本發(fā)明涉及電功率到海底裝備的分配。

更具體地，本發(fā)明涉及一種海底過(guò)電流斷開(kāi)系統(tǒng)，其被布置成連接到海底耗電裝置和海底配電裝置的輸出端子。

本發(fā)明還涉及一種海底配電裝置，包括：容納至少一個(gè)變壓器的第一防水殼體，所述變壓器具有初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組；輸入端子，電連接到所述至少一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組并且被布置成連接到遠(yuǎn)程電源；多個(gè)輸出端子，電連接到所述至少一個(gè)次級(jí)繞組；其中開(kāi)關(guān)被布置成斷開(kāi)每個(gè)次級(jí)繞組與相應(yīng)的輸出端子之間的連接，所述開(kāi)關(guān)被布置在所述第一防水殼體內(nèi)。

本發(fā)明還涉及相應(yīng)的海底配電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在海上設(shè)施中，越來(lái)越多地使用電動(dòng)海底裝備，諸如海底處理設(shè)施。這種海底裝備可以包括，但不限于，壓縮機(jī)、泵和任何其它電動(dòng)海底裝備。

要分配給這種海底裝備的電功率可以從陸地提供(例如，陸上發(fā)電廠)，或從海上發(fā)電設(shè)施(例如，在船或平臺(tái)上)提供。

這種海底裝備可能具有高功率需求，并且電功率通常必須跨越長(zhǎng)距離傳輸。為了跨越長(zhǎng)距離提供有效的功率傳輸，高電壓用于遠(yuǎn)程電源。

需要針對(duì)海底配電裝置和系統(tǒng)中的過(guò)載或短路條件的改進(jìn)保護(hù)。特別地，需要改進(jìn)的保護(hù)，同時(shí)保持在海底條件下交換必要元件的可能性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

背景技術(shù)的劣勢(shì)和/或缺點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)如隨附權(quán)利要求中闡述的裝置和系統(tǒng)來(lái)克服。

附圖說(shuō)明

下面將參照附圖更詳細(xì)地討論本發(fā)明，其中

圖1是例示海底配電系統(tǒng)的各方面的電單線圖。

圖2是例示海底配電裝置的其它方面的簡(jiǎn)化機(jī)械圖。

圖3是例示海底配電裝置的某些其它方面的示意性框圖。

圖4是例示海底配電裝置的某些其它方面的示意性框圖。

具體實(shí)施方式

圖1是例示海底配電裝置的各方面的電單線圖。

海底配電裝置100包括容納變壓器102的第一防水殼體101。在第一防水殼體101中還可以設(shè)置其它變壓器(一個(gè)或多個(gè))。

變壓器102具有初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組。在圖1中所示的實(shí)施例中，變壓器102具有多個(gè)次級(jí)繞組，特別是五個(gè)次級(jí)繞組。次級(jí)繞組的其它可能數(shù)目包括1、2、3、4、6、7、8以及更多。初級(jí)繞組由變壓器102的內(nèi)部較大圓圈符號(hào)示出，而次級(jí)繞組由變壓器102的外部較小圓圈符號(hào)示出。在這種情況下，海底配電裝置100包括多繞組變壓器102。

海底配電裝置100還包括電連接到變壓器102的初級(jí)繞組并且被布置成連接到遠(yuǎn)程電源的輸入端子。

遠(yuǎn)程電源可以具有通常為50-150kV的高供電電壓，例如90kV。高電壓功率可以在長(zhǎng)距離上傳輸，諸如從陸地(例如陸上發(fā)電廠)。，或從海上發(fā)電設(shè)施(例如，在船或平臺(tái)上)到海底站點(diǎn)。

海底配電裝置100還包括多個(gè)輸出端子，諸如輸出端子124，其電連接到至少一個(gè)次級(jí)繞組并且布置成連接到海底耗電裝置。

開(kāi)關(guān)(諸如開(kāi)關(guān)123)被布置成打開(kāi)/關(guān)閉每個(gè)次級(jí)繞組與相應(yīng)的輸出端子124之間的連接。開(kāi)關(guān)(諸如開(kāi)關(guān)123)被布置在第一防水殼體101內(nèi)。

