CN110733606B - 一种用于高压输电中转的单点系泊系统及其快速连接和解脱方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高压输电中转的单点系泊系统，包括浮筒、柔性系泊缆、水上电缆、水下电缆、锚链、锚桩、应急脱钩装置、导缆器、防碰撞监测设备，柔性系泊缆的一端连接浮筒，另一端穿过供电平台上导缆器后系固于供电平台上的应急脱钩装置上；浮筒可在360°旋转状态下利用水上电缆和水下电缆传输电能；浮筒通过锚链和锚桩连接到海床上，实现系泊系统的定位，浮筒通过柔性系泊缆连接供电平台，供电平台端柔性系泊缆通过导缆器与应急脱钩装置连接；单点系泊系统独立于供电平台之外，空间、重量等参数不受制约，保证浮筒装置在工作海况和生存海况下的稳性，定位系泊装置与电能外输中转装置集成于一体，可极大地提高装置的使用性能和优化供电平台总体性能。

Description

一种用于高压输电中转的单点系泊系统及其快速连接和解脱 方法

技术领域

本专利涉及系泊系统，具体说是一种用于高压输电中转的单点系泊系统。

背景技术

随着我国海洋经济开发逐渐深化和国家海权维护战略需求不断突显，对海上分布式能源基地的需求已经显现。海上供电平台以其功率密度高、燃料补给需求低、安全经济、多用途、清洁无污染的特点，成为经济地满足海上能源需求的首选。海上供电平台不仅可以节省陆地空间，还可以为远海岛礁提供电力、淡水等资源，也可以为海上油田提供电力、热力和淡水等资源。海上供电平台的建设和投运，不仅能够改善海上油田及岛礁的能源结构，为海上油田开采及岛礁经济建设提供清洁、可靠、稳定的能源供给；并且可以推进我国海洋经济开发逐渐深化，维护国家海权，为海上能源需求提供有力保障。

为保证供电平台能够在海上长期持续作业，需要为供电平台设计一套定位系泊系统，同时为了保障作业时间窗口最大化，定位系泊系统应能够承受恶劣的海况条件并保证供电平台的安全作业。同时，当台风或其他极端天气来临时，系泊系统应当能够实现快速解脱，进而驶离危险区域；当极端天气过后，系泊系统应当能够实现快速连接，以满足断电区域的电力需求。

目前，定位系泊系统主要分为扩展式系泊和单点系泊。扩展式系泊多应用于半潜式浮式结构物，由于半潜式装置上的环境力对方向不太敏感，扩展式系泊系统可设计成保持该装置与环境力方向无关的位置上。然而，扩展式系泊系统也可用于对环境力方向敏感的船型供电平台，为抵抗恶劣海况，在某些深水海域扩展式系泊系统的锚链、锚等设备的规格需要相应程度的加强，相应的该部分装置重量、尺寸均会加大。若将定位系泊设备布置在供电平台上，会急剧增加供电平台艏艉重量，对供电平台舯部结构强度、总体重量中心和空间布置均会带来颠覆性影响；如若将系泊设备放置在配置的工程船舶上，则会严重增加运营成本。扩展式系泊不管是系泊设备放置在供电平台上与否，其海上作业流程都较缓慢，且在恶劣海况下的作业安全性不高，无法达到快速安全的连接和解脱。

因此，如果有一种连接、解脱安全快捷，能够抵抗恶劣海况，能够实现高压电能对外中转的装置，必能实现供电平台的快速商业化，利于我国油田及岛礁开发建设，从而产生巨大的实用价值。

发明内容

本发明要解决的问题是：

A)替代传统的扩展式系泊系统，为供电平台减负，解决因系泊设备重量、尺寸过大对供电平台总体设计的颠覆性影响或极大增加供电平台经营成本的问题；

B)解决极端海况下定位系泊系统与供电平台的快速解脱问题，在极端海况情况下供电平台快速与系泊系统解脱，驶离危险区域避险，系泊系统则在极端海况环境下安全自存；极端海况结束后，供电平台驶回与系泊系统快速连接，开始电力供应；

