可浸功率分配系統(tǒng)及其組裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容大體上涉及功率傳輸和分配，并且更具體地涉及用于在水下環(huán)境中使用的功率變換模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]由于淺水中的油氣田在減少，例如，小于大約500米(m) (1640英尺(ft.))的水深，故開采者正在開發(fā)更深水中的近海油田，例如，500m(1640 ft.)或更大的水深。此類深水油田不但包括在海面下遠(yuǎn)離地操作的油氣開采設(shè)備，而且還包括遠(yuǎn)離海岸(例如，大于大約300公里(km) (186英里(mi)))的油氣開采設(shè)備，
在許多已知的海底油氣開采系統(tǒng)中，用于此類海底油氣采收和開采的典型設(shè)備包括氣體壓縮機(jī)和泵。電動變速驅(qū)動器(VSD)和馬達(dá)系統(tǒng)是在深水環(huán)境中對此種設(shè)備直接供能的一種方式。電功率從遠(yuǎn)程公用電網(wǎng)或發(fā)電源的可靠輸送有助于海底位置中的油氣的可靠開采和處理。通常，傳送功率要求對于中等到大型的油/氣田可為大約一百兆瓦。
[0003]因此，一些已知的海底油氣開采系統(tǒng)為電功率密集型的，且要求穩(wěn)健、堅固且可靠的電傳輸和分配(T&D)。因此,一些已知的海底油氣開米系統(tǒng)使用交流(AC)傳輸和分配系統(tǒng)，以用于將電功率輸送至海底位置。此類系統(tǒng)通常將AC功率從平臺或陸地位置通過功率線纜輸送至海底變壓器。功率通過另一功率線纜從海底變壓器傳輸至海底AC開關(guān)裝置。海底AC開關(guān)裝置通過又一線纜將AC功率給送至一個或更多個海底VSD，或至其它類型的電負(fù)載。VSD各自將變頻AC功率通過功率線纜提供至電動馬達(dá)。此類AC傳輸和分配系統(tǒng)面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，這在傳輸距離超過一百公里時變得更為顯著。例如，從分配的海底線纜電容吸收的顯著的無功功率抑制了功率輸送能力，并且增加了系統(tǒng)成本。
[0004]因此，海底油氣開采系統(tǒng)可改為使用高壓直流(HVDC)傳輸和分配系統(tǒng)，以用于將電功率輸送至海底位置。此類HVDC系統(tǒng)通常包括路基或頂側(cè)變換器分站，在該處，執(zhí)行AC到DC功率變換。另外，這些HVDC T&D系統(tǒng)可包括鄰近海底油氣開采系統(tǒng)的海底DC到AC和DC到DC變換器站。
[0005]活動的海底功率電子構(gòu)件大體上包含在封殼(例如，壓力容器)內(nèi)側(cè)，從而相對于周圍的海底環(huán)境保護(hù)它們。此類已知的封殼加壓至大約lbar，以允許活動的海底功率電子構(gòu)件中的至少一些能夠在增加的水下深度下令人滿意地操作。隨著水下DC到AC和DC到DC變換器站的操作深度增大，至少一些已知的封殼由更穩(wěn)健的材料制成，以有助于耐受海底環(huán)境與封殼內(nèi)之間的增大的壓差。此外，封殼隨著所要求的變換器功率額定值增加而變得越來越大。因此，在增加深度的水下環(huán)境中操作的已知海底封殼通常很大且重，這使得變換器站的維護(hù)和/或修理是困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一方面中，提供了一種可浸功率分配系統(tǒng)(submersible power distribut1nsystem)。該系統(tǒng)包括構(gòu)造成暴露于水下環(huán)境的至少一個容器,和定位在該至少一個容器內(nèi)的多個功率變換模塊。多個功率變換模塊中的各個包括第一封殼，第一封殼構(gòu)造成暴露于水下環(huán)境，第一封殼限定第一內(nèi)腔，該第一內(nèi)腔構(gòu)造成具有第一壓力。功率變換模塊還包括定位在第一內(nèi)腔內(nèi)的至少一個第二封殼。至少一個第二封殼限定第二內(nèi)腔，該第二內(nèi)腔構(gòu)造成具有低于第一壓力的第二壓力。至少一個第二封殼構(gòu)造成限制第二內(nèi)腔中的非耐壓功率電子器件對第一壓力的暴露。
[0007]在另一方面中，提供了一種用于在水下環(huán)境中使用的功率變換模塊。該模塊包括第一封殼，該第一封殼構(gòu)造成暴露于水下環(huán)境，第一封殼限定第一內(nèi)腔，該第一內(nèi)腔構(gòu)造成具有第一壓力。模塊還包括定位在第一內(nèi)腔內(nèi)的至少一個第二封殼。至少一個第二封殼限定第二內(nèi)腔，該第二內(nèi)腔構(gòu)造成具有低于第一壓力的第二壓力。至少一個第二封殼構(gòu)造成限制第二內(nèi)腔中的非耐壓功率電子器件對第一壓力的暴露。