布置成打開(kāi)/關(guān)閉每個(gè)次級(jí)繞組與相應(yīng)的輸出端子之間的連接的開(kāi)關(guān)(諸如開(kāi)關(guān)123)的布置使得能夠隔離每個(gè)單獨(dú)的次級(jí)電路，以便僅斷開(kāi)連接有故障的電路。當(dāng)次級(jí)電路要被連接或斷開(kāi)連接時(shí)，這種隔離開(kāi)關(guān)將給予執(zhí)行這樣的電路隔離操作而不斷開(kāi)連接整個(gè)海底變壓器的機(jī)會(huì)。

在海底配電設(shè)備100中使用的開(kāi)關(guān)可以例如被設(shè)計(jì)用于在10至70kV的電壓范圍內(nèi)，或者更具體地，在20至36kV的范圍內(nèi)(例如24kV)操作。有利地，介電絕緣流體(油)用于填充開(kāi)關(guān)間隙，這意味著當(dāng)在空氣中操作時(shí)額定用于特定電壓的開(kāi)關(guān)可以在使用絕緣流體(油)時(shí)在顯著更高的(諸如近似三倍高)的電壓下操作。

有利地，每個(gè)開(kāi)關(guān)(例如開(kāi)關(guān)123)被放置得盡可能靠近變壓器102的次級(jí)繞組，以便使次級(jí)繞組和開(kāi)關(guān)之間的故障的風(fēng)險(xiǎn)最小化，因?yàn)檫@種故障不能通過(guò)開(kāi)關(guān)隔離。

優(yōu)選地，變壓器(諸如變壓器102)的每個(gè)次級(jí)繞組設(shè)置有相應(yīng)的開(kāi)關(guān)。

每個(gè)開(kāi)關(guān)可以包括開(kāi)關(guān)致動(dòng)器，其已經(jīng)在下面參考圖2更詳細(xì)地描述。

作為多繞組變壓器102的替代，變壓器可以僅設(shè)置有一個(gè)次級(jí)繞組。在這種情況下，多個(gè)輸出端子可以經(jīng)由至少一個(gè)母線電連接到公共次級(jí)繞組。

輸出端子(諸如所例示的輸出端子124)被布置在第一防水殼體101的壁中。每個(gè)輸出端子(諸如輸出端子124)連接到過(guò)電流斷開(kāi)裝置151，過(guò)電流斷開(kāi)裝置151進(jìn)一步布置成連接到海底耗電裝置，其又可以包括例如VSD(變速驅(qū)動(dòng)器)161和電動(dòng)機(jī)171。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)耗電裝置應(yīng)當(dāng)被理解為意為一個(gè)單耗電單元或配電電路段，其可以包括多個(gè)耗電單元。

過(guò)電流斷開(kāi)裝置151布置在與第一防水殼體101分離的第二防水殼體152內(nèi)。有利地，單獨(dú)的防水殼體用于每個(gè)過(guò)電流斷開(kāi)裝置。

將過(guò)電流斷開(kāi)裝置151布置在與第一防水殼體分開(kāi)的第二防水殼體152內(nèi)的構(gòu)思便于將過(guò)電流斷開(kāi)裝置151從其海底位置收回到頂側(cè)位置以用于維修或修理的目的。例如當(dāng)過(guò)電流情況發(fā)生時(shí)，特別是，如果過(guò)電流斷開(kāi)裝置包括保險(xiǎn)絲或類似的一次性部件時(shí)，維修或修理可能是必要的。第一和第二防水殼體可以填充有不導(dǎo)電液體，例如，油。

包括布置在防水殼體中的充油環(huán)境中的海底過(guò)電流斷開(kāi)裝置的系統(tǒng)可以用海底過(guò)電流斷開(kāi)系統(tǒng)來(lái)表示。