C)解决高海况下供电平台内高压电能向油田或岛礁外输时的中转问题，供电平台作业期间与岛礁等岸电设施接口具有一定距离，需要在外输时提供一套中转装置。

本发明采用的技术方案是：一种用于高压输电中转的单点系泊系统，包括浮筒、柔性系泊缆、水上电缆、水下电缆、锚链、锚桩、应急脱钩装置、导缆器、防碰撞监测设备，柔性系泊缆的一端连接浮筒，另一端穿过供电平台上导缆器后系固于供电平台上的应急脱钩装置上；连接浮筒的水上部分和水上电缆相连接，连接浮筒的水下部分和水下电缆相连接；

浮筒可在360°旋转状态下利用水上电缆和水下电缆传输电能；浮筒通过多束分布式锚链和锚桩连接到海床上，实现系泊系统的定位，悬链式锚链为系泊系统提供回复力；浮筒通过柔性系泊缆连接供电平台，供电平台端柔性系泊缆通过导缆器与应急脱钩装置连接，在紧急情况下可迅速脱开系泊缆，核电平台驶离避险。

进一步的，所述浮筒包括浮筒结构、旋转接头、主轴承、转塔及附件；

所述浮筒结构包括圆柱形凸字结构的外板、用于分隔外板的隔舱板、位于外板底部的环形裙板；所述旋转接头包括位于外板中上部的电滑环支撑结构、位于电滑环支撑结构下端的电滑环、位于外板上部侧边的漂浮电缆导管、位于电滑环下端的固定端接线箱；

所述主轴承安装于外板的中下部，主轴承内部设有水下电缆导管，转塔安装在主轴承上，转塔包括锚链盘、止链器，止链器铰接于锚链盘的边缘；

所述附件包括设置于电滑环支撑结构上端面的绞车、设置于外板凸起部分上端面的栏杆、设置于外板中部侧面的靠船件、设置于外板凸起部分外侧面的水密门及位于栏杆顶部的监视仪器。

外板为浮筒提供足够的浮力，外板内部设置的隔舱板将浮筒分割成多个内部舱室，以满足破舱稳性和设备布置要求，裙板防止其他船舶对浮筒产生直接撞击；电滑环实现系泊系统在动态运动状态下高压电能中转传输，电滑环支撑结构将电滑环安全固定在浮筒内部，漂浮电缆导管和水下电缆导管用于固定和保护水上漂浮电缆和水下电缆，主轴承和转塔实现浮筒在360°范围内转动，锚链盘和止链器用于连接锚链，为浮筒提供定位；附件主要为浮筒提供维修、操作及导航监视等辅助功能。

进一步的，应急脱钩装置由双钩型快速脱缆钩、远程释放模块、电动绞盘、绞盘控制箱和安装基座组成，所述电动绞盘安装在安装基座上，双钩型快速脱缆钩、远程释放模块及绞盘控制箱安装在电动绞盘的侧面上，能够实现系泊和快速脱缆功能。

本发明的有益效果和特点是：

1、单点系泊系统独立于供电平台之外，空间、重量等参数不受制约，保证浮筒装置在工作海况和生存海况下的稳性；单点系泊系统具有风标特性，能够将平台保持在外载荷最小的位置；对于供电平台的总体设计不存在影响，且可以实现供电平台作业时的定位系泊，使供电平台像风向标一样360°改变方向，达到作用在供电平台上的环境载荷最小，继而有利于供电平台能够承受更加恶劣的海况，增加作业时间窗口；

2.利用柔性系泊缆连接浮筒与供电平台，在供电平台上设置应急脱钩装置，可以实现高海况环境下的快速连接和解脱，单点浮筒装置与平台之间通过柔性系泊缆及应急脱钩装置实现快速连接和解脱，大幅度减少连接解脱时间及成本，增加供电平台的作业安全性以及应对极端天气的能力；

3、单点系泊浮筒通过分布式锚链系泊至海底，对外力有复原的反应，有吸收、消耗能量的性能，可以大大缓冲外力的位移反应和峰值系缆负荷，使得供电平台的作业窗口期扩大，增加经济效益。

