CN104094492A - 用于加热海底管线的直接电加热系统 - Google Patents

Abstract

提供一种用于加热海底管线的直接电加热（DEH）系统。该DEH系统具有适于耦合到三相电功率源的海底电力电缆。其还包括两个或更多海底DEH模块，每个模块被提供用来加热海底管线的不同管线节段。

Description

用于加热海底管线的直接电加热系统

技术领域

本发明涉及用于加热海底管线的直接电加热系统。

背景技术

最近，已经存在对近海碳氢化合物生产的不断增加的兴趣。碳氢化合物井可以位于离海岸地点许多英里处并且在向下达到几千米的水深中。海底管线可以被用于将碳氢化合物从近海井运输到生产船只或陆上地点，或者可以被用于在由近海部分分开的不同陆上地点之间运输碳氢化合物。

在深水中，水温是相对低的，它可以例如在约-1和+4℃之间。当从海底井产生碳氢化合物时，它们可能包括一部分水，并且在到达海床时它们将进一步显著变冷。这可以导致水合物的形成，该水合物通常是受压碳氢化合物气体与水的组合。该组合可以在低温下形成作为固体材料的水合物。水合物可以限制管线内的流动，或者甚至可以完全塞住管线。

本领域中已知将化学制品用于防止水合物形成的方法。更有效的另一方法是例如通过使用直接电加热（DEH）来增加管线的温度。例如从WO 2004/111519中了解这样的DEH系统，其使用附着到钢质管线两侧的海底单相电缆。50/60Hz AC电流通过该电缆和管线，并且管线因为其电阻而被加热。

功率源通常位于现场位置处或生产船只的船板上，并且在WO 2010/031626中描述这种功率源的示例。要被加热的管线节段是电力供应装置上的单相负载。

传统系统的问题是它们通常被局限于要被加热的管线节段和电力供应之间的相当短的距离。而且，要被加热的管线的长度仅仅非常有限。长的失调（step-out）距离因此通常不被实现。此外，这样的系统通常缺少控制加热的任何装置。而且，存在沿着海底电缆到管线的电能量的显著损失，并且海底电缆其自身是非常成本密集型（cost intensive）产品。

因此期望能够实现进一步远离主电源而定位的管线节段的加热和较长管线节段的加热。此外，期望减小将电功率供应到要被加热的管线节段的电缆中的电流，并且提供容错加热系统。而且，包含在这种系统中的成本应该降低并且效率应该增加。

发明内容

因此，存在对消除上文提到的缺点中的至少一些并且提供用于加热海底管线的改进直接电加热系统的需要。

该需要由独立权利要求的特征来满足。从属权利要求描述本发明的实施例。

本发明的实施例提供一种用于加热海底管线的直接电加热系统，其包括：海底电力电缆，其适于耦合到三相电功率源以便向海底位置提供三相电功率；以及两个或更多海底直接电加热（DEH）模块，每个模块被提供用于加热海底管线的不同管线节段。海底DEH模块适于在不同海底位置处安装在海底，例如接近要由相应海底DEH模块加热的管线节段。

每个海底DEH模块包括三相变压器；第一电连接，其适于将海底DEH模块的三相变压器耦合到海底电力电缆以便将三相电功率供应给三相变压器；第二电连接，其适于将海底DEH模块耦合到相应管线节段以便将电功率提供给管线节段用来加热管线节段；以及均衡单元，其被耦合在三相变压器和第二电连接之间，其中该均衡单元适于将管线节段的电负载均匀地分配在三相变压器的输出的三相之间，以便实现三相功率源上的平衡三相负载。

通过使用两个或更多海底DEH模块（每个加热不同的管线节段），可以增加可由DEH系统加热的管线的总长度。特别地，模块化方法可以允许DEH系统对特定海底管线长度的适应。此外，因为传输三相电功率，所以可以实现较长的失调距离，而同时海底电力电缆的成本可以保持相对地低并且可以实现电功率的有效传输。与单相系统相比，海底电力电缆的导体所需的材料可能例如被显著减少。

海底电力电缆可以适于将三相电功率分配给DEH模块的不同位置，因此它还可以被称为海底功率分配电缆。因此可以以高效方式来加热不同管线节段。通过使三相上的负载平衡（即通过提供对称负载），可以减小或者甚至避免不平衡电流，即可以减少负序电流。这可以允许DEH系统的部件的较小尺寸并且可以进一步防止所连接部件（例如三相功率源）的故障和对其的损坏。