輸出端子124和過(guò)電流斷開(kāi)裝置151之間的連接可以包括濕配合連接。這使得能夠在海底環(huán)境中將包括在第二防水殼體152中的過(guò)電流斷開(kāi)裝置151連接到第一防水殼體101或?qū)⑵鋸牡谝环浪畾んw101斷開(kāi)連接。第一和第二防水殼體之間的電連接和機(jī)械固定可以有利地在一個(gè)共同的操作中執(zhí)行。進(jìn)行這種配合的機(jī)械力相當(dāng)高。殼體朝向罐101的移動(dòng)可以通過(guò)機(jī)械輔助夾緊機(jī)構(gòu)來(lái)完成，該機(jī)械輔助夾緊機(jī)構(gòu)是電力自主的或由ROV車輛供電。

濕配合連接的布置有助于例如通過(guò)ROV將過(guò)電流斷開(kāi)裝置151及其殼體152從其海底位置收回到頂側(cè)位置，用于維修或修理的目的。過(guò)電流斷開(kāi)裝置可以被布置成當(dāng)通過(guò)過(guò)電流斷開(kāi)裝置的電流超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)斷開(kāi)輸出端子和海底耗電裝置之間的連接。

過(guò)電流斷開(kāi)裝置在一個(gè)示例中可以是電路斷路器(CB)，其將在短路或過(guò)載條件下斷開(kāi)。在另一個(gè)示例中，過(guò)電流斷開(kāi)裝置可以是在故障斷開(kāi)之后必須更換的保險(xiǎn)絲，諸如中壓保險(xiǎn)絲。在又一示例中，過(guò)電流斷開(kāi)裝置可以包括可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或PEB(電力電子斷路器)。所有這些裝置有利地布置在充油環(huán)境中。

殼體152內(nèi)的壓力可以等于環(huán)境海水壓力。環(huán)境海水壓力將取決于其中布置本海底配電裝置的海底位置的實(shí)際深度。例如，在1000m海深處的壓力可為約100巴(bar)，在3000m海深處為300巴，以及在5000m海深處為500巴。

為了在海底過(guò)電流斷開(kāi)裝置的第二防水殼體和環(huán)境海水中獲得相等的壓力，可以對(duì)第二防水殼體進(jìn)行壓力補(bǔ)償。

PEB不必完全隔離，并且開(kāi)關(guān)151必須打開(kāi)以完成斷開(kāi)。PEB和CB兩者都可以用于多次接通和斷開(kāi)負(fù)載電流。然而，CB可以將短路電流斷開(kāi)有限次數(shù)。然后其必須被收回和維修。

設(shè)置在第一防水殼體101中的開(kāi)關(guān)123可以包括開(kāi)關(guān)致動(dòng)器。該開(kāi)關(guān)123的打開(kāi)僅在斷開(kāi)裝置打開(kāi)時(shí)才可能。

第一防水殼體可以配置有第一隔室和與第一隔室分開(kāi)的第二隔室。變壓器可以布置在第一隔室內(nèi)，并且開(kāi)關(guān)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。

在圖1中，變壓器102的最左邊的兩個(gè)次級(jí)繞組連接到相應(yīng)的開(kāi)關(guān)123，開(kāi)關(guān)123包括在防水殼體101中或在防水殼體101的隔室中。兩個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)一步連接到雙輸出端子，其進(jìn)一步連接到包括在防水殼體159中的雙過(guò)電流斷開(kāi)裝置158。因此，在海底配電裝置100中，多輸出端子可以進(jìn)一步連接到多過(guò)電流斷開(kāi)裝置158，多過(guò)電流斷開(kāi)裝置158進(jìn)一步布置成連接到多海底耗電裝置。在這樣的方面中，多過(guò)電流斷開(kāi)裝置158可以布置在與第一防水殼體101分離的單獨(dú)的防水殼體159中。

圖2是例示海底配電裝置的其它方面的示意性框圖。

海底配電裝置包括容納至少一個(gè)變壓器102的第一防水殼體101.可以在第一防水殼體中設(shè)置不止一個(gè)變壓器。每個(gè)附加變壓器103、104可以例如等同于、類似于或不同于變壓器102。

