CN108474189B - 海上建筑物 - Google Patents

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Abstract

一种海上建筑物(6、7)，其具有电气装置(1)，所述电气装置包括填充有绝缘液体(1.5)的壳体(1.1)，所述海上建筑物还具有膨胀容器系统，该膨胀容器系统的内部容积包括具有绝缘液体(3)的区域和气垫(4)，其中壳体(1.1)、管线(5、5.1、5.5)和膨胀容器系统构成耐压的密封单元，所述海上建筑物应实现特别简单的设计结构。为此，气垫(4)的至少一部分布置在海平面(11)之下。

Description

海上建筑物
技术领域
本发明涉及一种包括电气装置的海上建筑物，该电气装置包括填充有绝缘液体的壳体，所述海上建筑物还包括膨胀容器系统，该膨胀容器系统的内部容积包括气垫，其中，所述壳体经由管线连接到膨胀容器系统，其中壳体、管线和膨胀容器系统构成耐压的密封单元。
背景技术
在沿海的公共海域(英语：offshore)中建造的固定建筑物被称为海上建筑物。这些例如包括石油钻井平台、风力发电设备以及变电和研究平台。
特殊的地基结构是安全设立海上建筑物所必需的。例如，所述地基结构可以锚定在海底中。在石油钻井平台中长久以来已经检验过的是桁架结构，其构建在海底上(英文Jeckets)。较新的发展要么同样基于处于海底上的结构(三脚架、重量地基、桶地基)，要么利用打入海底中的桩(单桩、三桩地基)的承载能力。备选地，地基结构也可以设计为浮动的，也就是设计为所谓的具有浮动体的浮动地基，所述浮动体仅借助链条等上的锚固定在海底上，以保持位置。
特别是在风力发电场中，电气设备也需要在海上使用，其设计用于高功率并且嵌入冷却和绝缘液体中，例如，变压器或节流阀。通常，该装置包括包围电气部件的壳体，所述壳体例如用绝缘液体、例如油填充。这种封闭的壳体需要膨胀容器系统来补偿由不同的运行温度引起的冷却和绝缘液体的体积波动。例如在变压器中，该膨胀容器大多安装在变压器的盖上。
然而，在海上建筑物中，这种布置是不利的，因为它首先对于海上的风提供了较大的迎风面，这使得有必要采用用于极端天气条件(即风速超过200公里/小时)的设计。其次，为了进行固定和维护工作需要复杂的控制台。第三，在膨胀容器中的绝缘液体的热学产生的体积波动的情况下，这种布置需要用于空气交换的除湿措施。
为了至少部分地解决这些问题，已经提出了在包含气垫的情况下对这种电气设备进行密封性封闭，该气垫承受冷却和绝缘流体的体积波动。在此膨胀容器系统设计为封闭式，并且其内部容积包括气垫。电气设备的壳体通过管线连接到膨胀容器系统。
然而，由于气体的高膨胀系数，外部温度波动在电气系统内引起显著的温度相关的压力波动，所述压力波动必须通过耗费的措施来限制。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种本文开头所述类型的海上建筑物，其实现了特别简单的设计。
按照本发明，通过将气垫的至少一部分设置在海平面以下来解决所述技术问题。
本发明基于这种考量，即通过特别是在补偿容器系统内的气垫中实现尽可能恒定的温度，可以减小封闭的补偿容器系统内的压力波动。也就是气垫必须被调节温度。然而在海上应用中尤其是周围的海水适合于这种情况，因此通过补偿容器系统与变压器的空间分离以及至少将气垫设置在海平面以下能够特别简单对补偿容器系统并且尤其是对气垫进行温度调节。所述设置这样进行，使得气垫和海水之间能够进行足够的热交换。由此，气体的温度在很大程度上与基础结构周围海水的温度耦合。例如，气体填充的补偿容器可以在海平面以下被固定在海上建筑物的基础结构的外壁上。
有利的是，整个膨胀容器系统位于海平面以下，也就是管线或者说管路从填充有冷却和绝缘液体的壳体导引至膨胀容器系统的一个或多个部件所在的海平面以下的区域。
