置的电容值和电感值，同时该系统被通电。这允许实时的带负载优化，其中对于变压器的功率因数将非常接近于1并且负序电流将非常接近于0。在本发明的优选实施例中，所述框架内的模块进一步包括适于自动控制所述第一抽头变换器的电压电平、所述第一电容器装置和所述第二电容器装置的电容以及所述电感器装置的电感的控制单元。这使得能够在管道系统被完全通电时自动控制所述变压器、电容器装置和电感器装置。它还可以用于自动控制可以被临时去电的系统。该控制单元可以是从现场或远程位置进行控制的可编程逻辑控制器(PLC)。在替换实施例中，三相变压器进一步包括至少一个第二抽头变换器。该第二抽头变换器可以作为无负载抽头变换器，并且通过使用抽头，运行曲线将扩展到超过通常提供的范围，从而使得能够改变到不同的电压位置。在另一个替换实施例中，所述电感器装置的电感适于使用第三抽头变换器来带负载地改变。该电感器装置的电感需要改变以平衡负载，即以将单相变换为三相平衡的负载。 该抽头变换器有助于在管道系统被完全通电时改变该电感。在另一个替换实施例中，自动控制所述第一电容器装置的电容进一步包括步骤 通过对应的真空接触器来切换至少一个第一附加电容器。而且，自动控制所述第二电容器装置的电容进一步包括步骤通过对应的真空接触器来切换至少一个第二附加电容器。这使得能够按照针对DEH系统所测得的负载参数以及功率需要来带负载地改变电容值。在另一个替换实施例中，所述变压器、第一电容器装置、第二电容器装置、电感器装置、第一附加电容器、第二附加电容器和真空接触器是干式的。使用所述部件降低了关于火灾的潜在风险，由此实现了更大的安全性。
下面参照在附图中示出的图解实施例来进一步描述本发明，在附图中 图1示出用于管道系统的电源装置的电路图，
图2示出根据本发明实施例的具有控制单元的电源装置，
图3示出根据本发明实施例的具有安装在高压(HV)侧的带负载抽头变换器和在低压 (LV)侧的无负载抽头的变压器，以及
图4示出根据本发明实施例的负载平衡系统的结构。
具体实施例方式本发明的目的在于提供一种允许全自动运行的解决方案。该解决方案包括带负载地全自动调节电容装置和电感装置。使用带负载抽头变换器和无负载抽头的组合来改变变压器电压。这允许永久的带负载运行，并且很少需要DEH系统的停止。图1示出用于管道系统的电源装置100的电路图。功率可以从现有的三相电网1 中提取。该电源装置包括三相变压器2，该三相变压器适于支持连接在变压器2的第一相6 和第二相8之间的单相负载4。该变压器包括高压侧12和低压侧3，其中第一抽头变换器 10连接到变压器2的高压侧12。该装置包括对称化单元14，该对称化单元14包括连接在变压器的第一相6和第三相18之间的第一电容器装置16以及连接在所述变压器2的第二相8和第三相18之间的电感器装置20。使用该单元将该单相负载转换为用于三相变压器的三相负载。补偿单元22也合并在该装置中，该补偿单元包括连接在变压器2的第一相6 和第二相8之间的第二电容器装置M。该单元补偿负载的低功率因数。基于该要求，与对称化单元和补偿单元关联的电容值和电感值可以被改变。第一抽头变换器10、第一电容器装置16、第二电容器装置M和电感器装置20适于被带负载地改变。带负载的抽头变换器允许改变电压而同时DEH系统保持通电(带负载)。这允许实时的带负载优化，其中对于变CN 102160251 A
说明书
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压器的功率因数非常接近于1并且该变压器上的三相负载被非常好地平衡，即导致非常低的负序电流。图2示出根据本发明实施例的具有控制单元202的电源装置200。该电源装置被示出包括适于自动控制所述第一抽头变换器10、第一电容器装置16、第二电容器装置对和电感器装置20的控制单元202。在此控制单元202是从现场或远程位置进行控制的可编程逻辑控制器(PLC)，该可编程逻辑控制器执行该自动控制。所述电源装置进一步包括用于测量单相负载参数的至少一个第一测量单元204和用于测量三相负载参数的至少一个第二测量单元206。所测量的负载参数可以是电缆功率因数、电压、电流等。可以进一步通过使用远程控制面板208从远程位置控制该电源装置。图3示出根据本发明实施例的具有安装在HV侧12的带负载抽头变换器302和在 LV侧3的多个无负载抽头的变压器装置300。带负载抽头变换器和无负载抽头允许改变用于直接电加热(DEH)的电压和功率而同时变压器和整个DEH系统保持通电。在此示出的变压器包括具有9个电压电平或电压位置的带负载抽头变换器302。除了在低压侧处于正常电压的100%的正常固定抽头位置之外，图3还示出以正常电压的77%和60%提供的两个固定抽头位置。正常固定抽头位置304在正常电压的100%处示出，以及第一固定抽头位置 306处于正常电压的77%而第二固定抽头位置308处于正常电压的60%。因此，该装置允许在所需要的整个功率范围内的3*9=27个不同的电压位置或电压电平。对于更大的变压器， 可以选择具有更多位置的带负载抽头变换器，例如多达36个带负载抽头，以在不中断负载的情况下切换。类似地，可以改变固定位置抽头的数量。图4示出根据本发明实施例的负载平衡系统的电路装置400。如图所示，通过切换附加的更小电容器单元来控制第一电容器装置410和第二电容器装置420的电容值。使用真空接触器将附加的电容器切换到该电路。