CN101075731B - 电力供应系统及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电力供应系统，包含通过电力供应设备(2)连接到远程电力供应源或电力消耗装置(5)的单元(1)，在其中至少部分电力供应设备经受水和水蒸气以及由于所述单元(1)的移动而经受重复的弯曲运动的环境(3)中，相对于所述源或消耗装置(5)可移动地设置所述单元，所述电力供应设备(2)包含电缆，所述电缆包含导体和施加在所述导体外面的至少一层电绝缘材料，并且其中所述设备包含防止水和蒸汽侵入所述层的装置。所述装置包含包围所述电缆的挠性的、不透水的、不透蒸汽的、耐疲劳的、分离的管。

Description

电力供应系统及其制造方法
技术领域
本发明涉及电力供应系统，其包含通过电力供应设备连接到远程电力供应源或电力消耗装置的单元，在其中至少部分所述电力供应设备经受水和水蒸气并且由于所述单元的移动而经受重复的弯曲运动的环境中，相对于所述源或消耗装置可移动地设置所述单元，所述电力供应设备包含电缆，所述电缆包含导体和施加在所述导体外面的至少一层绝缘材料，并且其中所述设备包含防止水和蒸汽侵入所述层的装置。
本发明还涉及制造根据本发明的电力供应系统的方法。
本发明的电力供应设备还可以指电力传输线。
典型地，所述电力供应设备传输中压或高压的电力，其中中压是指从大约1kV到大约40kV，而高压是指从大约40kV到大约300kV。
背景技术
离岸船例如钻井平台，例如用于石油或天然气开发的钻井平台，通常需要将船只或浮标连接到远程电力供应源，以供应其操作所需的能量。
作为替代方案，它们自身可以形成电力供应源，并且因此将其连接到远程电力消耗装置。所述远程电力供应源或消耗装置可以或者位于岸上或者离岸。
通过电缆给固定于海底之上的石油钻井平台供应电能，所述电缆从岸上装置沿着海底固定地延伸到石油钻井平台的桩腿。
然而，电绝缘体对水和水蒸气的侵入是敏感的。为了防止海水和蒸汽侵入到包围电缆的导电部分的电绝缘体中，已经给电缆提供了铅保护套，作为嵌入或位于包围电绝缘体的一层或多层聚合物之间的铅层提供所述铅保护套。需要所述保护套尤其是由于以下事实，即目前为防止水的侵入和保护HV电缆芯部而使用的聚合物随着时间的流逝对蒸汽侵入没有足够的保护。
对于船在水面上漂浮并因此随着海水的起伏而移动的那些应用出现了问题。那么，必须使至少部分电缆在海中自由移动，通常是从海底区域延伸到上侧区域的电缆。在这种情况下在电缆绝缘体上的防止水和蒸汽侵入到电绝缘体中的铅保护套将会经受疲劳并且最终会因此而破裂，因此将丧失其作为水和蒸汽侵入的防护装置的功能。本发明旨在解决该问题。
发明内容
本发明的目的是以可靠的方式提供具有电力供应设备的电力供应系统，没有海水或蒸汽侵入到其电缆的电绝缘体中，其能够在例如外海的环境中传输电力，其中由于海水的运动所述电缆经受重复的弯曲。
当浸入海中时至少部分该电力供应设备经受相当大的和重复的弯曲运动，该电力供应设备应该具有疲劳强度使得所述的运动不会负面地影响其功能。特别地，防止海水和蒸汽侵入到电缆的电绝缘体中的装置应该是耐疲劳的以不会由于所述运动而破裂。
本发明的目的通过开始定义的电力供应系统实现，其特征在于防止水和蒸汽侵入的所述装置包含包围所述电缆的挠性的、不透水的、不透蒸汽的、耐疲劳的、分离的管。与电缆的导体部分和绝缘部分不同，所述管不是电缆的整体部分。事实上它形成分离的外罩或套，电缆的至少相关部分可以进入或插入其中以给电缆的相关部分提供防止水和蒸汽侵入的功能装置。可以给或可以不给被所述管包围的电缆的所述部分提供如以上现有技术所述的铅或金属保护套。至于本发明，通过相应地调整被所述分离的管覆盖或包封的电缆长度，可以对于每个单独的应用特制适合指定条件的电缆长度。
优选地，所述管的材料具有比目前用作保护罩材料的铅高的耐疲劳性。
优选地，所述管的材料和设计使得当遭遇相对于其作为漂浮的船和海底之间的挠性升降器的弯曲幅度时，所述管的材料进行弹性形变而不是塑性形变。
应当理解所述管可以包含多层不同的或相似的材料或组合物。然而，依照本发明的优选实施方案，所述管包含至少一层金属层。
优选地所述管包含金属管，所谓的升降器，一类已经成功地用于例如将天然气或石油从海底油井运到上层钻井平台的这种金属管是市售的。