在第一有利的设计方案中，膨胀容器系统包括膨胀容器，该膨胀容器包含具有绝缘液体的区域，其中，所述管线填充有液体并且与膨胀容器中具有绝缘液体的区域相连，所述膨胀容器系统还包含压缩室，该压缩室通过气体填充的管线与气垫的包含在膨胀容器中的部分相连，其中，压缩室布置在海平面以下。在膨胀容器系统的这种至少两部分式的实施形式中，整个液体区域仍然可以布置在海平面以上，只有一部分气垫通过相应的管线至少部分地在海平面下方地布置在单独的压缩室中。
随着温度升高，绝缘液体膨胀并且将气体通过管线挤压到膨胀容器系统的压缩室中。由于大部分气体现在位于压缩室内部，并且压缩室由于与水温的热耦合几乎不存在温度波动，所以气体的体积膨胀系数仅具有很小的影响，并且对变压器的内部压力及其膨胀容器系统仅具有很小的影响。
在另一有利的设计方案中，海上建筑物包括至少一个第二电气装置，其包括填充有绝缘液体的第二壳体，其中膨胀容器系统包括第二膨胀容器，其中第二壳体经由液体填充的第二管线与膨胀容器系统中的第二膨胀容器相连，所述第二膨胀容器包含具有绝缘液体的第二区域，其中气垫的包含在第二膨胀容器中的部分通过充气的第二管线与压缩室相连。换句话说，多个电气装置的膨胀容器彼此连接并且使用共同的压缩容积。
在海上建筑物的第二个备选的有利设计方案中，管线是气体填充或者说充气的。在这样的实施例中，电气装置的壳体本身已经包括气垫的一部分，该气垫经由管线与膨胀容器系统中的空间相连。膨胀容器系统在此仅填充气体。
在这样的实施例中，多个电气装置也可以使用共同的膨胀容器系统。为此，海上建筑物有利地包括第二电气装置，该第二电气装置包括填充有绝缘液体的第二壳体，其中，第二壳体经由充气管线连接到膨胀容器系统。
在这种情况下，有利地存在多个相互连接的膨胀容器和/或压缩室。这使得即使在海平面以下的不同位置上也可以进行更灵活的布置，并且可以将膨胀容器系统用于多个电气装置。由此还可以例如在使用桁架结构的管子时简化与基础结构的现有几何形状的适配。
在特别有利的设计方案中，气垫的布置在海平面以下的部分、特别是膨胀容器和/或压缩室布置在海上建筑物的基础结构的空心结构元件中。这实现了特别简单和节省空间的构造方式。
在此，空心结构元件有利地至少部分地形成包围气垫的壁，即，空心结构元件的壁同时是压缩室的壁。在极端情况下，空心结构元件甚至可以作为整体形成压缩室。
如果不是这种情况并且在压缩室和空心结构元件之间留有空间，则有利地用水填充所述空间以确保良好的热交换。
在另一有利的设计方案中，膨胀容器包括将气垫和绝缘液体彼此分开的膜。通过这种弹性膜在很大程度上避免了膨胀容器系统中的气体溶解在冷却和绝缘液体中。
此外，液体填充的管线在壳体和膨胀容器系统之间有利地具有布赫霍尔茨继电器或者说双浮子继电器或瓦斯继电器(Buchholzrelais)。与具有扩展散热器的实施例相对，在这里提出的实施例中才可以使用布赫霍尔茨继电器。布赫霍尔茨继电器能显示故障，例如短路、线圈间短路或缺少冷却和绝缘液体，从而提高运行安全性。
有利的是，电气装置是变压器，例如在风力发电场的变电站上的变压器。特别是用于海上风力发电场的变压器通常是填充油的，因此这里描述的实施例具有特别大的优点。
海上建筑物还有利地包括风力发电设备。
通过本发明实现的优点尤其在于，通过将密封的膨胀容器系统的气垫至少部分地布置在海平面以下，可以在海水和气体之间进行热交换并且因此实现气体的温度均衡。由此减少了电气装置(例如变压器)内的压力波动。这可以实现迄今体积相当大的补偿容器的大幅缩小。
因此，所描述的解决方案为海上变电站的流体填充部件的氧气和湿气隔绝(密封)提供了简化的可行方案。该解决方案特别适用于可选的绝缘液体的使用。此外，通过取消除湿措施在很大程度上无需维护。
此外，通过所描述的解决方案可以实现变压器的整体高度的减小。期望的是特别低的结构高度，因为接近风力发电设备的转子叶片的旋转圆的情形会限制具有其自己的变电站的风力发电设备上的变压器的结构高度。所提出的解决方案的使用将显著地有利于使用传统的基础结构。即使对于变压器有腔室(Einhausung)的情况，也可以通过将腔室的结构高度减少约2-3米而产生优点。
附图说明
以下参考附图更详细地阐述本发明的实施例。在附图中：
图1示出了具有带有处于基础结构中的膨胀容器的变压器的海上风力发电设备，
