CN113872172B - 用于海底电气设备的过电压保护的装置及其操作方法 - Google Patents

用于海底电气设备的过电压保护的装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

提供了用于海底电气设备的过电压保护的装置(1)及其操作方法。装置(1)包括：箱(3)，其能浸入水面水位以下；电气设备，其被容纳在箱(3)中；以及电涌放电器装置(6)，其被容纳在箱(3)中并且在箱(3)中耦接至电气设备的电源，以用于提供对电气设备的过电压保护。装置(1)还包括可控接地开关(7)，其用于响应于将接地开关(7)控制到闭合状态而将电涌放电器装置(6)连接至接地点(GP)，并且响应于将接地开关(7)控制到断开状态而断开电涌放电器装置(6)与接地点(GP)的连接。

Description

用于海底电气设备的过电压保护的装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及用于海底电气设备的过电压保护的装置及用于操作该装置的方法。
背景技术
在配电应用中，特别是海底应用，在考虑其调试和操作的情况下在非常苛刻的操作环境中使用。由于海底环境，能够在水下操作的人或船舶基本上连续地访问水下电气设备通常是不可能的。如果测试必须在真实的操作环境中并且在电气设备或与其相关的一些附加装备的大量不同的操作状态下执行，则这在电气设备的调试测试(即启动测试、工厂验收测试或资格批准测试)期间特别麻烦。
例如，在海底变压器的情况下，特别是在变压器的过电压保护的不同操作状态下，海底变压器的启动测试或工厂验收测试是属于一组测试的示例，该组测试必须在电气设备或与其相关的一些附加装备的不同操作状态下执行。为了执行该种测试，实际上有必要将具有与其相关的可能的附加装备的水下电气设备提升至水面水位以上，并且在为下次测试做了必要的配置后将它/它们放回水中。这在已经执行完整的测试过程并且设备准备好启动之前可能发生若干次。这非常耗时，特别是在深水中，其中电气设备的实际操作位置甚至可能在水面水位以下几千米处。
发明内容
本发明的目的是提供用于海底电气设备的过电压保护的新颖装置和用于操作该装置的方法。
本发明的特征在于独立权利要求的特征。
本发明基于利用电涌放电器装置和可控接地开关提供海底电气设备的过电压保护的思想，该电涌放电器装置耦接至电气设备的电源，该可控接地开关用于响应于将接地开关控制到闭合状态而将电涌放电器装置连接至接地点，并且响应于将接地开关控制到断开状态而断开电涌放电器装置与接地点的连接。
所公开的解决方案提供了在海底应用中，并且特别是在执行电气设备的测试过程(例如工厂验收测试)期间执行过电压保护的操作状态的改变的有效且简单的方式，在该测试过程期间，应当改变过电压保护的操作状态以用于执行完整的测试过程。
在从属权利要求中公开了本发明的一些实施方式。
附图说明
下面将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1示意性地示出了在过电压保护的一种操作状态下的用于海底电气设备的过电压保护的装置的截面；
图2示意性地示出了在过电压保护的另一操作状态下的图1的装置的截面；
图3示意性地示出了在过电压保护的一种操作状态下的用于海底电气设备的过电压保护的另一装置的截面；以及
图4示意性地示出了在过电压保护的另一操作状态下的图3的装置的截面。
为了清楚起见，附图以简化的方式示出了本发明的一些实施方式。在附图中，类似的附图标记表示类似的元件。
具体实施方式
图1示意性地示出了在过电压保护的一种操作状态下的用于海底电气设备的过电压保护的装置1的截面，图2示意性地示出了在过电压保护的另一操作状态下的图1的装置1的截面。
图1和图2的装置包括海底变压器2，该海底变压器2具有初级绕组2a和次级绕组2b，并且旨在将变压器2的输入上的电压(即，初级绕组2a上的电压)转换为变压器2的输出上的另一电压(即，次级绕组2b上的另一电压)。在图中所示的实施方式中，变压器2的次级绕组2b的输出引线接地，然而，这对于本文公开的解决方案不是必须的。在图2中省略了次级绕组2b。
在附图的实施方式中，变压器2提供了一种可以形成本文公开的装置的一部分的电气设备。代替变压器2，形成装置的一部分的电气设备例如可以是变频器或一些其他仪器。