變壓器102具有初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組，即，多繞組變壓器。在變壓器102內(nèi)例示了多個(gè)次級(jí)繞組，其在該示例中包括5個(gè)次級(jí)繞組。

每個(gè)次級(jí)繞組可以饋送一個(gè)耗電裝置。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)耗電裝置應(yīng)當(dāng)被理解為意為一個(gè)單耗電單元或可以包括多個(gè)耗電單元的配電電路段。

雖然在圖1中未例示，但是海底配電裝置100包括電連接到初級(jí)繞組的輸入端子。這些輸入端子還被布置成連接到遠(yuǎn)程電源。

遠(yuǎn)程電源可以具有通常為50-150kV的高供電電壓，例如90kV。高電壓功率可以在長(zhǎng)距離上傳輸，諸如從陸地(例如，陸上發(fā)電廠)或從海上發(fā)電設(shè)施(例如，在船或平臺(tái)上)到海底站點(diǎn)。

配電裝置100還包括輸出端子，輸出端子電連接到次級(jí)繞組并且布置成連接到海底耗電裝置。

次級(jí)繞組通?？梢蕴峁┰?0至40kV范圍內(nèi)，或更具體地，在20至36kV范圍內(nèi)(例如24kV)的工作電壓，。

此外，開(kāi)關(guān)被布置成打開(kāi)和關(guān)閉每個(gè)次級(jí)繞組與相應(yīng)的輸出端子之間的連接。包括所例示的開(kāi)關(guān)113和123的開(kāi)關(guān)被布置在防水殼體內(nèi)。

布置成打開(kāi)和關(guān)閉每個(gè)次級(jí)繞組與相應(yīng)的輸出端子之間的連接的開(kāi)關(guān)的布置使得能夠隔離每個(gè)單獨(dú)的次級(jí)電路，以便僅斷開(kāi)連接有故障的電路。當(dāng)要連接或斷開(kāi)連接次級(jí)電路時(shí)，這種隔離開(kāi)關(guān)將給予執(zhí)行這種電路隔離操作而不斷開(kāi)整個(gè)海底變壓器的機(jī)會(huì)。

在配電裝置中使用的開(kāi)關(guān)可以例如被設(shè)計(jì)用于在10至40kV的電壓范圍內(nèi)操作，或者更具體地，在20至36kV的范圍內(nèi)(例如24kV)操作。有利地，介電絕緣流體(油)用于填充開(kāi)關(guān)間隙，這意味著當(dāng)在空氣中操作時(shí)額定用于特定電壓的開(kāi)關(guān)可以當(dāng)在使用絕緣流體(油)時(shí)在顯著更高(諸如近似三倍高)的電壓下操作。

作為圖2所例示的簡(jiǎn)化的說(shuō)明性示例，變壓器102中的一個(gè)次級(jí)繞組111通過(guò)導(dǎo)體112連接到開(kāi)關(guān)113。另一個(gè)連接器連接在開(kāi)關(guān)113和輸出端子114之間，輸出端子114被布置成連接到海底耗電裝置。類似地，變壓器102中的另一個(gè)次級(jí)繞組121通過(guò)導(dǎo)體122連接到開(kāi)關(guān)123。另一個(gè)連接器連接在開(kāi)關(guān)123和輸出端子124之間，輸出端子124也被布置成經(jīng)由過(guò)電流斷開(kāi)裝置151連接到海底耗電裝置(未例示)。

以上已經(jīng)參考圖1描述了海底耗電裝置的其它可能的細(xì)節(jié)。

過(guò)電流斷開(kāi)裝置151布置在與第一防水殼體101分離的第二防水殼體152內(nèi)。第二防水殼體可以填充有不導(dǎo)電液體，例如，油。

輸出端子124和過(guò)電流斷開(kāi)裝置151之間的連接可以包括濕配合連接，如以上參考圖1進(jìn)一步描述的。過(guò)電流斷開(kāi)裝置151的其它方面也已經(jīng)在上面參考圖1進(jìn)行描述。