图2示出了具有变压器和处于基础结构中的压缩室的海上变电站，
图3示出了另一种具有变压器和处于基础结构中的压缩室的海上变电站，
图4示出了具有两个变压器的海上风力发电设备，所述两个变压器分别具有膨胀容器和处于基础结构中的压缩室，
图5示出了另一种具有两个变压器的海上风力发电设备，所述两个变压器分别具有膨胀容器和处于基础结构中的压缩室，并且
图6示出了另一种具有变压器的海上风力发电设备，该变压器具有集成的膨胀室和处于基础结构中的压缩室。
相同部件在所有附图中配设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了布置在风力发电设备7的基础结构9上的用于海上风力发电场的变电站6的示例性实施例。变电站6具有变压器1，所述变压器1具有密封壳体1.1，其填充有绝缘液体1.5，变电站6还具有冷却设备1.8。基础结构9将风力发电设备7固定在海底12中，该风力发电设备7具有塔筒7.1、机舱7.6和固定在机舱上的转子7.7。
由于绝缘液体1.5的热学产生的体积波动，绝缘液体通过配备有布赫霍尔茨继电器1.6的管线5流入压缩室2.2，该压缩室嵌入基础结构9的空心结构元件8中。压缩室2.2的尺寸设计成，使得在绝缘液体3的变化的液位上方形成用于承接或者说吸收流体的体积波动的气垫4的空间。通向压缩室2.2的管线5导引至压缩室的底部，从而与液位无关地总是保证通向变压器的连接管线被绝缘液体1.5、3填充。
压缩室2.2这样布置在基础结构的空心结构元件8中，使得其在很大程度上位于海平面11的下方。空心结构元件8填充有淡水15。气垫4现在在很大程度上具有周围海水14的温度。例如，在北海的广大区域中的水温仅在4℃和18℃之间波动。因此，密封的变压器1能够以剧烈减小的压力水平工作。压缩室可以显著减小。
图2显示了一个海上变电站6，它布置在平台上，其基础结构9由多构件式的管结构形成。在图2的实施例中，膨胀容器系统由多个分离的膨胀容器2.1形成。膨胀容器2.1通过管线5.5与其它用于气垫4的压缩室2.2相连，所述压缩室2.2这样布置，使得气垫4与变压器1中的绝缘液体1.5的温度实现热学脱耦。在该示例性实施例中，膨胀容器2.1、以及与变压器1热学脱耦的压缩室2.2由板材缸体形成。
图3示出了位于平台上的海上变电站6。该平台通过管状的空心结构元件8锚固在海底12上。在该实施例中，这些空心结构元件8用于容纳由膨胀容器2.1和压缩室2.2形成的膨胀容器系统。在该实施例中，基础结构9的一个区段形成压缩室2.2。空心结构元件8的外罩面形成压缩室2.2的壳体的一部分。在该特定实施例中，气垫4通过设置在用于绝缘液体3的膨胀容器2.1内的膜2.5与绝缘液体3分隔开。通过所述分隔，在很大程度上避免了气垫4的气体溶解在绝缘液体3中。
最后，图4示出了一个实施例，其中海上变电站6被集成到容纳风力发电设备7的塔筒7.1的空心结构中。在该实施例中，变电站6具有多个流体填充部件(变压器1和节流阀)，它们各自具有其自己的用于绝缘液体3的膨胀容器2.1。膨胀容器2.1分别在气体侧通过管线5.5与共同的压缩室2.2相连。因此，为了容纳压缩气体4，多个变压器1使用布置在海平面11以下的共同的压缩室2.2，同时保持将绝缘液体1.5、3分隔开。
通过使用共同的压缩体积，可以实现总体积的减小，因为不是所有的部件都具有相同的运行温度。此外，以这种方式，设备的一部分可以在过载运行中工作，而不需要相应地设计单个压缩室的尺寸。
图5同样示出了示例性实施例，其中多个变压器1布置在风力发电设备7的塔筒7.1或基础结构9中。变压器1分别具有其自己的膨胀容器2.1。膨胀容器2.1通过管线5.5与由多个变压器1共用的压缩室2.2连接。
此外，在该示例性实施例中，变压器1和具有压缩室2.2的膨胀容器系统都布置在风力发电设备7的基础结构9或塔筒7.1内。变压器1的冷却既可以通过油-水冷却器、也可以通过空气冷却器或散热器实现，其在该实施例中未示出。
在该示例性实施例中，基础结构9的壁至少部分是膨胀容器系统或压缩室2.2的壳体。
