CN104993408A - 海上升压站 - Google Patents

Abstract

海上升压站包括固定于海床上的基础部分、平台以及设备层，所述设备层内设置有主变压器，主变压器高压侧通过高压母线与海底电缆电连接，主变压器高压侧通过第一断路器与高压母线电连接，海底电缆的一端通过隔离开关与高压母线电连接，海底电缆的另一端通过第二断路器与陆上变电站电连接。本发明海上升压站中通过切断第一断路器以及第二断路器直接实现对海底电缆与高压母线两者的双重保护。如此，减少电气开关设备，减少空间占用面积以使整个海上升压站各设备之间排布更紧凑。

Description

海上升压站

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，具体来说涉及一种海上升压站。

背景技术

海上风电以其风速高、湍流低、环境影响小等特点成为可再生清洁能源开发重点。我国海上10m高度可开发利用的风能储量约7.5亿千瓦，随着政策扶持加大，我国近海风场海上风电开发正在大力兴起。

目前，我国正在建设的近海风电大多离岸10～30km，项目规划容量为200～300MW，由多台3MW-6MW海上风机群组发电，经由海底电缆集电环节集中送电至海上升压站，再经海上升压站的主变压器升压送至岸上变电站完成电力送出。因此，海上升压站成为海上风电发电送出的至关重要环节之一。

传统的海上升压站一般在岸边完成平台结构建设及主要设备安装，再经船舶驳运现场吊装至海上风场中海上升压站平台支承单管桩或四管桩基础上。目前，规划容量为200～300MW海上升压站平台采用整体吊装式全封闭金属四层结构，单层面积约1000平方米，总容积约13000立方米(不含天面层)，整体空间利用率较低、占用空间较大且整体荷重较大。

发明内容

基于此，有必要提供一种紧凑型布置且空间利用率高的海上升压站。

海上升压站包括固定于海床上的基础部分、与所述基础部分固定连接的平台以及位于所述平台上方的设备层，所述设备层内设置有主变压器，所述主变压器高压侧通过高压母线与海底电缆电连接，所述主变压器高压侧通过第一断路器与所述高压母线电连接，所述海底电缆的一端通过隔离开关与所述高压母线电连接，所述海底电缆的另一端通过第二断路器与陆上变电站电连接。

在其中一个实施例中，所述主变压器低压侧采用一段低压母线与海上风机电连接，所述主变压器与所述低压母线之间设置有第三断路器，所述主变压器低压侧与所述第三断路器之间电连接有接地站用变压器。

在其中一个实施例中，所述设备层包括由上至下依次设置的上层、中层以及下层，所述下层支撑于所述平台上，且布置有所述主变压器与高压配电室，所述中层为功能型房间层，所述上层为直升机停机坪。

在其中一个实施例中，所述高压配电室内布置有主变压器测控屏、继电保护屏、上岸海缆测控屏以及继电保护屏，所述主变压器测控屏与所述断电保护屏为一体化设置，所述上岸海缆测控屏与所述继电保护屏为一体化设置。

在其中一个实施例中，所述海上升压站包括110V控制直流电源系统、48V通信直流电源系统、交流电源系统、UPS系统、110V直流电源系统、调试电源系统、站用交流电源系统以及接地站用变压器，所述110V控制直流电源系统与所述48V通信直流电源系统为一体化设置，所述交流电源系统、UPS系统、110V直流电源系统以及调试电源系统为一体化设置，所述站用交流电源系统采用抽屉式开关柜集中供电模式，所述接地站用变压器为无油类接地站用变压器。

在其中一个实施例中，所述海上升压站还包括设置于所述主变压器下方的冷却水事故排油装置，所述冷却水事故排油装置包括箱体以及连接件，所述箱体经所述连接件拉固于所述基础部分。

在其中一个实施例中，所述箱体包括水冷箱、冷却水供水管、冷却水回水管以及冷却水循环泵，所述水冷箱设置于所述主变压器下方并浸没于海平面以下的海水内，所述水冷箱底部设置有换热管；所述冷却水供水管与所述冷却水回水管连通于所述水冷箱与所述主变压器的冷却水管之间，所述冷却水循环泵设置于所述冷却水供水管与所述冷却水回水管之间。