在实施例中，每个海底DEH模块可以适于通过单相电功率加热相应管线节段。管线节段因此可以构成相应DEH模块的单相负载。第二电连接可以包括从均衡单元的输出到相应管线节段的一端的电连接以及从均衡单元的输出到所述管线节段的另一端的电连接。

作为示例，管线节段可以被耦合在三相功率源的第一相和第三相之间，并且均衡单元可以包括耦合在功率源的第一相和第二相之间的电容、以及耦合在功率源的第二相和第三相之间的电感。因此可以实现平衡三相上的负载的简单且有效方式。

电容和/或电感可以适于是可调整的。特别地，它们可以关于负载可调整，以使得可以在DEH系统处于操作中的同时执行均衡，例如用于说明相应管线节段的阻抗变化。它们可以是根据控制信号可调整的，以使得可以例如通过海底DEH模块的反馈电路或者从远程位置（诸如干舷装置（topside installation））来控制它们相应的值。

均衡单元的电容可以包括并联连接的两个或更多电容器，并且可以进一步包括用于连接和断开电容器的开关。开关可根据用于调整电容值的控制信号是可控制。可以例如通过并联连接更多电容器来增加该值或者可以通过断开电容器来减小该值。可以借助于电容器组来实施电容。

均衡单元的电感可以包括线圈和抽头变换器，其适于根据控制信号来调整线圈的电感值。因此，可以通过本地控制电路或借助于从远程位置接收到的控制信号来调整电容和/或电感。因此可以实现负载的自动均衡，例如三相功率源的三相上的单相负载的自动均匀分配。

三相变压器可以具有耦合到电源的三相的三相输入（初级侧）和耦合到均衡单元的三相输出（次级侧）。三相变压器可以被配置成是可调整的，以使得可以单个地调节每个所连接管线节段的加热。

三相变压器可以包括带负载的抽头变换器，三相变压器因此是可控的用于调整供应给第二电连接（例如要被加热的管线节段）的电压的水平。特别地，三相变压器可以适于逐步减小由海底电力电缆供应给海底DEH模块的电压。因此可以根据管线节段的长度来控制加热，而较高电压可以被用于电功率通过长失调距离到达海底位置的完全传输。DEH系统可以例如适于向每个海底DEH模块供应约100kV之间的电压，并且变压器可以适于将该电压向下变换到约5kV到约50kV、优选地约10kV到约40kV的范围中的电压。在特定示例中，可以将20kV和30kV之间的电压（例如26kV）提供给管线节段。抽头变换器可以在三相变压器的高压侧上。

在实施例中，每个DEH模块包括补偿单元，其适于补偿由相应管线节段的加热引起的无功功率。作为示例，管线节段的阻抗可以包括电阻和电感分量，并且采用管线节段形式的单相负载可以相应地导致减小的功率因数。补偿单元可以适于补偿该减小的功率因数，例如它可以向着1的值增加功率因数。

补偿单元可以包括电容，例如可以根据控制信号来控制该电容的值。补偿单元可以适于允许电容值的带负载的控制。再次地可以借助于电容器组来实施电容。补偿的电容可以因此包括并联连接的两个或更多电容器，它可以进一步包括用于连接、断开电容器的开关，这些开关根据控制信号是可控制的以便调整电容的值。

补偿单元可以与单相负载并联连接，即与相应管线节段并联连接。它可以特别连接在三相电功率源的第一相和第三相之间，并且它可以连接在均衡单元和管线节段之间。

在实施例中，DEH模块还包括适于补偿由海底电缆的电容引起的无功功率的补偿反应器。针对海底电力电缆的不同长度，海底电缆电容可以改变，并且相应地功率因数可以减小。补偿反应器可以补偿减小的功率因数，例如它可以再次增加功率因数。因此，可以减小或者甚至最小化归因于无功功率的海底电力电缆中的电流。

补偿反应器可以包括具有电感的线圈，并且根据控制信号可调整电感的值。线圈可以例如包括用于改变电感值的抽头变换器。在其它实施方式中，它可以例如包括磁芯中的可调整间隙或用于调整电感的其它装置。