该装置还包括箱3，箱3的壁或外壁一般地使用附图标记4表示。箱3的壁4由钢或一些其他适用材料制成，其允许箱3被浸没在水面水位以下，使得箱3的结构是密封的、可以接地并且足够耐压以抵抗在水面水位以下甚至几千米的普遍存在的高压。箱3的壁4限定其中可容纳变压器2的箱3的内部空间或体积。电力导体，即连接至变压器2的初级绕组2a以用于向变压器2供电的相导体A、B和C，被布置成通过相应的套管5穿过箱3的壁结构。相导体A、B或C可以通过例如电线、电缆或母线来实现。箱3的内部自由空间可以填充有电绝缘且导热的流体，例如植物油。
所公开的装置还包括电涌放电器装置6，该电涌放电器装置6容纳在箱3中并且耦接至电源，即，耦接至箱3中的变压器2的相导体A、B、C，以用于提供对变压器2的过电压保护。电涌放电器是保护装置，其可以与要被保护的电气装备并联连接，以将过电压感应电流浪涌安全地分流或转移从而绕过电气装备(本文为变压器2)，并且从而保护电气装备及其内部电路免受损坏。不同种类的电涌放电器的实现方式对于本领域技术人员通常是已知的，并且因此本文不再更详细地公开。
所公开的装置1还包括在箱3中的可控接地开关7，该可控接地开关7用于响应于将接地开关7控制到闭合状态而将电涌放电器装置6连接至接地点GP或接地电位GP，并且响应于将接地开关7控制到断开状态而断开电涌放电器装置6与接地点GP或与接地电位GP的连接。因此接地点GP在装置1中形成接地或通地的点，从而在系统中提供接地电位或通地电位。图1示出了处于断开状态的接地开关7，由此断开了电涌放电器装置6与接地点GP的连接，并且图2示出了处于闭合状态的接地开关7，由此电涌放电器装置6连接至接地点GP。在装置1的正常操作期间，电涌放电器装置6连接至接地点GP。在本文中，接地点GP布置在箱3的壁4处。
箱3中的可控接地开关7使得易于控制电涌放电器装置6的状态，即，电涌放电器装置6是否连接至接地电位。这在变压器2的启动测试或工厂验收测试或资格批准测试期间特别重要，其中，对于高压放大电流测试或交流测试，必须将接地开关控制为断开状态，而对于除了高压交流测试之外的至少一项测试(例如，变压器2的冲击测试)，必须将接地开关控制为闭合状态。
先前，为了改变电涌放电器装置6的接地的状态必须将具有变压器2和电涌放电器装置6的水下箱3提升至水面水位以上，并且其后将具有变压器2和电涌放电器装置6的箱3放回水中以用于执行完整的测试过程，或者可替选地，跳过测试的某些部分。使用本文公开的解决方案，可以通过避免来回提升和放下箱3来加速测试过程。如果旨在紧接在执行测试过程后引入所讨论的变压器2，则箱3也可以从一开始就安装在其最终海底位置。
为了在变压器2的正常操作期间对其进行保护，在测试过程后将接地开关7控制为闭合状态。此外，如果电涌放电器装置6将在某一时刻发生故障，则可以将电涌放电器装置6控制为断开状态，以用于断开电涌放电器装置6与接地点GP的连接，即，可以说将电涌放电器装置6布置为浮动，从而允许电气设备继续其操作，尽管没有主动的过电压保护。
可以通过箱3外部的控制单元8远程控制可控接地开关7的状态，由此控制单元8可以位于处于离岸或岸上的控制中心。接地开关7与控制单元8之间的控制信号线9可以通过相应的套管穿过箱3的壁结构。
在图1和图2的实施方式中，以及在随后的图3和图4的实施方式中，电涌放电器装置6包括四个电涌放电器6a、6b、6c、6d。三个电涌放电器6a、6b、6c中的每个电涌放电器耦接至变压器2的电源处的相应的相导体A、B、C。此外，这三个电涌放电器6a、6b、6c，即，连接至相导体A的第一电涌放电器6a、连接至相导体B的第二电涌放电器6b和连接至相导体C的第三电涌放电器6c，在其公共点C处以星形连接方式连接。第四电涌放电器6d又连接至公共点C，以用于通过第四电涌放电器6d并且通过布置在第四电涌放电器6d与接地点GP之间的可控接地开关7将公共点C连接至接地点GP。本文公开的电涌放电器装置6被称为尼普顿(Neptune)连接。然而，取决于所讨论的电气设备，其他电涌放电器装置也是可能的。
图3示意性地示出了在过电压保护的一种操作状态下的用于海底电气设备的过电压保护的另一装置1的截面。图4示意性地示出了在过电压保护的另一操作状态下的图3的装置1的截面。图3和图4的装置中的电气设备也是如上面所公开的海底变压器2，在图3和图4中省略了变压器2的次级绕组2b。此外，在图3和图4的装置中，变压器2的过电压保护由如上面所公开的电涌放电器装置6和可控接地开关7提供，图3示出了处于断开状态的接地开关7，并且图4示出了处于闭合状态的接地开关7。在图1和图2的实施方式中，可控接地开关7在箱3内部，而在图3和图4的实施方式中，可控接地开关7在箱3外部。