有利地，每個(gè)開(kāi)關(guān)(例如，開(kāi)關(guān)123)被放置得盡可能靠近變壓器的次級(jí)繞組，以便使次級(jí)繞組和開(kāi)關(guān)之間的故障的風(fēng)險(xiǎn)最小化，因?yàn)檫@種故障不能通過(guò)開(kāi)關(guān)隔離。

優(yōu)選地，變壓器(例如變壓器102)的每個(gè)次級(jí)繞組設(shè)置有相應(yīng)的開(kāi)關(guān)。

每個(gè)開(kāi)關(guān)可以包括開(kāi)關(guān)致動(dòng)器，其致動(dòng)開(kāi)關(guān)的切換功能。例如，開(kāi)關(guān)113由開(kāi)關(guān)致動(dòng)器115致動(dòng)。優(yōu)選地，如圖所示，兩個(gè)其它的相應(yīng)操作的開(kāi)關(guān)由相同的開(kāi)關(guān)致動(dòng)器115致動(dòng)。

同樣，開(kāi)關(guān)123由另一個(gè)開(kāi)關(guān)致動(dòng)器125致動(dòng)。優(yōu)選地，如圖所示，兩個(gè)其它的相應(yīng)操作的開(kāi)關(guān)由相同的開(kāi)關(guān)致動(dòng)器125致動(dòng)。

在特別有利的方面中，防水殼體101配置有第一隔室131和第二隔室141。第二隔室141與第一隔室131分離。此外，在該構(gòu)造中，變壓器布置在第一隔室131內(nèi)，而開(kāi)關(guān)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，所使用的油是被稱為變壓器流體的類型的介電絕緣油。一個(gè)例子被稱為MIDEL 7131。

第一隔室131和第二隔室141可以被配置為單獨(dú)的構(gòu)件或作為分開(kāi)的外殼的部分。包括分開(kāi)的外殼的隔室應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)和布置成承受海底環(huán)境條件，即水壓、鹽、溫度變化等。為此，隔室可以由具有用于熱交換的冷卻翅片的堅(jiān)固的鋼殼制成。該外殼可有利地包括頂蓋和合適的襯套盒。用于海底環(huán)境的到海水的適當(dāng)?shù)拿芊饧?、封閉件、穿透器和連接器可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)剡x擇。

在一個(gè)方面中，開(kāi)關(guān)致動(dòng)器(或多個(gè)開(kāi)關(guān)致動(dòng)器)包含在防水殼內(nèi)。因此，如圖所示，開(kāi)關(guān)致動(dòng)器115和125包含在防水殼101內(nèi)。

更具體地，在其中防水殼101具有第一隔室131和第二隔室141的構(gòu)造中，開(kāi)關(guān)致動(dòng)器有利地包含在第二隔室141內(nèi)。在該構(gòu)造中，在第一和第二隔室之間需要電穿透器。

在替代方面中，開(kāi)關(guān)致動(dòng)器被布置在防水殼的外部。在這種情況下，可能需要通過(guò)防水殼體的殼布置機(jī)械軸。然而，這導(dǎo)致關(guān)于在軸和防水殼體的殼之間獲得耐用且可靠的密封的某些劣勢(shì)。這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)通過(guò)在布置在防水殼體外部的致動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)的可移動(dòng)機(jī)構(gòu)之間布置磁耦合來(lái)解決。

在任何以上方面中，開(kāi)關(guān)致動(dòng)器可以連接到且布置成由與防水殼體分離布置的控制單元控制。

開(kāi)關(guān)致動(dòng)器可以有利地是電開(kāi)關(guān)致動(dòng)器，例如。包括電動(dòng)機(jī)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)齒輪、諸如電池的電源以及控制單元。電開(kāi)關(guān)致動(dòng)器可以被配置為故障安全。電池可以包括內(nèi)部電池、外部電池或其組合。