可以为三相功率源中的每个相提供补偿反应器。补偿反应器可以被连接到三相变压器的输入，例如在第一电连接和三相变压器之间。

因此，针对海底电力电缆的不同长度来调整无功功率的补偿可以变得可能。此外，当需要时（例如为了补偿附加电缆长度）每个海底DEH模块中的补偿反应器可以被开启或断开。

在实施例中，每个海底DEH模块还可以包括适于从三相功率源断开海底DEH模块的三相断路器。该三相断路器可借助于控制信号是可控制的，该控制信号可以被本地地生成（例如在检测到失败或故障时由检测电路生成）或者该控制信号可以由干舷装置来提供（例如用于从海底电力电缆断开相应海底DEH模块）。例如这可以在服务操作期间是有益的，其中单一管线节段可以从DEH系统断开而其它管线节段可以仍被加热。

在实施例中，海底电力电缆在干舷装置处被耦合到三相功率源，并且DEH系统还包括在干舷装置处连接到海底电力电缆的干舷补偿反应器。干舷补偿反应器适于补偿由海底电力电缆的电容引起的无功功率。再次地，可以减小或者最小化归因于无功功率的海底电力电缆中的电流。如果干舷补偿反应器连同在每个海底DEH模块处本地提供的补偿反应器一起使用，则可以使得无功功率的补偿特别高效。

干舷装置处的三相功率源可以是发电机或发电机组，或者它可以是到电力网的连接。

在另一实施例中，海底电力电缆在干舷装置处被耦合到三相功率源，并且DEH系统还包括在干舷装置处的干舷三相变压器。干舷三相变压器被连接在三相功率源和海底电力电缆之间以用于将由三相功率源供应的电压变换到较高电压水平。在这样的配置中，可以实现较高失调距离，因为当使用较高电压水平时可以减小由于电功率的传输而引起的损耗。因此可以实现超过100km的失调距离。

在实施例中，海底电力电缆在干舷装置处被耦合到三相功率源，并且DEH系统还可以包括在干舷装置处的干舷可变频率驱动器（VFD），用于调整由三相功率源供应的三相电功率的频率和/或电压。例如如果系统中存在干舷三相变压器，则可以在该干舷三相变压器之前，将干舷VFD连接在三相功率源和海底电力电缆之间。通过调整由海底电力电缆分配的电功率的频率，可以使得功率分配和传输更有效，并且可以减小损耗。

海底电力电缆可以包括三芯电缆，每个芯将三相电功率的相供应给海底DEH模块。这样的配置可以促进海底电力电缆的部署并且此外可以是更节省成本的。在其它实施例中，海底电力电缆可以包括三个单相海底电力电缆（例如单芯电缆），用于将电功率供应给海底DEH模块。

海底电力电缆可以具有至少50km、优选地至少75km或甚至至少100km的长度。可以使用这样的海底电力电缆来实现长失调距离。

在实施例中，DEH系统还可以包括沿着海底电力电缆定位的馈线连接点。可以借助于连接在海底DEH模块和海底电力电缆的相应馈线连接点之间的三相电缆来实现第一电连接。因此，可以实现电功率到不同海底DEH模块的简单且有效分配。

在实施例中，每个海底DEH模块还可以包括针对干舷装置的通信接口，用于从干舷装置接收控制信号。借助于该控制信号，可以控制上面提到的均衡单元、三相变压器、补偿单元、补偿反应器或三相断路器中的至少一个。

海底DEH模块可以包括控制单元，其适于根据经由通信接口从干舷装置接收的控制信号来自动控制前面提到的单元的部件的值。它还可以例如借助于上面提到的控制信号自动控制部件。这可以例如借助于包括在这样的控制单元中的反馈电路等等来实现。

三相功率源可以在干舷装置处供应电压约5-50kV（例如在约10kV和20kV之间）的三相电功率。

因此，加热来自单一三相海底电力电缆的任何数目的管线节段以及单个调节每个管线节段上的电压和加热功率可以变得可能。

每个海底DEH模块可以包括海底封罩（enclosure），其适于能够实现在至少50m、优选地至少100m、500m或甚至1000m的水深中安装海底DEH模块。作为示例，可以借助于这样的海底DEH模块来加热到位于约3000m水深的井的管线。