在其中一个实施例中，所述箱体包括事故油箱与事故排油管，所述事故油箱设置于所述水冷箱上方且通过所述事故排油管与所述主变压器中事故排油管路连接。

在其中一个实施例中，所述流通于冷却通道内的冷却水为净化冷却水，所述海上升压站还包括净化水收集处理系统以及自动定压补水装置，所述净化水收集处理系统用于散失的冷却水、房间空调排水以及屋面装设的雨水的收集，所述自动定压补水装置用于向所述水冷箱内补进冷却水。

在其中一个实施例中，所述主变压器高压侧与低压侧采用下出线绝缘密闭管接头连接，且所述主变压器底部设置有漏油检测装置。

本发明海上升压站中，通过设置隔离开关取代传统第一断路器，以通过切断第一断路器以及第二断路器直接实现对海底电缆与高压母线两者的双重保护。如此，将对海底电缆的保护由两端型改为三端型，并还可同时取消连接处高压母线的保护，以减少电气开关设备，优化了主变压器高压侧电气主接线海上升压站，减少空间占用面积以使整个海上升压站各设备之间排布更紧凑。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中海上升压站的结构示意图；

图2-1为图1所示海上升压站的设备层中下层的平面布置示意图；

图2-2为图1所示海上升压站的设备层中中层的平面布置示意图；

图2-3为图1所示海上升压站的设备层中上层的平面布置示意图；

图3为图1所示海上升压站中主变压器高压侧电气示意图；

图4为图1所示海上升压站中主变压器低压侧电气示意图；

图5为传统海上升压站中主变压器高压侧电气示意图；

图6为传统海上升压站中主变压器低压侧电气示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参看图1，本发明中一实施例的海上升压站100，其包括竖直固定于海床上的基础部分10、与基础部分10固定连接的平台20以及位于平台20上方用于安装各种设备的设备层30。其中，基础部分10为采用钢管桩组成的高桩基础，平台20设置于基础10的上方且高于海平面。

请一并参看图2-1、图2-2以及图2-3，设备层30包括由上至下依次设置的上层(即天面层)31、中层32以及下层33。其中，下层33支撑于平台20上，且布置有两台主变压器330(如图3-2所示，以下区分为主变压器330A和主变压器330B)、高压配电室(即图中220kV GIS)331、低压配电室332、35KV配电室333以及油/六氟化硫断路器(SF6GIS)套管安装室334。中层32为功能型房间层，用于布置功能层设备，例如，二次设备间、接地变及接地电阻成套装置。上层31设置有供起吊整个海上升压站100的直升机(图未示)停机的直升机停机坪、箱式柴油发电机组、消防水箱以及检修孔。

为了提高空间利用率且减轻整体荷重，下面从优化电气主接线、优化设备层30的整体结构布局设计以及减轻荷重三个方面详细介绍本发明中紧凑型布置的海上升压站100。其中，为了简单起见，以下描述中传统海上升压站200与本发明中海上升压站100相同的部件采用相同命名而不同标号，其并不对本发明的范围起限定作用。另外，图中1G、2G分别表示隔离开关1、2；DL表示断路器。

一、优化电气主接线

如图5所示，传统近海风场海上升压站200多采用交流并网模式，即两台主变压器330a、330b在高压侧(110kV或220kV)合并为一根海底电缆L1’送至陆上变电站(即220kV电网)。主变压器330a、330b与海底电缆L1’合并连接点将采用三台第一断路器DL1’、第一断路器DL2’以及第一断路器DL3’构成一段高压母线M1’。海底电缆L1’通过第二断路器DL4’与陆上变压站电连接。

为实现无死区完全保护，该区域通过配置第一断路器DL3’与第二断路器DL4’对海底电缆L1’进行切断保护、通过配置第一断路器DL1’、第一断路器DL2’以及第一断路器DL3’对高压母线M1’进行切断保护以及通过配置第一断路器DL1’、第一断路器DL2’分别对两台主变压器330a、330b进行切断保护。