按照在第一电容器装置410旁的需要，使用各自的真空接触器413，415，417将第一附加电容器412，414，416切换到该电路。对第二电容器装置420也是如此。按照在第二电容器装置420旁的需要，使用各自的真空接触器 423，425，427，429，431将第二附加电容器422，424，426，428，430切换到该电路。如图所示， 电感器装置406的电感通过使用带负载抽头变换器408改变抽头来控制。变压器、第一电容器装置、第二电容器装置、电感器装置、第一附加电容器、第二附加电容器和真空接触器是干式的。使用所述部件降低了关于火灾的潜在风险，由此实现了更大的安全性。总之，本发明一种涉及用于向管道提供电功率的电源装置。用于直接电加热管道系统的电源装置100基本上包括三相变压器2、对称化单元14和补偿单元22。三相变压器 2适于支持连接在变压器2的第一相6和第二相8之间的单相负载4。变压器2包括在变压器2的高压侧12的至少一个第一抽头变换器10。对称化单元14包括连接在该变压器的第一相6和第三相18之间的第一电容器装置16和连接在所述变压器2的第二相8和第三相18之间的电感器装置20。补偿单元22包括连接在变压器2的第一相6和第二相8之间的第二电容器装置24。第一抽头变换器10、第一电容器装置16、第二电容器装置对和电感器装置20适于被带负载地改变。尽管已参照特定实施例描述了本发明，该描述并不意欲以限制意义来被解释。参照本发明的描述，所公开的实施例的各种修改以及本发明的替换实施例对本领域技术人员都将是显而易见的。因此预计可以在不脱离所定义的本发明的精神或范围的情况下进行这
5样的修改。
权利要求
1.一种用于直接电加热管道系统的电源装置(100)，包括三相变压器(2)，适于支持连接在该变压器(2)的第一相(6)和第二相(8)之间的单相负载(4)，所述变压器(2)包括位于该变压器(2)的高压侧(12)的至少一个第一抽头变换器 (10)；对称化单元(14)，包括连接在该变压器的第一相(6)和第三相(18)之间的第一电容器装置(16 )和连接在所述变压器(2 )的第二相(8 )和第三相(18 )之间的电感器装置(20 )；以及补偿单元(22)，包括连接在该变压器(2)的第一相(6)和第二相(8)之间的第二电容器装置⑶，其中第一抽头变换器(10)、第一电容器装置(16)、第二电容器装置(24)和/或电感器装置(20)适于被带负载地改变。
2.根据权利要求1所述的电源装置，进一步包括适于自动控制所述第一抽头变换器 (10)的电压电平、所述第一电容器装置(16)和所述第二电容器装置(24)的电容以及所述电感器装置(20)的电感的控制单元(202)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的电源装置，其中所述三相变压器(2)进一步包括至少一个第二抽头变换器(302，304，306)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的电源装置，其中所述电感器装置(20)的电感适于使用第三抽头变换器(21)来带负载地改变。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电源装置，其中自动控制所述第一电容器装置 (16)的电容进一步包括步骤通过对应的真空接触器(413，415，417)来切换至少一个第一附加电容器(412，414，416)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电源装置，其中自动控制所述第二电容器装置 (24)的电容进一步包括步骤通过对应的真空接触器(423，425，427，429，431)来切换至少一个第二附加电容器(422，424，426，428，430)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电源装置，其中变压器(2)、第一电容器装置 (16)、第二电容器装置(24)、电感器装置(20)、第一附加电容器(412，414，416)、第二附加电容器(422，424，426，428，430)和 / 或真空接触器(413，415，417，423，425，427，429，431) 是干式的。
全文摘要
本发明涉及一种用于向管道提供电功率的电源装置。用于直接电加热管道系统的该电源装置(100)基本上包括三相变压器(2)，对称化单元(14)，补偿单元(22)。该三相变压器(2)适于支持连接在该变压器(2)的第一相(6)和第二相(8)之间的单相负载(4)。该变压器(2)包括位于该变压器(2)的高压侧(12)的至少一个第一抽头变换器(10)。对称化单元(14)包括连接在该变压器的第一相(6)和第三相(18)之间的第一电容器装置(16)和连接在所述变压器(2)的第二相(8)和第三相(18)之间的电感器装置(20)。补偿单元(22)包括连接在该变压器(2)的第一相(6)和第二相(8)之间的第二电容器装置(24)。第一抽头变换器(10)、第一电容器装置(16)、第二电容器装置(24)和电感器装置(20)适于被带负载地改变。
文档编号H02J3/26GK102160251SQ200980136656
公开日2011年8月17日 申请日期2009年7月24日 优先权日2008年9月19日
发明者拉丹 D. 申请人:西门子公司