不同管线节段可以每个包括在约1和约10之间的管线段、优选地在约1和约4之间的管线段。管线节段可以是海底管线的邻接节段。两个海底DEH模块可以被安装在同一位置处，例如在邻近管线节段之间的接合点处。

要理解，在不离开本发明范围的情况下，上面提到的特征以及还要在下面解释的那些可以不仅仅以所指示的相应组合来使用，而且还以其它组合或隔离来使用。特别地，前面描述的实施例的特征以及此后描述的那些可以彼此组合，除非相反地指出。

附图说明

根据结合附图阅读的以下详细描述，本发明的前述和其它特征以及优点将变得更加显而易见。在附图中，相似的参考数字指代相似的元件。

图1是示出根据本发明的实施例的DEH系统的示意性框图。

图2是示出根据本发明的实施例的包括在干舷装置处的更多部件的图1的DEH系统的示意性框图。

图3是示出根据本发明的实施例的海底DEH模块的细节的示意性框图。

图4是示出根据本发明的实施例的DEH系统的海底电力电缆电压和电流的示图。

图5是示出根据本发明的实施例的DEH系统的海底电力电缆电压和电流的示图，该实施例使用干舷补偿反应器来降低无功功率。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来详细地描述本发明的实施例。要理解，仅为了说明的目的而给出实施例的以下描述，并且不以限制意义而进行实施例的以下描述。

应该注意，附图被视为仅仅是示意性的表示，并且附图中的元件不一定按比例。而且，如附图中示出以及此后描述的那样物理或功能单元的耦合不一定需要直接连接或耦合，而且还可以是间接连接或耦合，即与一个或多个附加中间元件的连接或耦合。技术人员将进一步认识到，这里关于不同实施例描述和说明的物理或功能单元不一定需要被实施为物理上分开的单元。一个或多个物理或功能块或单元可以被实施在共用电路、电路元件或单元中，而所示的其它物理或功能块或单元可以被实施在分开的电路、电路元件或单元中。

图1示意性地图示直接电加热（DEH）系统100，其适于加热海底管线20的管线节段21、22、23。DEH系统100包括多个海底DEH模块10。每个海底DEH模块10包括电连接16，借助于该电连接16海底DEH模块10电气耦合到海底电力电缆41的馈线连接点42。海底电力电缆在干舷装置处耦合到三相功率源（即AC电功率）。它被用来将三相电功率从功率源传输到各个海底DEH模块。借助于多个馈线连接点42，它因此提供电力分配功能。海底电力电缆41可以是三芯电缆，或者它可以包括三个或更多单芯电缆。它适于具有在约100kV和约200kV之间的电压范围的电功率的传输。在其它实施方式中，根据特定应用，较低的电压（例如在约10kV和约100kV之间）可以被用于传输。海底电力电缆41可以适于在向下至几百或甚至几千米的水深中使用。它可以是压力补偿的。

电连接16可以是三相馈线连接，例如采用三芯海底电力电缆。通过这些电连接16，每个DEH模块10被供应三相电功率。三相电功率意味着它是AC（交流）电功率，其中三个不同相的电压波形具有例如约120度的相移。

海底DEH模块10包括三相断路器15，即为所供应的电功率的每个相提供断路器。因此，使海底DEH模块10从海底电力电缆41去耦变得可能。在所连接的管线节段上或海底DEH模块10中出现故障、或只为了切断所连接的管线节段的加热的情况下，这可能是必要的。

海底DEH模块10还包括三相变压器13，其经由断路器15耦合到电功率源。变压器13可以逐步降低供应给 DEH模块10的电压。特别地，它可以将功率传输电压（其可以在100kV到200kV的范围中）逐步降低到适合于加热所连接的管线节段的电压。后一电压通常取决于要被加热的管线节段的长度和电阻，所以它可能例如被设置在约5kV到约50kV的范围内，例如26kV。为了考虑不同管线节段以及所连接的管线节段阻抗的变化，变压器13可以适于使得其输出电压是可调整的。此外，可以使得它是可调整的以用于控制施加给管线节段的电压和管线节段的加热量，即控制加热负载。