選擇性地，開(kāi)關(guān)致動(dòng)器可以是液壓或電液壓開(kāi)關(guān)致動(dòng)器。

圖3和圖4是例示海底配電裝置的某些其它方面的示意性框圖。

海底配電裝置200包括以與上面參照?qǐng)D2所述的裝置101相同方式的防水殼體201。防水殼體201容納變壓器，該變壓器具有在210處示意性地例示的初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組繞組；即，四個(gè)次級(jí)繞組211、221、231和241。輸入端子(示意性地例示為一條線)電連接到初級(jí)繞組210并且被布置成連接到遠(yuǎn)程電源。

海底配電裝置200還包括輸出端子，其電連接到次級(jí)繞組并且被布置成連接到在216、226、236和246處例示的海底耗電裝置。在圖3中分別在211、221、231和241處例示的開(kāi)關(guān)被布置成斷開(kāi)每個(gè)次級(jí)繞組與通向相應(yīng)的海底耗電裝置的相應(yīng)輸出端子之間的連接。開(kāi)關(guān)以針對(duì)圖2中所例示的配電裝置100所公開(kāi)和例示的相應(yīng)方式布置在防水殼體內(nèi)。

過(guò)電流斷開(kāi)裝置(諸如過(guò)電流斷開(kāi)裝置151)被布置在相應(yīng)的防水殼體內(nèi)，諸如與第一防水殼體201分離的第二防水殼體152。

另外，海底配電裝置200可以包括已經(jīng)在上面針對(duì)圖1和/或圖2中所例示的配電裝置100描述的任何可選特征或可選特征的任何組合。

圖4例示了與圖3所示類似的配置。每個(gè)海底耗電裝置可以在裝置本身內(nèi)，或者更具體地，如圖4所示，在附接到或包括在與相應(yīng)的海底耗電裝置相同的殼體內(nèi)的單獨(dú)的開(kāi)關(guān)單元中包括附加的電源開(kāi)關(guān)。包括在耗電裝置中的電源開(kāi)關(guān)可以例如是變速裝置(VSD)中的電源開(kāi)關(guān)。

具有方面和可能或可選特征的任何組合的以上公開(kāi)的海底配電裝置可以包括在海底配電系統(tǒng)中。海底配電系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程電源，具有通常為50-150kV的高電壓，例如90kV。高電壓功率可以在長(zhǎng)距離上傳輸，諸如從陸地(例如，陸上發(fā)電廠)或從海上發(fā)電設(shè)施(例如，在船或平臺(tái)上)到海底站點(diǎn)。

海底配電系統(tǒng)還包括如上公開(kāi)的(例如，如參考圖1、圖2、圖3和圖4所示和描述的)海底配電裝置，以及多個(gè)海底耗電裝置(諸如壓縮機(jī)、泵等)。

海底配電系統(tǒng)還包括將遠(yuǎn)程電源和海底配電裝置的輸入端子互連的主電連接。

海底配電系統(tǒng)還包括將海底配電裝置的輸出端子和海底耗電裝置互連的次電連接。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所公開(kāi)的海底配電裝置和海底配電系統(tǒng)可以采用三相AC或單相AC供電電壓/電流、電路和元件。

所公開(kāi)的海底配電裝置和海底配電系統(tǒng)的各個(gè)方面可以具有以下優(yōu)點(diǎn)中的至少一些：

對(duì)過(guò)載或短路條件的改進(jìn)保護(hù)，同時(shí)保持在海底條件下交換必要元件的可能性。

一個(gè)次級(jí)電路中的接地故障或另一電故障可以對(duì)其它次級(jí)電路沒(méi)有影響。

隔離一個(gè)故障電路，因此該故障不會(huì)影響變壓器的工作的可能性。

例如，在維護(hù)和/或維修期間，可以以海底配電系統(tǒng)的其余部分處于操作下來(lái)完成海底耗電裝置的安裝或移除。

整個(gè)配電系統(tǒng)的關(guān)機(jī)或斷開(kāi)連接將具有顯著的操作問(wèn)題，例如，運(yùn)行時(shí)間和成本的損失。所公開(kāi)的海底配電裝置和系統(tǒng)克服了相關(guān)背景解決方案的這種缺點(diǎn)。