CN114008880A - 安装传输电缆装置的方法 - Google Patents

Abstract

安装传输电缆装置的方法。本发明描述了一种安装海上风力涡轮机（2）的传输电缆装置（4）的方法，所述方法包括设置电缆保护组件（1）的步骤，其中，设置所述电缆保护组件（1）包括以下步骤：在海洋基础（3）处安装外部保护管（PP0），所述外部保护管（PP0）被实现为从电缆悬挂装置（33）延伸到海床（B）；以及穿过所述外部保护管（PP0）铺设内部保护管（PP1），以从所述电缆悬挂装置（33）延伸到另一目的地；并且其中，安装传输电缆装置（4）的所述方法还包括将所述传输电缆装置（4）朝向所述另一目的地（5）装入到所述内部保护管（PP1）中的步骤。本发明还描述了一种电缆保护组件（1）和一种风力涡轮机组件。

Description

安装传输电缆装置的方法

背景技术

风力涡轮机所产生的电力通过传输电缆装置输出，该传输电缆装置包括从风力涡轮发电机悬挂下来穿过塔架并且随后到达外部的若干电力电缆。例如，在海上风力涡轮机的情况下，海底电缆将风力涡轮机连接到海上阵列中的另一个风力涡轮机或者连接到变电站。在这样的端点之间，海底电缆通常被铺设在海床上或者埋在海床下方的某一深度处。必须保护海底电缆免受损伤，例如免受渔船或类似物损伤。为了保护其内部中的电力电缆和通信电缆，海底电缆通常是铠装的，例如通过在电缆本体的一层中嵌入钢丝绞线，并且可包括若干嵌套的保护层。这种类型的电缆制造成本高，使得海底电缆通常非常昂贵。

对于每个海上风力涡轮机，都需要使海底电缆从风力涡轮机的支撑结构的上部水平延伸到海床。电缆悬挂装置（hang-off）通常设置在支撑结构的上部水平处，以确保海底电缆的竖直部分不经受任何拉力。在一些已知的布置结构中，竖直的钢“J形管”可被附接到支撑结构的外部并且用于保护海底电缆的竖直部段免受损伤。在该J形管的基部处，海底电缆被引导到海床上或海床中。然而，海上风力涡轮机的一个已知问题是可能从支撑结构的脚部冲刷海床，并且随后，沉重的海底电缆不再从下方得到支撑。可能会引起海底电缆的损伤，从而导致昂贵的修理程序。

已知各种类型的支撑结构，例如导管架基础、三脚架基础等。另一类型的基础是单桩基础，其通过如下方式来准备，即：将单桩打入到海床中，并且随后，将过渡件安装到该单桩的暴露的上端上。该过渡件的上部水平高于海平面。风力涡轮机塔架被安装到该过渡件的上部水平，该过渡件可包括平台，以允许维修技术人员接近风力涡轮机塔架的基部。如上所述，J形管可被附接到该单桩的外部，并且电力电缆可通过该J形管被引导到海床的水平。

在替代方法中，电力电缆从风力涡轮机塔架向下延伸到过渡件的内部中，并且通过过渡件的基部处的孔到达海床。在这样的方法中不需要J形管。然而，海底电缆的安装变得更加困难，这是因为必须将海底电缆的端部引入通过相对小的孔并向上进入到过渡件中至电缆悬挂装置的水平。这通常使用电缆吊线完成，以将海底电缆拉入穿过该孔，并且使用远程操作的水下航行器（ROV）来推海底电缆，使用ROV的摄像机来监测该程序。然而，基础的基部处的能见度可能非常差，使得安装程序可能漫长且昂贵，并且由于能见度差而可能导致对海底电缆的损伤。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种保护海上风力涡轮机的传输电缆的改进方式。