为了该目的，变压器13可以优选地在其初级侧上（即在高压侧上）装配有抽头变换器。这可以是带有负载的抽头变换器，以使得在操作期间输出电压是可调整的。因此，通过使用变压器13，可以在相应海底DEH模块10的控制下单个地加热不同管线节段21、22、23。

海底DEH模块10还包括用于连接到负载的电连接17。该电连接17与海底DEH模块10的输出相对应，因为经由这些连接来给出用于加热相应管线节段的电功率。负载是单相负载。特别地，负载是管线节段，例如管线节段21。电连接17可以包括到管线节段的一端的第一电缆和到管线节段的另一端的第二电缆。在电连接17处提供的AC电压将对应地导致流过所连接的管线节段的AC电流。管线节段由导电材料构成，该导电材料具有包括电阻分量的阻抗。因此，归因于电阻，通过管线节段的电流将导致管线节段的加热。

在其它实施例中，电连接17可以仅包括到管线节段的一端的单电缆和针对管线节段的另一端的接地回路。还可想到其它实施方式。

海底DEH模块10还包括耦合在变压器13的输出以及电连接17之间的均衡单元11。该均衡单元11适于将由管线节段21构成的单相负载转移到变压器13的输出上的三相负载，以及由此将电功率供应给变压器13的三相功率源上的三相负载。该均衡单元11适于将单相负载均匀地分配在功率源的三相上，即将单相负载变换成三相上的对称负载。因此平衡了变压器13的输出的三相上以及由此功率源的三相上的负载。因此，不平衡电流或负序电流可以被减小或者甚至被最小化。在适当调谐均衡单元11的情况下，负序电流可以几乎被完全避免。

海底DEH模块10还包括补偿单元17。该补偿单元17被连接在均衡单元11的单相输出和电连接17之间。特别地，它可以包括并联连接到单相负载（即管线节段21）的电部件。

补偿单元12适于补偿由单相负载21引起的无功功率。管线节段21的阻抗可以包括电感分量，它因此可以被称为“消耗”无功功率，其将导致DEH系统100中的对应电流。因此，由管线节段21产生低功率因数。补偿单元17现在可以被配置成（例如由电容部件）生成对应量的无功功率，由此将功率因数带回到1。因此DEH系统100中的归因于无功功率的电流可以被减小或最小化。所以，可以针对较低电流来对DEH系统100的部件（诸如海底电力电缆41）定尺寸（dimension），从而导致减少的复杂性和成本。

海底DEH模块10还包括补偿反应器14，其还可以被称为海底补偿反应器，因为它被安装在海底DEH模块10中。该补偿反应器14被连接在断路器15和变压器13之间。它还被连接到地。补偿反应器14适于补偿由海底电力电缆41，尤其是由海底电力电缆41的电容部件引起的无功功率。

再次地，海底电力电缆41的电容部件可以生成无功功率，导致较低功率因数。补偿反应器14可以包括电感部件（特别地线圈等等），用于“消耗”无功功率并且由此用于补偿由电容部件生成的无功功率。因此可以减小或者甚至最小化归因于海底电力电缆41的无功功率。

补偿反应器14的电感可以是可调整的。作为示例，补偿反应器14可以包括具有用于提供不同电感值的抽头变换器或具有可调整芯（诸如具有可调整间隙的磁芯）的线圈。补偿反应器14的电感因此可以被调整成用于不同长度的海底电力电缆41。这可以例如通过进行测量并相应地调整电感的反馈电路来自动完成。调整还可以根据从干舷装置接收到的控制信号而发生。再次地，这可以自动执行，其中干舷装置获得指示DEH系统100中的无功功率的测量结果以及调整电感以降低无功功率。

图2示出耦合到干舷装置50的DEH系统100。干舷装置可以位于船只（例如船）或漂浮平台（诸如半潜式）上、固定平台（海面平台）上、或者陆上地点（例如陆上生产设施）处。