请参看图3，具体地，本发明中两台主变压器330A、330B在高压侧(110kV或220kV)通过高压母线M1与海底电缆电连接。其中，主变压器330A、330B高压侧通过两台第一断路器DL1、第一断路器DL2与高压母线电M1连接，海底电缆的一端通过隔离开关3G与高压母线M1电连接，海底电缆的另一端通过第二断路器DL4与陆上变电站电连接。

相较于传统海上升压站200，本发明中海上升压站100中，通过设置隔离开关3G取代传统第一断路器DL3’，以通过切断第一断路器DL1、第一断路器DL2以及第二断路器DL4直接实现对海底电缆L1与高压母线M1两者的双重保护。如此，将对海底电缆L1的保护由两端型(第一断路器DL3’与第二断路器DL4’)改为三端型(第一断路器DL1、第一断路器DL2以及第二断路器DL4)，并还可同时取消连接处高压母线M1的保护，以减少电气开关设备，优化了主变压器330A、330B高压侧电气主接线。

如图6所示，传统海上升压站200中主变压器330a、330b低压侧采用35kV单低压母线M2’分段接线，即每台主变压器330a、330b设一段低压母线M2’与海上风机99连接。每段低压母线M2’各设一台站用电源变压器41及一台接地变压器42。其中，为了分别对各自的站用电源变压器41及接地变压器42进行保护，低压母线M2’与站用电源变压器41及接地变压器42之间分别设置有断路器DL5’和断路器DL6’。同时，为了对主变压器330a、330b进行保护，主变压器330a、330b与各自的低压母线M2’之间分别设置第三断路器DL7’和第三断路器DL8’。

请参看图4，本发明中海上升压站100中主变压器330A、330B低压侧采用35kV单低压母线M2分段接线，即每台主变压器330A、330B设一段低压母线M2与海上风机99连接。其中，为了对主变压器330A、330B进行保护，主变压器330A、330B与各自的低压母线M2之间分别设置第三断路器DL7和第三断路器DL8。

相较于传统海上升压站200，本发明中海上升压站100中，将传统的站用电源变压器41及接地变压器42合二为一成接地站用变压器43，如此可取消传统的两面35kV密闭式开关柜及相关控制保护，以减小设备占用面积。同时，将合并后的接地站用变压器43电连接于主变压器330A、330B的低压侧与对应第三断路器DL7和第三断路器DL8之间，如此直接采用各自的第三断路器DL7和第三断路器DL8分别切断低压母线M2与主变压器330A、330B的电连接，实现对主变压器330A、330B与接地站用变压器43两者的双重保护，以减少电气开关设备，优化了主变压器330A、330B低压侧电气主接线。

二、优化设备层30的整体结构布局设计

请重新参看图2-1至图2-3，本发明设备层30中将传统的按照电气系统或者运行习惯而分别设置的设备进行合并设置，控制保护设备下放，电气设备房间近类合并，优化电气连接，减少设备空调设置。具体地：

1)合并主变压器测控屏与继电保护屏，使两者一体化，将三面屏减少为两面屏，以减小占用空间，并下放至高压配电室331内；

2)合并上岸海缆测控屏与继电保护屏，使两者一体化，将三面屏减少为两面屏，以减小占用空间，并下放至高压配电室331内；

3)采用DC/DC隔离措施，合并110V控制直流电源系统与48V通信直流电源系统，取消通信直流电源设备及蓄电池；

4)采用一体化设备，合并站用交流电源系统、UPS系统、110V直流电源系统以及调试电源系统；

5)站用交流电源系统采用抽屉式开关柜集中供电模式，取消站内水泵、空调以及通风设备就地动力箱或控制箱；

6)选用无油类接地站用变压器，并与35kV配电装置密闭柜合并布置，取消原有站用变压器室及接地变压器室；

7)合并原有集控室与继电器室。

如此，本发明海上升压站100的设备层30中各层设备在不相互影响的前提下，紧凑设置于各自设备间内，使每层平面经设备整合以及房间布局优化后由1000平方米减至660平方米，提高空间占用率提高。