依照本发明的一个实施方案，在电缆的外表面和所述管的内表面之间具有空间，并且在所述空间中提供有压力补偿介质。因此，不需要为了承受海底应用时管经受的外部压力而规定管的壁厚，但是可以是较小的强度，也相应地更廉价。
优选地所述压力补偿介质是液体例如油。所述液体应该或者具有对电绝缘体无害的特征或者具有防止其通过包围所述绝缘体的任何聚合物层侵入所述电绝缘体的特征。
依照本发明电力供应系统的其它实施方案，其包含连接到所述压力补偿介质的加压元件。如果所述压力介质是液体，所述元件可以包含泵，或者如果所述压力介质是气体，可以包括压缩机。优选地，将所述元件安装在船上，当在操作条件下使用时所述管从此处延伸。
依照一个实施方案，所述元件包含漂浮的船和电缆，所述电缆浸没在外海中延伸，其中所述电缆经受海水运动，包括由海水的升降引起的船的运动。
依照所述系统的其它实施方案，将所述电缆的第一部分自由可移动地设置在外海中，并将所述电缆的第二部分固定地设置在海中，所述管只包围所述电缆的第一部分。换句话说，与所述电缆的第一部分相比，所述电缆的第二部分经受更少的弯曲和/或扭曲或根本不经受。
依照其它实施方案，所述电缆的第一部分从上侧装置延伸到固定的海底装置，并且所述电缆的第二部分从所述海底装置沿着海底延伸。
优选地所述电缆的第二部分包含整体化的金属保护套，优选铅保护套，为所述电缆的第二部分形成防止水和蒸汽侵入的装置。
依照一个实施方案，所述远程电力供应源或电力消耗装置位于岸上。
依照另一个实施方案，所述远程电力供应源或电力消耗装置是离岸的，在第二艘船上。
由下面的详细描述明显可见本发明的其它特点和优点。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的优选实施方案，其中：
图1是根据本发明第一实施方案的漂浮的船电力供应系统的示意图，
图2是根据本发明第二实施方案的漂浮的船电力供应系统的示意图，
图3是根据本发明的电力供应设备的第一部分的截面图，和
图4是根据本发明的电力供应设备的第二部分的截面图。
具体实施方式
图1表示本发明的漂浮的船电力供应系统的第一实施方案。所述系统包含漂浮的船1和电力供应设备2，所述电力供应设备2从所述船1通过海3自由地延伸到固定的底部装置4，并且进一步地从所述底部装置4延伸到远程电力供应源或电力消耗装置5。
在该实施方案中，所述漂浮的船1是漂浮的离岸装置，由其从海底油田或天然气田开采石油或天然气。应该理解这种装置包括开采所需的所有单元，并且为清楚起见，与本发明的电力供应设备2分离的这些单元没有显示在图中。
所述电力供应设备主要包含电缆6。如图3和图4所示，所述电缆6包含形成所述电缆6的芯的电导体7和施加到所述电导体7的外表面的电绝缘体8，所述电绝缘体8优选为聚合物。所述电绝缘体8对水和水蒸气敏感。可以将其它的聚合物和/或铠装整体化于电缆中，为清楚起见，未在附图中示出。然而，应当理解可以具有这样的部件。
在如图3所示的实施方案中，沿着电力供应设备2的第一部分还提供有包围所述电缆6的分离的管或套9。所述管9可以是螺旋状缠绕的金属管或波纹状的管。这种管还可以用于将石油或天然气从海底油藏输送到上侧的船1。所述管9是不透水和蒸汽的、挠性的并且具有耐疲劳强度，所述耐疲劳强度使其在海中经受重复的弯曲运动而不破裂和没有因此失去其的水和蒸汽的不透性。因此，如果在所述管9的浸没端设置有密封，那么所述管9围绕所述电缆6形成不透水的和不透蒸汽的保护套，以防止海水和蒸汽与绝缘体8直接接触，所述绝缘体8对这种接触敏感。
在图1中，具有所述管9的所述电缆6的第一部分从所述电缆6的固定的上端延伸到固定的底部装置4。所述电缆6的所述上端可以与船1上的任何合适的设备连接。所述底部装置4可以是连接盒，其优选为不透水的并且其在所述管9的末端形成密封。所述电缆6的所述第一部分具有过度的长度，即长于其上端到所述固定底部装置4之间的最短距离，以便适应海水的运动和所述船1的移动而不被拉紧。在图1的实施方案中，提供浮标10，其连接到所述电缆的所述第一部分并且防止所述电缆6的所述第一部分在海底上拖动。还提供与所述浮标10配合作用的锚部件11以将所述电缆6的所述第一部分保持在大量海水中合适的悬浮位置。
图2表示作为替代的实施方案，其中用海底上的塔12代替所述浮标和所述锚部件。所述塔12作为引导部件，其连接所述电缆6，或更精确地说连接所述管9。