[0008]在又一方面中，提供了一種組裝功率變換模塊的方法。該方法包括提供第一封殼，該第一封殼構(gòu)造成暴露于水下環(huán)境，第一封殼限定第一內(nèi)腔，該第一內(nèi)腔構(gòu)造成具有第一壓力。該方法還包括:提供至少一個第二封殼，其限定第二內(nèi)腔，第二內(nèi)腔構(gòu)造成具有低于第一壓力的第二壓力；識別功率變換模塊的非耐壓功率電子器件；將非耐壓功率電子器件定位在第二內(nèi)腔內(nèi)；和將至少一個第二封殼定位在第一內(nèi)腔內(nèi)。至少一個第二封殼構(gòu)造成限制第二內(nèi)腔中的非耐壓功率電子器件對第一內(nèi)腔的第一壓力的暴露。
【附圖說明】
[0009]當(dāng)參照附圖來閱讀以下詳細(xì)描述時，本公開內(nèi)容的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相似的標(biāo)號表示全部附圖中的相似部分，其中:
圖1為示例性可浸功率系統(tǒng)和示例性電負(fù)載組的一部分的示意性框圖；
圖2為圖1中所示的可浸功率系統(tǒng)和電負(fù)載的透視圖；
圖3為可與圖2中所示的可浸功率系統(tǒng)一起使用的示例性可浸功率分配系統(tǒng)的透視圖；并且
圖4為可與圖3中所示的功率變換模塊一起使用的示例性封殼的示意圖。
[0010]除非另外指出，則本文提供的附圖意在例示出本公開內(nèi)容的實施例的特征。這些特征認(rèn)為能夠應(yīng)用在包括本公開內(nèi)容的一個或更多個實施例的多種系統(tǒng)中。因此，附圖并不意在包括實施本文公開的實施例所需的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的所有常規(guī)特征。
[0011]部件列表
100可浸功率系統(tǒng) 102可浸資源采收系統(tǒng)
103DC電源
104AC電源 105水下環(huán)境 106 DC變換器
110可浸功率分配系統(tǒng) 112 HVDC臍帶線纜 114 HVDC接收端 116可干式匹配的連接器 118 DC變換器區(qū)段
120 MVDC總線模塊
122可濕式匹配的連接器
124 VSD單元
126電負(fù)載
128泵站
130壓縮機(jī)站
134AC線纜
135MVDC 線纜 136遠(yuǎn)程站 150容器
152 DC功率變換模塊
154第一封殼
155第一內(nèi)腔
158 VSD模塊
160第二封殼
162耐壓功率電子器件
164第二內(nèi)腔
166非耐壓功率電子器件
168介電液體。
【具體實施方式】
[0012]在以下的說明書和權(quán)利要求中，將提到多個用語，其應(yīng)當(dāng)限定為具有以下含義。
[0013]單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”包括多個參考對象，除非上下文清楚地另外指出。
[0014]“可選的”或“可選地”意思是隨后描述的事件或環(huán)境可發(fā)生或可不發(fā)生，且描述包括事件發(fā)生的情形和其不發(fā)生的情形。
[0015]如這里在說明書和權(quán)利要求各處使用的近似語言可用于修飾任何數(shù)量表示，其可允許變化，而不導(dǎo)致其涉及的基本功能的改變。因此，由一個或多個用語如“大約”或“大致”修飾的值不限于指定的準(zhǔn)確值。在至少一些情形中，近似語言可對應(yīng)于用于測量值的儀器的精度。在這里和在說明書和權(quán)利要求各處，范圍限制可組合和/或互換，此種范圍被識別出，且包括包含在其中的所有子范圍，除非上下文或語言另外指出。
[0016]本公開內(nèi)容的實施例涉及包括模塊化功率電子裝置封殼的可浸功率分配系統(tǒng)。在示例性實施例中，基于水下的直流(DC)到DC和DC到交流(AC)功率變換器是模塊化的，以有助于變換器的維護(hù)和修理，且有助于減小可浸功率分配系統(tǒng)的總重量。例如，各模塊包括第一封殼，該第一封殼暴露于水下環(huán)境的第一封殼，且收納至少一個第二封殼和變換器的耐壓功率電子器件。至少一個第二封殼收納變換器的非耐壓功率電子器件。第二封殼的內(nèi)腔在低于第一封殼的內(nèi)腔的壓力下加壓，使得非耐壓構(gòu)件可在逐漸加壓的水下深度下令人滿意地操作。通過識別非耐壓功率電子器件且將非耐壓功率電子器件與耐壓構(gòu)件隔離開，且通過將非耐壓構(gòu)件收納在緊湊的次級封殼中，第一封殼的直徑和側(cè)壁厚度可減小。因此，本文所述的功率變換器相對于常規(guī)海底功率變換器具有減小的重量。
[0017]圖1為不例性可浸功率系統(tǒng)100和多個電負(fù)載126的一部分的不意性框圖，例如而不限于示例性可浸資源采收系統(tǒng)102。圖2為可浸功率系統(tǒng)100和可浸資源采收系統(tǒng)102的透視圖。在示例性實施例中，可浸功