在图3和图4的实施方式中，接地点GP和可控接地开关7一样布置在箱3外部。图3和图4的装置1包括布置在箱3外部并附接至箱3的壁4的腔室10。腔室10也优选地由钢制成，由此腔室10可以焊接至箱3的壁4以提供可以接地的密封且耐压的结构。接地开关7布置在腔室10内部。如上面所公开的，通过控制单元8控制接地开关7的操作。
接地开关7连接至电涌放电器装置6，并且更确切地说，通过接地导体11连接至第四电涌放电器6d，该接地导体11例如可以由电线、电缆或母线来实现。接地导体11被布置成通过相应的套管12穿过在腔室10处的箱3的壁结构。
图3和图4的装置1还包括布置在腔室10处的箱3的壁4处的压敏阀13。压敏阀13是用于提供箱3的内部与腔室10的内部之间的可闭连接的关闭装置(closing means)的一个实施方式。腔室10可以包括可开启机件(aggregate)14，该机件具有这样的实现方式，通过该实现方式，腔室10的内部可以被真空处理和/或填充有绝缘流体，但是仍然提供双重屏障，以封闭腔室10以在未浸入水中时防止外部空气进入并且在浸入水中时防止水进入。
当箱3以及其中的电气设备和电涌放电器装置开始浸入水中时，可以打开压敏阀13或代替该压敏阀13的一些其他关闭装置，由此接地导体11的套管12或被布置成提供接地导体11穿过箱3的壁4的一些其他装置不需要承受由浸没产生的高压。当压敏阀13用作关闭装置时，该关闭装置将响应于阀上的压力差超过限定或设定的压力而自动打开，该压力差应当高于在测试过程期间在套管12上发生的压力差，但小于套管12上的最大允许压力差。
在上面公开的示例中，海底变压器2是所关注的电气设备，但是如上面已经简要提及的，本文公开的解决方案也可以用于代替海底变压器2的变频器或一些其他合适的仪器的应用中。
对于本领域技术人员将明显的是，随着技术进步，可以以各种方式实现本发明概念。本发明及其实施方式不限于上面所描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。
本发明还可以通过以下实施方式实现。
1.一种用于海底电气设备的过电压保护的装置(1)，所述装置(1)包括：
箱(3)，其能浸入水面水位以下，
电气设备，其被容纳在所述箱(3)中，以及
电涌放电器装置(6)，其被容纳在所述箱(3)中并且所述箱(3)中耦接至所述电气设备的电源，以用于提供对所述电气设备的所述过电压保护，以及
可控接地开关(7)，其用于响应于将所述接地开关(7)控制到闭合状态而将所述电涌放电器装置(6)连接至接地点(GP)，并且响应于将所述接地开关(7)控制到断开状态而断开所述电涌放电器装置(6)与所述接地点(GP)的连接。
2.根据实施方式1所述的装置，其特征在于，
所述接地开关(7)被容纳在所述箱(3)中。
3.根据实施方式1所述的装置，其特征在于，
所述接地开关(7)布置在所述箱(3)的外部，并且被容纳在附接至所述箱(3)的壁(4)的在所述箱(3)的外部的腔室(10)中。
4.根据实施方式3所述的装置，其特征在于，
所述装置(1)包括布置在所述电涌放电器装置(6)与所述接地开关(7)之间的接地导体(11)，所述接地导体(11)被布置成穿过所述腔室(10)处的所述箱(3)的壁(4)。
5.根据实施方式3或4所述的装置，其特征在于，
所述装置(1)包括在所述腔室(10)的内部与所述箱(3)的内部之间的穿过所述腔室(10)处的所述箱(3)的壁(4)的可闭连接，以提供所述腔室(10)的内部与所述箱(3)的内部之间的连接。
6.根据实施方式5所述的装置，其特征在于，
所述装置(1)包括布置在所述腔室(10)处的所述箱(3)的壁(4)处的压敏阀(13)，以提供所述腔室(10)的内部与所述箱(3)的内部之间的所述可闭连接。
7.根据前述实施方式中任一项所述的装置，其特征在于，
所述电涌放电器装置(6)包括四个电涌放电器(6a、6b、6c、6d)，所述四个电涌放电器(6a、6b、6c、6d)中的三个电涌放电器(6a、6b、6c)各自耦接至在所述电气设备的所述电源处的相应的相导体(A、B、C)，并且在所述三个电涌放电器(6a、6b、6c)的公共点(C)处以星形连接方式连接，第四电涌放电器(6d)连接至所述公共点(C)，以用于通过所述第四电涌放电器(6d)和布置在所述第四电涌放电器(6d)与所述接地点(GP)之间的所述可控接地开关(7)将所述公共点(C)连接至所述接地点(GP)。
8.根据前述实施方式中任一项所述的装置，其特征在于，