三相功率源可以是干舷装置50的主电源。它例如可以是（耦合到原动力，诸如柴油机或燃气轮机的）发电机或发电机组45、电力网40、或其组合。

DEH系统100可以在干舷装置处进一步包括干舷变压器51。该干舷变压器51将由功率源40、45供应的电功率的电压水平变成适合于传输的水平。对于长的失调距离（即对于长的海底电力电缆41长度），将较高电压用于功率传输以将损耗最小化是有益的。海底电力电缆可以具有多于100km的长度。因此，干舷变压器可以将电能量转换成用于传输的在约100kV和约200kV之间的范围中的电压，例如120kV到150kV。由功率源40、45供应的电压可以在约5kV和50kV之间的范围中，例如在约11kV。该配置因此能够实现增加的失调距离。归因于三相电力传输，可以进一步减少海底电力电缆41所需的材料。

DEH系统100可以在干舷装置50处进一步包括干舷补偿反应器52。该干舷补偿反应器52被连接到干舷变压器51的输出。类似于海底补偿反应器14，干舷补偿反应器52适于补偿由海底电力电缆41的电容部件引起的无功功率。它包括用于增加功率因数（特别地用于将功率因数带回到1的值）的电感L_dist。该电感可以被实施为耦合在干舷变压器51的输出以及地之间的线圈。

干舷补偿反应器52的电感可以是可调整的。作为示例，它可以被实施为具有用于提供不同电感值的抽头变换器的线圈，或具有可调整芯（诸如具有可调整间隙的磁芯）的线圈。干舷补偿反应器52的电感因此可以被调整用于不同长度的海底电力电缆41。这可以例如通过进行测量并相应地调整电感的反馈电路来自动完成。干舷装置例如可以进行指示DEH系统100中的无功功率的测量，并且调整干舷补偿反应器52的电感以降低无功功率。例如当海底电力电缆41的长度改变时，手动调整也是可想到的。注意，补偿反应器14、52被耦合到系统的三相中的每个以便补偿每一相的无功功率。

通过既使得干舷补偿反应器52又使得海底补偿反应器14处在每个海底DEH模块10中，可以实现无功功率的特别好的补偿。注意，其它实施例可以仅包括干舷补偿反应器52，或仅包括海底补偿反应器14，或者不包括两者，以便降低DEH系统100的复杂性和成本。

DEH系统100可以在干舷装置50处还包括用于改变由功率源供应的三相电功率的频率和/或电压的可变频率驱动器（VFD）53。可以例如在电力网40之后连接VFD 53，以便经由海底电力电缆41调整电力传输的频率。对于较长失调距离较高频率可能例如是有益的。

干舷装置可以进一步包括功率分配单元54，其可以由配电盘、母线系统等等来实施。

注意，在图2的示意性表示中，弯曲线表示将上干舷部分从DEH系统100的下海底部分分开的水面。

图2的海底DEH模块10中的每一个可以如上文关于图1所述的那样配置。

图3示意性地示出海底DEH模块10的实施例，它可以用在图1和2的DEH系统100中。海底DEH模块10包括电连接16，借助于该电连接16海底DEH模块10耦合到海底电力电缆41的馈线点42。电连接16包括用于三相功率源的第一相L1的连接、用于三相功率源的第二相L2的连接和用于三相功率源的第三相L3的连接。它们可以借助于三芯海底电缆（例如跨接电缆等等）来实施。海底DEH模块10包括封罩18，可以将连接器（例如湿式可匹配连接器）安装到该封罩18以便连接到这样的跨接电缆。因此，可以断开且去除模块10以便在不需要取回海底电力电缆41的情况下进行服务。

封罩18可以是耐压海底封罩，当将海底DEH模块10安装在海底时该封罩保持接近一个大气的内部压强。相应地，可以采用标准电部件。在其它配置中，封罩18可以是填充有介电液体的压力补偿封罩，其中与海底DEH模块10之外的压强相对应的压强占优势。于是封罩18可以被构建得更紧凑且轻质。封罩18可以适于使得海底DEH模块10可以在多于100m、多于500m或甚至多于1000m的水深处安装和操作。

图3示出三相变压器13的可能实施方式。注意，变压器13可以被提供有抽头变换器（未示出）、特别地带有负载的抽头变换器。抽头变换器可以被安装在高压侧。

均衡单元11具有作为输入的三相L1、L2和L3（在变压器13的变压之后），并且具有用于连接单相负载（即管线节段21）的两个输出。单相负载被连接在相L1和L2之间。为了将单相负载均匀地分配在三相L1、L2、L3上，均衡单元11包括连接在相L1和L2之间的电容C1和连接在相L2和L3之间的电感。通过适当地选择电容C1和电感L的值，可以在三相上实现负载平衡。因此，可以减小或甚至消除不平衡电流。