4.为保障供电平台总体设计，将定位系泊装置与电能外输中转装置集成于一体，可极大地提高装置的使用性能和优化供电平台总体性能。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的单点系泊示意图；

图2为图1中浮筒剖视结构示意图；

图3为图1中应急脱钩装置结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述：

本发明提供了一种能够独立于供电平台之外的多功能单点系泊系统：主要功能为：(1)实现供电平台作业时的定位系泊功能；(2)实现供电平台与系泊系统快速解脱和连接功能；(3)实现供电平台内高压电能外输中转功能。

请参照图1，一种用于高压输电中转的单点系泊系统，其特征在于:包括设置有电能中转设备的浮筒1、柔性系泊缆2、水上电缆3、水下电缆4、锚链5、锚桩6、应急脱钩装置7、导缆器8、防碰撞监测设备9，柔性系泊缆2的一端连接浮筒1，另一端穿过供电平台上导缆器8后系固于供电平台上的应急脱钩装置7上；

浮筒1可在360°旋转状态下利用水上电缆3和水下电缆4传输电能；浮筒1通过多束分布式锚链5(采用的是悬链式3X3锚链)和锚桩6连接到海床上，实现系泊系统的定位，悬链式锚链5为系泊系统提供回复力；浮筒1通过柔性系泊缆2连接供电平台，供电平台端柔性系泊缆2通过导缆器8与应急脱钩装置7连接，在紧急情况下可迅速脱开系泊缆2，核电平台驶离避险；供电平台系泊作业时，为防止与浮筒1碰撞，利用防碰撞监测设备9实时监测相对位置，采用供电平台辅推系统使其始终保持在安全作业范围；

通过柔性系泊缆2连接浮筒1和供电平台实现供电平台的单点系泊，通过水上电缆3、水下电缆4、电滑环实现高压电能的中转，通过应急脱钩装置实现快速连接与解脱功能。

请参照图2，所述浮筒1包括浮筒结构、旋转接头(电能中转设备)、主轴承、转塔及附件；

所述浮筒结构包括圆柱形凸字结构的外板1-1、用于分隔外板的隔舱板1-2、位于外板底部的环形裙板1-3；所述旋转接头包括位于外板中上部的电滑环支撑结构1-4、位于电滑环支撑结构下端的电滑环1-5、位于外板上部侧边的漂浮电缆导管1-6、位于电滑环下端的固定端接线箱1-7；

所述主轴承1-8安装于外板的中下部，主轴承1-8内部设有水下电缆导管1-11，转塔安装在主轴承1-8上，转塔包括锚链盘1-9、止链器1-10，止链器1-10铰接于锚链盘1-9的边缘；

所述附件包括设置于电滑环支撑结构上端面的绞车1-12、设置于外板凸起部分上端面的栏杆1-13、设置于外板中部侧面的靠船件1-14、设置于外板凸起部分外侧面的水密门1-15及位于栏杆顶部的监视仪器1-16。

外板为浮筒1提供足够的浮力，外板内部设置的隔舱板1-17将浮筒1分割成多个内部舱室，以满足破舱稳性和设备布置要求，裙板防止其他船舶对浮筒1产生直接撞击；电滑环1-5实现系泊系统在动态运动状态下高压电能中转传输(电滑环为现有技术设备，所以对其传输电能原理没有详细描述)，电滑环支撑结构1-4将电滑环1-5安全固定在浮筒1内部，漂浮电缆导管1-6和水下电缆导管1-11分别用于固定和保护水上电缆3和水下电缆4，主轴承1-8和转塔实现浮筒1在360°范围内转动，锚链盘1-9和止链器1-10用于连接锚链，为浮筒1提供定位；附件主要为浮筒1提供维修、操作及导航监视等辅助功能。

请参照图3，应急脱钩装置7由双钩型快速脱缆钩7-1、远程释放模块7-2、电动绞盘7-3、绞盘控制箱7-4和安装基座7-5组成，所述电动绞盘7-3安装在安装基座7-5上，双钩型快速脱缆钩7-1、远程释放模块7-2及绞盘控制箱7-4安装在电动绞盘7-3的侧面上，能够实现系泊和快速脱缆功能。