所述电气设备是海底变压器(2)。
9.根据前述实施方式中任一项所述的装置，其特征在于，
所述装置包括控制单元(8)，所述控制单元(8)在所述箱(3)的外部并且被配置成远程控制所述可控接地开关(7)的状态。
10.一种用于操作根据实施方式1至9中任一项所述的装置的方法，其中，所述可控接地开关(7)被远程控制，以通过将所述接地开关(7)控制到所述闭合状态来将所述电涌放电器装置(6)连接至所述接地点(GP)，并且通过将所述接地开关(7)控制到所述断开状态来断开所述电涌放电器装置(6)与所述接地点(GP)的连接。
11.根据实施方式10所述的方法，其特征在于，所述电气设备是海底变压器(2)，并且将所述接地开关(7)控制到所述断开状态来进行所述变压器(2)的高压交流测试。
12.根据实施方式10或11所述的方法，其特征在于，所述电气设备是海底变压器(2)，并且将所述接地开关(7)控制到所述闭合状态来进行除所述变压器(2)的高压交流测试之外的至少一项测试的测试。
13.根据实施方式10至12中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电气设备的操作期间将所述接地开关(7)控制到所述闭合状态，以保护所述电气设备免于过电压。

Claims (9)

1.一种用于海底电气设备的过电压保护的装置，所述装置包括：
箱，其能浸入水面水位以下，
电气设备，其被容纳在所述箱中，
电涌放电器装置，其被容纳在所述箱中并且在所述箱中耦接至所述电气设备的电源，以用于提供对所述电气设备的所述过电压保护，
可控接地开关，其用于响应于将所述可控接地开关控制到闭合状态而将所述电涌放电器装置连接至接地点，并且响应于将所述可控接地开关控制到断开状态而断开所述电涌放电器装置与所述接地点的连接，所述可控接地开关被布置在所述箱的外部，并且被容纳在附接至所述箱的壁的在所述箱的外部的腔室中，
布置在所述电涌放电器装置与所述可控接地开关之间的接地导体，所述接地导体被布置成穿过所述腔室处的所述箱的壁，以及
在所述腔室的内部与所述箱的内部之间的穿过所述腔室处的所述箱的壁的可闭连接，以提供所述腔室的内部与所述箱的内部之间的连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述装置包括布置在所述腔室处的所述箱的壁处的压敏阀，以提供所述腔室的内部与所述箱的内部之间的所述可闭连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述电涌放电器装置包括四个电涌放电器，所述四个电涌放电器中的三个电涌放电器各自耦接至在所述电气设备的所述电源处的相应的相导体，并且在所述三个电涌放电器的公共点处以星形连接方式连接，第四电涌放电器连接至所述公共点，以用于通过所述第四电涌放电器和布置在所述第四电涌放电器与所述接地点之间的所述可控接地开关将所述公共点连接至所述接地点。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述电气设备是海底变压器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述装置包括控制单元，所述控制单元在所述箱的外部并且被配置成远程控制所述可控接地开关的状态。
6.一种用于操作根据权利要求1所述的装置的方法，其中，所述可控接地开关被远程控制，以通过将所述可控接地开关控制到所述闭合状态来将所述电涌放电器装置连接至所述接地点，并且通过将所述可控接地开关控制到所述断开状态来断开所述电涌放电器装置与所述接地点的连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电气设备是海底变压器，并且将所述可控接地开关控制到所述断开状态来进行所述变压器的高压交流测试。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电气设备是海底变压器，并且将所述可控接地开关控制到所述闭合状态来进行除所述变压器的高压交流测试之外的至少一项测试的测试。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述电气设备的操作期间将所述可控接地开关控制到所述闭合状态，以保护所述电气设备免于过电压。
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