电容C1可以被实施为电容器组。其可以例如根据控制信号是可调整的。电容C1可以例如包括并联连接的多个电容器，借助于电子控制的开关电容器是可连接的和可断开的。因此，可以调整电容C1的值。

电感L可以包括线圈等等。它可以是可调整的。电感L可以例如包括抽头变换器，其允许根据控制信号来设置不同电感值。其它实施方式包括具有可调整芯（例如间隙可调整的磁芯）的线圈。

海底DEH模块10可以例如包括控制单元（未示出），其根据由管线节段21构成的当前单相负载来调整C1和L的值。因此，即使可以包括（如所图示的）电阻和电感分量的阻抗Z改变，负载也可以在三相L1、L2和L3上平衡。控制单元因此可以实施本地反馈电路。在其它实施方式中，这样的控制单元可以从干舷装置接收控制信号以便改变C1和/或L的值。

补偿单元12包括与单相负载21并联连接的电容C2。电容C2可以如上文关于C1所述的那样来实施。特别地，其值根据从干舷装置或从本地控制单元接收的控制信号可以是可调整的。电容C2的值被设置成使得由单相负载21引起的无功功率被补偿。如果无功功率的量改变，则C2可以被动态调整以便补偿这种改变。在其它实施方式中，可以针对要被海底DEH模块10加热的特定管线节段来将其预置。

电连接17将海底DEH模块10的（单相）输出耦合到单相负载（即管线节段21）。管线节段21可以在其两端处具有用于接收电连接17的对应连接器的连接器。因此，电流可以流过该管线节段21，其阻抗Z引起管线节段被加热。通过借助于变压器13调整海底DEH模块10的输出处的电压，通过管线节段21的电流并且因此的加热量可以被调整。

海底DEH模块10可以进一步包括上文提到的部件，诸如断路器15或补偿反应器14。在其它实施方式中，一些部件可以被省略，例如补偿单元12或变压器13。

海底DEH模块10可以进一步包括用于与干舷装置50通信的通信接口（未示出）。可以通过单独的通信线而发生通信，可以在海底电力电缆41（例如光纤电缆）内、或者通过使用海底电力电缆41的导体的电力线通信、或者通过任何其它手段来提供该单独的通信线。因此，在海底DEH模块10处进行的测量可以被报告给干舷装置50，并且在干舷装置50处发出的控制信号可以在海底DEH模块10处被接收。借助于这样的控制信号，均衡单元11、补偿单元12、变压器13、补偿反应器14或断路器15中的一个或任何组合可以被控制。

各个海底DEH模块10之间的或馈线连接点42之间的距离可以高达约100km，它例如可以根据配置而在10km和80km之间。特别地，从单一海底电力电缆馈送几个海底DEH模块（它们之间具有多于30km的距离）变得可能。而且，根据特定要求，从干舷装置到第一馈线连接点42的失调距离可以多于50km或甚至多于100km。这可以通过使用处于高压范围的功率传输以及使用三相电功率传输来实现。

注意，尽管在图1和2中示出三个海底DEH模块10，但是这仅是示例并且可以使用任何数目的模块，例如多于3个模块、多于4模块或甚至多于5个模块。例如可以使用在2个和20个之间的DEH模块。

图4示出在类似于图1和2中描绘的系统的DEH系统上进行的测量。在该示例中， 选择邻近馈线连接点之间的30km的距离。该示例不使用干舷补偿反应器。上面的曲线示出海底电缆电压，而下面的曲线示出海底电缆电流。从曲线可看到第一、第二和第三DEH模块的启动。在启动之后，可以看到负载在三相上相对好地平衡（每个示图中的三条曲线）。

图5示出在类似于图1和2中描绘的系统的DEH系统上进行的测量。与图4的配置不同，现在采用干舷补偿反应器。失调距离是100km并且邻近馈线连接点之间的距离是40km。如可以看到的那样，针对三相的曲线基本上平行地延伸，示出三相上负载的良好平衡以及归因于无功功率的低电流。再次地，在曲线中可看到三个海底DEH模块的启动。