该目的通过权利要求1的安装海上风力涡轮机的传输电缆装置的方法；通过权利要求7的电缆保护组件；以及通过权利要求13的风力涡轮机组件来实现。

根据本发明，安装海上风力涡轮机的传输电缆装置的方法包括设置电缆保护组件并且随后将传输电缆装置装入到该电缆保护组件中的步骤。设置该电缆保护组件包括在海洋基础处安装外部保护管的步骤，该外部保护管被实现为从风力涡轮机电缆悬挂装置（在海洋基础的上部水平处）延伸到靠近海洋基础的基部的海床上的一点。本发明的方法包括以下后续步骤：穿过外部保护管铺设内部保护管，以从第一端点（例如，在电缆悬挂装置处）延伸到更远的第二端点，例如在海上阵列中的相邻风力涡轮机处、变电站处等。在安装电缆保护组件之后，传输电缆装置被装入到内部保护管中，以在第一端点和第二端点之间延伸。

本发明的电缆保护组件的一个优点在于它是一种保护传输电缆装置的经济方式。它可以是两个嵌套的中空管的简单布置结构。发明人已意识到，与仅使用单个中空管来容纳传输电缆装置时可能的保护相比，这种“管中管”布置结构为传输电缆装置提供了更高程度的保护。此外，该管中管式电缆保护组件使得可以避免在安装期间损伤传输电缆装置，如将在下面解释的。

一旦海洋基础准备就绪，即在风力涡轮机被安装在该基础上之前，该电缆保护组件就可被安置到位。通常，传输电缆装置将在风力涡轮机已被竖立之后被安装，即送入到内部保护管中，这是因为传输电缆将被连接到风力涡轮机的功率转换器。

根据本发明，用于海上风力涡轮机的传输电缆装置的电缆保护组件包括：外部保护管，其从海洋基础的电缆悬挂装置悬挂并且延伸到海床；以及内部保护管，其在该海上风力涡轮机与另一目的地之间延伸，该内部保护管从该电缆悬挂装置悬挂并且穿过外部保护管延伸到海床。

根据本发明，该风力涡轮机组件包括安装在海洋基础上的海上风力涡轮机，并且还包括本发明的电缆保护系统的实施例。

本发明的特别有利的实施例和特征通过从属权利要求给出，如在以下描述中披露的。视情况可结合不同权利要求类别的特征，以给出本文未描述的另外的实施例。

海上风力涡轮机的海洋基础可以是单桩基础、三脚架基础、导管架结构等。在下文中，在不以任何方式限制本发明的情况下，可假定该基础是引言中描述的类型的单桩基础，该单桩基础在过渡件的基部处具有孔。

在本发明的方法中，安装外部保护管的步骤优选地包括引导空的外部保护管穿过单桩的基部处的孔的步骤。优选地，该程序通过设置在过渡件的内部中的电缆悬挂装置的水平处的预先安装的电缆吊线和绞盘组件来促进。该电缆吊线可使用ROV来容易地安装，这是因为即使在基础的基部处的能见度差，引导细的电缆吊线穿过相对大的孔也不困难。电缆吊线的“内部”端在电缆悬挂装置水平处被固定到绞盘组件，而电缆吊线的“外部”端被暂时固定到单桩基础的外部，例如固定到过渡件的工作平台。

如技术人员将知道的，外部保护管可由安装船供应。电缆吊线的“外部”端可被收回并附接到外部保护管的自由端，该外部保护管可在卷筒上供应。可通过滚轮组件帮助退绕外部保护管，该滚轮组件用于从安装船“推”该管。同时，该电缆吊线被绕回到绞盘上。这种推拉动作可确保快速完成外部保护管的安装。ROV可用于帮助引导外部保护管的端部穿过所述孔。当该程序完成时，外部保护管的一端被固定在电缆悬挂装置水平处，并且外部保护管的另一端被暂时固定到过渡件的工作平台。

在下文中，在不以任何方式限制本发明的情况下，可假定外部保护管包括HDPE管，即由高密度聚乙烯制成的中空管。HDPE因其柔韧性和渗透性以及其承受压力的能力而受到青睐。外部保护管的壁厚度可在4 cm - 10 cm的范围内。这样的HDPE管的弯曲半径可为至少电缆的最小弯曲半径，例如2.4米。这样的外部保护管有效地保护电缆装置免受恶劣的海上环境的影响，尤其是在支撑结构和海床之间的关键区域中。