图6示出一个实施例，其中用于承受绝缘液体1.5的由温度引起的体积波动的膨胀空间布置在变压器壳体1.1内。未被绝缘液体占据的空间、以及管线5.5和膨胀容器系统的压缩室2.2填充有气垫4。当温度升高时，绝缘液体1.5、3膨胀并且将气体通过管线5.5挤压到膨胀容器系统的压缩室2.2中。由于现在绝大部分气体位于压缩室2.2内，并且压缩室2.2由于与水温的热耦合而几乎不具有温度波动，所以气体的体积膨胀系数只起到很小的作用并且只对变压器1及其膨胀容器系统的内部压力产生很小的影响。
在图5和图6中未示出基础结构9在海底12上的固定，因为基础结构9也可以设计为浮动基础。
附图标记清单
1 变压器
1.1 壳体
1.5 绝缘液体
1.6 布赫霍尔茨继电器
1.8 冷却设备
2.1 膨胀容器
2.2 压缩室
2.5 膜
3 绝缘液体
4 气垫
5、5.1、5.5 管线
6 海上变电站
7 风力发电设备
7.1 塔筒
7.6 机舱
7.7 转子
8 空心结构元件
9. 基础结构
11 海平面
12 海底
14 海水
15 淡水

Claims (14)

1.一种海上建筑物，具有电气装置，所述电气装置包括填充有绝缘液体(1.5)的壳体(1.1)，所述海上建筑物还具有膨胀容器系统，该膨胀容器系统的内部容积包含气垫(4)，其中，所述壳体(1.1)通过管线(5、5.1、5.5)与膨胀容器系统相连，其中，壳体(1.1)、管线(5、5.1、5.5)和膨胀容器系统构成耐压的密封单元，并且其中，气垫(4)的至少一部分布置在海平面(11)之下，并且所述气垫设置为，使得气垫和海水之间能够进行足够的热交换，从而减少电气装置内的压力波动。
2.按照权利要求1所述的海上建筑物，其中，整个膨胀容器系统布置在海平面(11)以下。
3.按照前述权利要求之一所述的海上建筑物，其中，膨胀容器系统包括膨胀容器(2.1)，该膨胀容器包含具有绝缘液体(3)的区域，其中，所述管线填充有液体并且与膨胀容器(2.1)中具有绝缘液体(3)的区域相连，其中，所述膨胀容器系统还包含压缩室(2.2)，该压缩室通过气体填充的管线与气垫(4)的包含在膨胀容器(2.1)中的部分相连，其中，压缩室(2.2)布置在海平面(11)以下。
4.按照权利要求3所述的海上建筑物，其中，所述海上建筑物包括至少一个第二电气装置，所述至少一个第二电气装置包括填充有绝缘液体(1.5)的第二壳体，其中，膨胀容器系统包括第二膨胀容器，其中，第二壳体经由液体填充的第二管线与膨胀容器系统中的第二膨胀容器相连，所述第二膨胀容器包含具有绝缘液体(3)的第二区域，其中，气垫(4)的包含在第二膨胀容器中的部分通过气体填充的第二管线与压缩室(2.2)相连。
5.按照权利要求1或2所述的海上建筑物，其中，所述管线是气体填充的。
6.按照权利要求5所述的海上建筑物，其中，所述海上建筑物包括至少一个第二电气装置，所述至少一个第二电气装置包括填充有绝缘液体(1.5)的第二壳体，其中，第二壳体通过气体填充的管线与膨胀容器系统相连。
7.按照权利要求1所述的海上建筑物，其中，所述海上建筑物包括多个相互连接的膨胀容器和/或压缩室。
8.按照权利要求5所述的海上建筑物，其中，气垫(4)的布置在海平面(11)以下的部分布置在海上建筑物的基础结构(9)的空心结构元件(8)中。
9.按照权利要求8所述的海上建筑物，其中，所述空心结构元件至少部分地构成包围气垫的壁。
10.按照权利要求8所述的海上建筑物，其中，在压缩室(2.2)和空心结构元件(8)之间保留的空间被水填充。
11.按照权利要求3所述的海上建筑物，其中，膨胀容器包括将气垫和绝缘液体彼此分隔开的膜(2.5)。
12.按照权利要求3所述的海上建筑物，其中，液体填充的管线具有布赫霍尔茨继电器(1.6)。
13.按照权利要求1所述的海上建筑物，其中，电气装置是变压器(1)。
14.按照权利要求1所述的海上建筑物，其中，海上建筑物包含风力发电设备(7)。
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