图4和图5示出在DEH系统100具有不同配置的情况下，有可能在单一海底电力电缆上操作多个海底DEH模块，并且可以加热离开功率源相当远距离定位并且具有相当大长度的管线节段。

虽然这里公开了特定实施例，但是可以在不偏离本发明范围的情况下作出各种改变和修改。在所有方面上本实施例被看作是说明性且非限制性的，并且进入所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变意图被包含于其中。

Claims (18)

1.用于加热海底管线（20）的直接电加热系统，包括：

- 海底电力电缆（41），其适于耦合到用于向海底位置提供三相电功率的三相电功率源（40、45），

-两个或更多海底直接电加热（DEH）模块（10），每个海底DEH模块（10）被提供用于加热海底管线（20）的不同管线（21、22、23）节段，海底DEH模块（10）适于在不同海底位置处安装在海底，

其中每个海底DEH模块（10）包括：

- 三相变压器（13），

- 第一电连接（16），其适于将海底DEH模块的三相变压器耦合到海底电力电缆（41）以便将三相电功率供应给三相变压器；

- 第二电连接（17），其适于将海底DEH模块耦合到相应管线节段（21、22、23）以便将电功率提供给管线节段用来加热管线节段；以及

- 均衡单元（11），其被耦合在三相变压器（13）和第二电连接（17）之间，其中该均衡单元适于将管线节段的电负载均匀地分配在三相变压器的输出的三相之间，以便实现三相电功率源上的平衡三相负载。

2.根据权利要求1所述的直接电加热系统，其中每个海底DEH模块适于通过单相电功率来加热相应管线节段，管线节段构成该相应DEH模块的单相负载。

3.根据权利要求1或2所述的直接电加热系统，其中管线节段耦合在所述三相变压器的输出的第一相（L1）和第三相（L3）之间，其中所述均衡单元包括：耦合在所述三相变压器的输出的第一相（L1）和第二相（L2）之间的电容，以及耦合在所述三相变压器的输出的第二相（L2）和第三相（L3）之间的电感。

4.根据权利要求3所述的直接电加热系统，其中所述电容和/或电感适于是可调整的。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中所述第二电连接（17）包括从所述均衡单元的输出到相应管线节段的一端的电连接以及从所述均衡单元的输出到所述管线节段的另一端的电连接。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中所述三相变压器包括带有负载的抽头变换器，所述三相变压器是可控制的用来调整供应给第二电连接的电压的水平。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中每个海底DEH模块包括补偿单元，其适于补偿由相应管线节段的加热引起的无功功率。

8.根据权利要求7所述的直接电加热系统，其中所述补偿单元包括电容，该电容的值能够被控制。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中每个海底DEH模块还包括补偿反应器，其适于补偿由海底电力电缆的电容引起的无功功率。

10.根据权利要求9所述的直接电加热系统，其中所述补偿反应器包括具有电感的线圈，根据控制信号可调整该电感的值。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中每个海底DEH模块还包括三相断路器，其适于从三相功率源断开海底DEH模块。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中所述海底电力电缆在干舷装置处耦合到三相功率源，该DEH系统还包括在干舷装置处连接到海底电力电缆的干舷补偿反应器，该干舷补偿反应器适于补偿由海底电力电缆的电容引起的无功功率。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中所述海底电力电缆在干舷装置处耦合到三相功率源，该DEH系统还包括在干舷装置处的干舷三相变压器，该干舷三相变压器被连接在三相功率源和海底电力电缆之间以便将由三相功率源供应的电压变换到较高电压水平。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中所述海底电力电缆在干舷装置处耦合到三相功率源，该DEH系统还包括在干舷装置处的干舷可变频率驱动器以便调整由三相功率源供应的三相电功率的频率和/或电压。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中所述海底电力电缆包括三芯电缆，每个芯将三相电功率的相供应到海底位置。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中所述DEH模块还包括用于与干舷装置通信的通信接口，其中经由该通信接口、特别地经由在通信接口上从干舷装置接收的控制信号可控制变压器和均衡单元中的至少一个。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，还包括用于调整所述均衡单元以便自动地或根据所接收的控制信号使三相变压器的三相输出上的负载平衡的控制器。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的直接电加热系统，其中每个DEH模块包括海底封罩，三相变压器和均衡单元被布置在该海底封罩中。