在后续步骤中，内部保护管被推入到外部保护管中。同样，该内部保护管可由安装船供应。该内部保护管也可由HDPE制成。

外部保护管的自由端被收回并带到安装船，并且内部保护管的一端被插入到外部保护管中。优选地，外部保护管的内径超过内部保护管的外径至少20%。内部保护管可在卷筒上供应，并且如上所述可通过滚轮组件帮助退绕内部保护管，该滚轮组件用于从安装船“推”该管。一旦内部保护管的自由端出现在过渡件的内部中的电缆悬挂装置的水平处，它就能够以某种适当的方式来固定。然后，安装船可继续在目的地的方向上移动，即在第二端点的方向上移动。允许外部保护管的自由端与内部保护管一起落到海床。可在此时或在稍后的阶段进行将内部保护管埋入海床之下的可选步骤。当该程序完成时，内部保护管从过渡件内的第一端点延伸到目的地处的第二端点。这些步骤全都可在风力涡轮机安装在单桩基础上之前完成。

在后续步骤中，传输电缆装置被推入到内部保护管中。同样，该传输电缆装置可由安装船供应。例如，传输电缆装置可包括成束的若干电力电缆。数据通信电缆也可以是传输电缆装置的一部分。传输电缆装置的自由端在电缆悬挂装置的水平处被插入到内部保护管中。例如，如果第一和第二端点之间的距离非常长，则传输电缆装置可被水喷射到内部保护管中。

优选地，内部保护管的内径超过传输电缆装置的外径一定量，例如20%，以在传输电缆装置与内部管之间留出一些空间。内部保护管的壁厚度可在1 cm - 2.5 cm的范围内。由于在传输电缆被装入到内部保护管中之前已经安装电缆保护装置，因此传输电缆在单桩基础的孔的边缘处受到保护以免受损伤。此外，将传输电缆装置推入到中空的内部保护管中是相对简单的，使得传输电缆装置的安装可有利地是快速的，并且因此也是经济的。

由于传输电缆装置受到管中管式电缆保护组件的保护，因此不需要铠装这些元件中的任何元件。诸如HDPE的材料是经济的，使得与由现有技术已知的常规的铠装海底电缆相比，所述电缆保护系统的每米成本有利地低。如果期望一定量的铠装，则外部保护管和/或内部保护管可被制造成包括嵌入式铠装。例如，钢带或钢丝可在挤出过程期间被嵌入HDPE管中。

在本发明的一个优选实施例中，水可被填充到传输电缆装置与内部保护管之间的空间中。传输电缆装置周围的水可有效地冷却传输电缆，并且还可为传输电缆装置提供附加的保护，因为水是不可压缩的。

附图说明

通过结合附图考虑的以下详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，要理解的是，附图仅为说明的目的而设计，并非作为本发明的限制的限定。

图1示出了用于海上风力涡轮机的海洋基础；

图2-5示出了安装用于风力涡轮机传输电缆装置的电缆保护组件的本发明的方法中的各阶段；

图6示出了本发明的电缆保护组件的一个实施例的剖面图；

图7示出了本发明的电缆保护组件的另一实施例的剖面图；

图8示出了本发明的电缆保护组件的另一实施例的剖面图；

图9示出了海上风力涡轮机阵列的一部分。

在附图中，相同的附图标记自始至终表示相同的物件。附图中的物件不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了用于海上风力涡轮机的海洋基础3。在该示例性实施例中，海洋基础3是单桩基础，其包括部分地被打入到海床B中的单桩30和安装在基础30上的中空竖直过渡件31。风力涡轮机塔架20将被安装到过渡件31。风力涡轮机2的传输电缆4或电力输出电缆4将受到电缆保护组件1的保护，该电缆保护组件1从处于过渡件31的内部中的电缆悬挂装置33悬挂并且向下朝向单桩30延伸，从而通过孔32离开过渡件31以到达海床B。本发明的电缆保护组件1的安装可在风力涡轮机的安装之前完成，并且塔架20这里仅出于说明的目的而被示出。