所述电缆6的第二部分从所述固定的底部装置4沿海底延伸，并且进一步地延伸到所述远程电力供应源或电力消耗装置5。优选地，所述电缆6的所述第二部分是相对不可移动的。甚至可以以预定的间隔将其固定到海底或者插入海底。如图4所示，其表示所述电缆6的第二部分的截面，没有任何如包围所述第一部分的管包围所述电缆的第二部分。而是通过金属保护套13形成防止海水侵入所述导体7中的装置，优选基于铅的保护套，所述保护套作为在所述绝缘体8外侧的层而提供。由于所述电缆6的第二部分经受的弯曲少于所述电缆6的第一部分，所以所述保护套13不需要具有和所述管9一样好的关于弯曲和扭曲的耐疲劳强度。聚合物层15包围和包封所述保护套13。还可以提供其它的聚合物层。
此外，当本发明的电力供应设备位于深海中时，所述管9将经受相当高的外部压力。由于在所述电缆6的所述外表面和所述管9的所述内表面之间有运动，并因此有空间，所以所述管9的壁将经受很大的压力，除非在所述管9内部施加补偿压力。优选地，所述空间，或至少其密封部分例如海底部分填充有压力补偿介质，优选所述电绝缘体不敏感的液体或可以通过聚合物层隔离的液体。在图1和图2的实施方案中，将位于所述船1的加压元件14例如泵连通到所述压力补偿介质。作为施加补偿压力的替代方案，可以将所述管9的所述壁形成为其自身将能够承受所述外部压力。
图1和图2的实施方案都显示了本发明的电力供应设备，其与船1和在岸上的电力源或电力消耗装置5连接。然而，应当理解所述电力源或消耗装置5也可以位于另一个船上，所述船可以是自由漂浮的或固定在海底。
应该认识到上面的描述仅仅用于具体说明，并且对于本领域技术人员而言，在由说明书和附图支持的所附权利要求定义的本发明的范围内，许多实施方案都是显而易见的。
例如，应该理解，为了传导多相电力，根据本发明的所述电缆包含至少一个导体并可包含多个导体，其嵌入到所述的一层或多层电绝缘体中。换句话说，还可以将上述一个导体7分成多个导体。所述管还可以包围超过一根的电缆。

Claims (11)

1.一种电力供应系统，包含通过电力供应设备连接到远程电力供应源或电力消耗装置(5)的单元(1)，在其中至少部分所述电力供应设备经受水和水蒸气并且由于所述单元(1)的移动而经受重复的弯曲运动的环境中，相对于所述源或消耗装置(5)可移动地设置所述单元，所述电力供应设备包含电缆(6)，所述电缆(6)包含导体(7)和施加在所述导体(7)外侧的至少一层(8)电绝缘材料，并且其中所述设备包含防止水和水蒸气侵入所述至少一层(8)电绝缘材料的装置，其特征在于所述装置包含包围所述电缆(6)的挠性的、不透水的、不透水蒸气的、耐疲劳的、分离的管(9)，所述单元包含漂浮的船，并且所述设备的电缆(6)浸没在外海(3)中延伸，在其中所述电缆经受海水的运动。
2.按照权利要求1的电力供应系统，其特征在于所述管(9)包含至少一层金属层。
3.按照权利要求1的电力供应系统，其特征在于在所述电缆(6)的外表面和所述管(9)的内表面之间有空间，并且在所述空间中提供有压力补偿介质。
4.按照权利要求3的电力供应系统，其特征在于所述压力补偿介质是液体。
5.按照权利要求3的电力供应系统，其特征在于其包含连接到所述压力补偿介质的加压元件(14)。
6.按照权利要求1-5任一项的电力供应系统，其特征在于将所述电缆(6)的第一部分自由可移动地设置在外海(3)中，并且将所述电缆(6)的第二部分固定地设置在所述海(3)中，并且所述管(9)仅包围所述电缆(6)的第一部分。
7.按照权利要求6的电力供应系统，其特征在于所述电缆(6)的第一部分从所述漂浮的船延伸到固定的海底装置(4)，并且所述电缆(6)的第二部分从所述海底装置(4)沿着所述海底延伸。
8.按照权利要求6的电力供应系统，其特征在于所述电缆(6)的第二部分包含整体化的金属保护套(13)，所述金属保护套(13)为所述电缆(6)的第二部分形成防止水和水蒸气侵入的装置。
9.按照权利要求1-5任一项的电力供应系统，其特征在于所述远程电力供应源或电力消耗装置(5)位于岸上。
10.按照权利要求1-5任一项的电力供应系统，其特征在于所述远程电力供应源或电力消耗装置(5)位于离岸的第二船上。
11.一种制造按照权利要求1-10任一项的电力供应系统的方法，其特征在于使所述电缆(6)进入所述管(9)中。
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