所述的高压输电中转的单点系泊系统的快速连接和解脱方法包括快速连接方法和快速解脱方法，其中：

所述快速连接方法包括如下步骤：

步骤一、供电平台从远处以特定航线靠近系泊系统，到一定位置后供电平台保持悬停状态；

步骤二、释放小艇和牵引缆，工作人员驾驶小艇打捞系泊缆2，将系泊缆2与牵引缆连接；

步骤三、利用供电平台上绞车将系泊缆2回收至甲板上并通过导缆器8与应急脱钩装置7连接；

步骤四、释放牵引缆，工作人员驾驶小艇打捞水上电缆3，将水上电缆3与牵引缆连接；

步骤五、利用供电平台上绞车将水上电缆3回收至甲板上并与供电平台输电站连接；

步骤六、回收小艇，完成连接。

所述快速解脱方法包括如下步骤：

步骤一、供电平台输电站关闭输电闸门，工作人员启动解脱程序；

步骤二、将水上电缆3与供电平台输电站解脱，为水上电缆3增加防水包裹，释放水上电缆3至海面；

步骤三、松开应急脱钩装置钩爪，释放系泊缆2至海面；

步骤四、供电平台驶离，完成解脱。

所述浮筒漂浮于海面上，离供电平台一定距离，下部利用锚链和锚桩固定于海床上，浮筒内部采用转塔、主轴承和电滑环实现360°旋转，以产生风标效应，有效降低供电平台受载，供电平台及单点系泊系统在相同规格下相比于扩展式系泊系统能够承受海况的等级增加，使得供电平台的作业窗口期扩大，增加经济效益。浮筒利用柔性系泊缆与供电平台上的应急脱钩装置连接，可实现系泊系统快速连接和解脱。供电平台内高压电通过水上电缆、电滑环和水下电缆等的中转，传输至油田接入端或岛礁岸端实现供电。浮筒及核电平台上均设置防碰撞监测设备，以避免在环境条件的突然改变导致的互相碰撞。

为保证高海况下供电平台单点系泊供电作业的可靠性和稳定性，采取了以下措施：

(1)在设计高海况连接状态作业时，采用数值仿真和水池试验迭代设计，所述单点系泊系统中承力部分(如锚链、系泊缆)的破断强度安全系数和疲劳寿命按不小于相关规范要求值进行设定；电滑环、主轴承、锚链及系泊缆等关键设备的选取应以相关设计值作为参考依据；

(2)所述单点系泊系统连接供电平台在高海况下作业时，系泊缆、输电电缆与平台连接端均设置意外断开保护机制，其中系泊缆采用快速应急脱钩与平台连接，输电电缆采用快速插拔断电保护机构与平台上的供电站连接；

(3)所述单点系泊系统使用时，根据相关规范定期进行设备强度和疲劳检验并进行保养，以确保定位系泊系统的安全可靠。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种用于高压输电中转的单点系泊系统，其特征在于:包括内部设置电能中转设备的浮筒(1)、柔性系泊缆(2)、水上电缆(3)、水下电缆(4)、锚链(5)、锚桩(6)、应急脱钩装置(7)、导缆器(8)、防碰撞监测设备(9)，柔性系泊缆(2)的一端连接浮筒(1)，另一端穿过供电平台上导缆器(8)后系固于供电平台上的应急脱钩装置(7)上，连接浮筒(1)的水上部分和水上电缆(3)相连接，连接浮筒(1)的水下部分和水下电缆(4)相连接；

所述浮筒(1)包括浮筒结构、旋转接头、主轴承、转塔及附件；

所述浮筒结构包括圆柱形凸字结构的外板(1-1)、用于分隔外板的隔舱板(1-2)、位于外板底部的环形裙板(1-3)；

所述旋转接头包括位于外板中上部的电滑环支撑结构(1-4)、位于电滑环支撑结构下端的电滑环(1-5)、位于外板上部侧边的漂浮电缆导管(1-6)、位于电滑环下端的固定端接线箱(1-7)；