图2示出了用于风力涡轮机传输电缆装置的电缆保护组件的安装中的第一阶段。该图示出了连接到过渡件31内的绞盘60的电缆吊线6。电缆吊线6的另一个“外部”端已通过基础3的基部处的孔32被带出并且向上回到上部水平，例如回到工作平台34的水平，在那里它被暂时固定。为了以这种方式铺设电缆吊线6，可使用远程操作的水下航行器（ROV）。例如，如技术人员将知道的，该ROV可从诸如安装船的主船控制。

图3示出了电缆保护组件的安装中的后续阶段。这里，正在安装外部保护性HDPE管PP0。电缆吊线6的“外部”端已被收回并带到安装船7的甲板。安装船7承载装载有外部保护性HDPE管PP0的卷筒70。电缆吊线6被固定到HDPE管PP0的一端。为了将HDPE管PP0引导到过渡件31中，操作绞盘60以收回电缆吊线6，并且同时，安装船7上的一组滚轮71可用于将所需长度的HDPE管“推”离安装船7。例如，外部保护性HDPE管PP0的长度可以是过渡件31的高度的大约两倍。在安装过程中的这个阶段之后，外部保护性HDPE管PP0的“外部”端被暂时固定在单桩基础3的工作平台34处，以为下一阶段做好准备。

图4示出了电缆保护组件的安装中的下一阶段。外部保护性HDPE管PP0的“外部”端已被带到安装船7，该安装船7承载装载有内部保护性HDPE管PP1的卷筒70。该内部保护性HDPE管PP1的一端被推入到外部保护性HDPE管PP0中，直到它到达过渡件31的内部中的电缆悬挂装置33的水平。然后，安装船7可继续移开，并且现在装载有一部分内部保护性HDPE管PP1的外部保护性HDPE管PP0被允许下降到海床B的水平。随着安装船7移开，它继续放出内部保护性HDPE管PP1。内部保护性HDPE管PP1可被空气喷射、水喷射或犁入到海床B中，或者可被允许搁置在海床B上。电缆保护组件1现在完成并且可接收传输电缆装置。

图5示出了后续阶段。这里，安装船7装载有传输电缆装置4。该传输电缆装置4可被设置为例如包封在外部护套中的电缆束，并且可包括用于从风力涡轮机传输电力的电力电缆、用于在电场控制器和风力涡轮机之间交换数据的通信电缆等。传输电缆装置4在电缆悬挂装置33的水平处开始被送入到内部保护性HDPE管PP1中。因为已经安装电缆保护组件1，所以传输电缆装置4从一开始就受到保护。特别地，通过管中管组件PP0、PP1防止了在穿过孔32到海床B的关键通路处对传输电缆装置4的损伤。

如技术人员将知道的，可使用类似于在光纤电缆安装中使用的设备的水喷射设备将传输电缆装置4送入到内部保护性HDPE管PP1中。这可通过安装船7上的滚轮系统71来增强，以将传输电缆装置4送入或推入到内部保护性HDPE管PP1中，直到传输电缆装置4的前端已到达其目的地（例如，邻近的风力涡轮机基础、变电站等）。

在一个示例性实施例中，如图6中所示，外部保护管PP0由HDPE制成，并且具有测量为36 cm的外径D0A和测量为27 cm的内径D0B；内部保护管PP1也由HDPE制成，并且具有测量为22 cm的外径D1A和测量为20 cm的内径D1B。三芯传输电缆装置4可具有接近16 cm的直径。因此，在该示例中为2.4 m或更大的电缆保护组件1的这种实施例的弯曲半径大于传输电缆的最小弯曲半径，并且确保了传输电缆装置4无法弯曲到该有利的大弯曲半径内。