三、减轻荷重

请重新参看图1，海上升压站100还包括设置于主变压器330下方的冷却水事故排油装置40，用于冷却主变压器330并对主变压器330的事故油进行收集。其中，冷却水事故排油装置40包括箱体41、连接件42、冷却水供水管43、冷却水回水管44、冷却水循环泵45以及事故排油管47。箱体41包括水冷箱410与事故油箱412。在本具体实施例中，水冷箱410与事故油箱412一体设置，在其它一些实施例中，水冷箱410与事故油箱412亦可通过其它方式单独设置。

具体地，箱体41经连接件42拉固于海上升压站100中基础部分10的钢管桩上，防止风浪移位。其中，连接件42可为缆绳或固定缆索，在此不作限定。另外，在本具体实施例中，箱体41采用防腐玻纤材料制成。

水冷箱410设置于主变压器330下方并浸没于海平面以下的海水内。水冷箱410底部设置有换热管(图未示)，以通过海水对水冷箱410内的冷却水进行冷却。冷却水供水管43与冷却水回水管44连通于水冷箱410与主变压器330的冷却水管(图未示)之间，用于共同形成一条对主变压器330进行冷却的冷却通道。冷却水循环泵45设置于冷却水供水管43与冷却水回水管44之间，用于将水冷箱410中的冷却水泵入冷却水供水管43内，以对主变压器330进行冷却。其中，水冷箱410冷却后的冷却水经冷却水回水管44流回水冷箱410，并利用换热管通过海水进行重新冷却，以对主变压器330进行二次冷却。

事故油箱412设置于水冷箱410上方，其通过事故排油管47与主变压器330中事故排油管路(图未示)连接，用于存放主变压器330的事故排油。通常情况下，事故油箱412空腔时作为整个箱体41飘浮的浮力源，使得整个事故油箱412飘浮海水水面上；只当事故油箱412装满事故漏油时，整个箱体41被连接件42拉固并部分下沉。

本发明海上升压站100中，采用飘浮式冷却水事故排油装置40，将主变压器330的冷却方式改为强迫油循环水冷方式，取消占地及荷重均较大的风扇冷却系统；同时，改变主变压器330的事故排油收集方式，将原来海上升压站100内部布置事故油箱由改为海上升压站100的平台20下部海面飘浮，经事故排油管47与主变压器330事故排油管路连接收集事故排油，再经冷却水事故排油装置40上的阀门(图未示)外接滤油处理设备(图未示)。如此，通过布置优化将传统海上升压站200中占据第一层较大空间的事故油箱移至海上升压站平台下方，使海上升压站200由四层减少为三层，总高度由16m降为10米，总容积降约6600立方米(不含天面层)，平台整体荷重降低约20％。

进一步地，为了有效防止主变压器330中冷却系统、冷却水箱410、换热管屏及管路内部结垢，本具体实施例中，流通于冷却通道内的冷却水为净化冷却水。

进一步地，海上升压站100还包括净化水收集处理系统(图未示)以及自动定压补水装置50。由于整个冷却水系统为闭式循环，少量散失的冷却水经由净化水收集处理系统进行收集，并由自动定压补水装置50进行补充。其中，少量补充水源来自海上升压站100房间空调排水以及利用屋面装设的雨水收集，经简易过滤及中水化纯净处理，再经自动定压补水装置50补进水冷箱410中。

进一步地，为了适应海上运行防潮防腐环境要求，主变压器330高低压侧采用下出线绝缘密闭管接头连接，替代传统的高低压上进线绝缘瓷套管，如此，降低主变压器330上方的占用空间，同时对主变压器330的接线更好的密闭防潮。另外，将有载调压操作箱以及变压器本体接线端子箱改用IP55防护等级，将油温指示表等其他配套仪表外壳改为密闭防潮型。