所述主轴承(1-8)安装于外板的中下部，主轴承(1-8)内部设有水下电缆导管(1-11)，转塔安装在主轴承(1-8)上，转塔包括锚链盘(1-9)、止链器(1-10)，止链器(1-10)铰接于锚链盘(1-9)的边缘；

所述附件包括设置于电滑环支撑结构上端面的绞车(1-12)、设置于外板凸起部分上端面的栏杆(1-13)、设置于外板中部侧面的靠船件(1-14)、设置于外板凸起部分外侧面的水密门(1-15)及位于栏杆顶部的监视仪器(1-16)；

外板为浮筒(1)提供足够的浮力，外板内部设置的隔舱板(1-17)将浮筒(1)分割成多个内部舱室，以满足破舱稳性和设备布置要求，裙板防止其他船舶对浮筒(1)产生直接撞击；电滑环(1-5)实现系泊系统在动态运动状态下高压电能中转传输，电滑环支撑结构(1-4)将电滑环(1-5)安全固定在浮筒(1)内部，漂浮电缆导管(1-6)和水下电缆导管(1-11)分别用于固定和保护水上电缆(3)和水下电缆(4)，主轴承(1-8)和转塔实现浮筒(1)在360°范围内转动，锚链盘(1-9)和止链器(1-10)用于连接锚链，为浮筒(1)提供定位；附件为浮筒(1)提供维修、操作及导航监视辅助功能；

浮筒(1)在360°旋转状态下利用水上电缆(3)和水下电缆(4)传输电能；浮筒(1)通过多束分布式锚链(5)和锚桩(6)连接到海床上，实现系泊系统的定位，悬链式锚链(5)为系泊系统提供回复力；浮筒(1)通过柔性系泊缆(2)连接供电平台，供电平台端柔性系泊缆(2)通过导缆器(8)与应急脱钩装置(7)连接，在紧急情况下可迅速脱开系泊缆(2)，核电平台驶离避险；供电平台系泊作业时，利用防碰撞监测设备(9)实时监测相对位置，采用供电平台辅推系统使其始终保持在安全作业范围。

2.根据权利要求1所述的高压输电中转的单点系泊系统，其特征在于：应急脱钩装置(7)由双钩型快速脱缆钩(7-1)、远程释放模块(7-2)、电动绞盘(7-3)、绞盘控制箱(7-4)和安装基座(7-5)组成，所述电动绞盘(7-3)安装在安装基座(7-5)上，双钩型快速脱缆钩(7-1)、远程释放模块(7-2)及绞盘控制箱(7-4)安装在电动绞盘(7-3)的侧面上。

3.根据权利要求1所述的高压输电中转的单点系泊系统的快速连接和解脱方法包括快速连接方法和快速解脱方法，其特征在于：

所述快速连接方法包括如下步骤：

步骤一、供电平台从远处以特定航线靠近系泊系统，到一定位置后供电平台保持悬停状态；

步骤二、释放小艇和牵引缆，工作人员驾驶小艇打捞系泊缆(2)，将系泊缆(2)与牵引缆连接；

步骤三、利用供电平台上绞车将系泊缆(2)回收至甲板上并通过导缆器(8)与应急脱钩装置(7)连接；

步骤四、释放牵引缆，工作人员驾驶小艇打捞水上电缆(3)，将水上电缆(3)与牵引缆连接；

步骤五、利用供电平台上绞车将水上电缆(3)回收至甲板上并与供电平台输电站连接；

步骤六、回收小艇，完成连接；

所述快速解脱方法包括如下步骤：

步骤一、供电平台输电站关闭输电闸门，工作人员启动解脱程序；

步骤二、将水上电缆(3)与供电平台输电站解脱，为水上电缆(3)增加防水包裹，释放水上电缆(3)至海面；

步骤三、松开应急脱钩装置钩爪，释放系泊缆(2)至海面；

步骤四、供电平台驶离，完成解脱。

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