进一步地，主变压器330底部设置有漏油检测装置(图未示)，用于适应海上升压站100离岸建设，无人值守，运维困难的问题。

本发明海上升压站100通过优化电气主接线，减少电气开关设备，减少空间占用面积以使整个海上升压站100各设备之间排布更紧凑；将主变压器330冷却方式改为强迫油循环水冷方式，取消占地及荷重均较大的风扇冷却系统；采用防腐玻纤材料开发一种冷却水事故排油装置40，并放置在海上升压站100的平台20下部海面飘浮；改变主变压器事故排油收集方式，将原来占据平台第一层较大空间的事故油箱移至海上升压站100的平台20下方；使海上升压站100由四层减少为三层，每层平面占用面积减少，整体高度降低，整体荷重降低。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.海上升压站，其特征在于：包括固定于海床上的基础部分、与所述基础部分固定连接的平台以及位于所述平台上方的设备层，所述设备层内设置有主变压器，所述主变压器高压侧通过高压母线与海底电缆电连接，所述主变压器高压侧通过第一断路器与所述高压母线电连接，所述海底电缆的一端通过隔离开关与所述高压母线电连接，所述海底电缆的另一端通过第二断路器与陆上变电站电连接。

2.如权利要求1所述的海上升压站，其特征在于：所述主变压器低压侧采用一段低压母线与海上风机电连接，所述主变压器与所述低压母线之间设置有第三断路器，所述主变压器低压侧与所述第三断路器之间电连接有接地站用变压器。

3.如权利要求1所述的海上升压站，其特征在于：所述设备层包括由上至下依次设置的上层、中层以及下层，所述下层支撑于所述平台上，且布置有所述主变压器与高压配电室，所述中层为功能型房间层，所述上层为直升机停机坪。

4.如权利要求3所述的海上升压站，其特征在于：所述高压配电室内布置有主变压器测控屏、继电保护屏、上岸海缆测控屏以及继电保护屏，所述主变压器测控屏与所述断电保护屏为一体化设置，所述上岸海缆测控屏与所述继电保护屏为一体化设置。

5.如权利要求1所述的海上升压站，其特征在于：所述海上升压站包括110V控制直流电源系统、48V通信直流电源系统、交流电源系统、UPS系统、110V直流电源系统、调试电源系统、站用交流电源系统以及接地站用变压器，所述110V控制直流电源系统与所述48V通信直流电源系统为一体化设置，所述交流电源系统、UPS系统、110V直流电源系统以及调试电源系统为一体化设置，所述站用交流电源系统采用抽屉式开关柜集中供电模式，所述接地站用变压器为无油类接地站用变压器。

6.如权利要求1所述的海上升压站，其特征在于：所述海上升压站还包括设置于所述主变压器下方的冷却水事故排油装置，所述冷却水事故排油装置包括箱体以及连接件，所述箱体经所述连接件拉固于所述基础部分。

7.如权利要求6所述的海上升压站，其特征在于：所述箱体包括水冷箱、冷却水供水管、冷却水回水管以及冷却水循环泵，所述水冷箱设置于所述主变压器下方并浸没于海平面以下的海水内，所述水冷箱底部设置有换热管；所述冷却水供水管与所述冷却水回水管连通于所述水冷箱与所述主变压器的冷却水管之间，所述冷却水循环泵设置于所述冷却水供水管与所述冷却水回水管之间。

8.如权利要求7所述的海上升压站，其特征在于：所述箱体包括事故油箱与事故排油管，所述事故油箱设置于所述水冷箱上方且通过所述事故排油管与所述主变压器中事故排油管路连接。

9.如权利要求7所述的海上升压站，其特征在于：所述流通于冷却通道内的冷却水为净化冷却水，所述海上升压站还包括净化水收集处理系统以及自动定压补水装置，所述净化水收集处理系统用于散失的冷却水、房间空调排水以及屋面装设的雨水的收集，所述自动定压补水装置用于向所述水冷箱内补进冷却水。

10.如权利要求1所述的海上升压站，其特征在于：所述主变压器高压侧与低压侧采用下出线绝缘密闭管接头连接，且所述主变压器底部设置有漏油检测装置。