内部保护管PP1和传输电缆装置4之间的空间填充有水W，使得传输电缆装置4被水冷。图7示出了本发明的电缆保护组件1的示例性剖面图，其示出了外部保护管PP0、内部保护管PP1以及内部中的传输电缆装置4，其中水填充内部保护管PP1和传输电缆装置4之间的空间。

内部保护管PP1和外部保护管PP1可简单地包括HDPE而没有任何附加的材料，即内部保护管PP1和外部保护管PP0可以是无铠装的。HDPE材料的固有强度和合适的壁厚度可足以为传输电缆装置4提供足够的保护。在替代实施例中，保护管PP0、PP1中的一者或两者可结合附加的加强元件。图8示出了铠装的外部保护性HDPE管的剖面图。该图示出了嵌入管壁中的钢丝11。这些可在HDPE挤出过程期间嵌入。例如，在铠装的外部保护性HDPE管PP0的情况下，可能不再需要将电缆组件埋在海床下。

图9示出了海上阵列中的两个风力涡轮机2。传输电缆装置在该阵列中的相邻风力涡轮机2之间延伸，并且还延伸到海上或陆上变电站（未示出）。每个传输电缆装置在其整个长度上都受到本发明的电缆保护组件1的实施例的保护。特别是在过渡件的孔处的关键通路处，电缆保护组件1确保了当从基础3的基部冲刷海床时传输电缆装置不会受到损伤。

尽管已采用优选实施例及其上的变型的形式公开了本发明，但将理解的是，对其能够作出许多附加的修改和变型，而不脱离本发明的范围。例如，电缆保护组件可用于需要将电信电缆或电力电缆布置在水下的任何应用中，并且不限于对风力涡轮机传输电缆装置的保护。例如，本发明的电缆保护组件可用于其他海上设施，例如石油钻井平台和天然气钻井平台，或者用于需要海床处的水下接口的任何设施。

为清楚起见，要理解的是，贯穿本申请对“一”、“一个”或“一种”的使用并不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。

Claims (15)

1. 一种安装海上风力涡轮机（2）的传输电缆装置（4）的方法，包括设置电缆保护组件（1）的步骤，其中，设置所述电缆保护组件（1）包括以下步骤：

- 在海洋基础（3）处安装外部保护管（PP0），所述外部保护管（PP0）被实现为从电缆悬挂装置（33）延伸到海床（B）；以及

- 穿过所述外部保护管（PP0）铺设内部保护管（PP1），以从所述电缆悬挂装置（33）延伸到另一目的地；

并且其中，安装传输电缆装置（4）的所述方法还包括将所述传输电缆装置（4）朝向所述另一目的地（5）装入到所述内部保护管（PP1）中的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述海洋基础（3）为单桩基础，并且安装所述外部保护管（PP0）的步骤包括引导所述外部保护管（PP0）穿过所述单桩基础（3）的基部处的孔（32）的步骤。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，安装所述外部保护管（PP0）的步骤通过设置在所述电缆悬挂装置（33）处的电缆吊线（6）和绞盘组件（60）来促进。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，安装所述内部保护管（PP1）的步骤包括将所述内部保护管（PP1）从安装船（7）推入到所述外部保护管（PP0）中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，安装所述传输电缆装置（4）的步骤包括将所述传输电缆装置（4）在所述电缆悬挂装置（33）处推入到所述内部保护管（PP1）中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤，即：将水（W）填充到所述传输电缆装置（4）与所述内部保护管（PP1）之间的空间中。

7. 一种用于海上风力涡轮机（2）的传输电缆装置（4）的电缆保护组件（1），包括：

- 外部保护管（PP0），其从海洋基础（3）的电缆悬挂装置（33）悬挂并且延伸到海床（B）；以及

- 内部保护管（PP1），其在所述海上风力涡轮机（2）和另一目的地（5）之间延伸，所述内部保护管（PP1）从所述电缆悬挂装置（33）悬挂并且穿过所述外部保护管（PP0）延伸到所述海床（B）。

8.根据权利要求7所述的电缆保护组件，其中，所述外部保护管（PP0）包括HDPE管。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的电缆保护组件，其中，所述内部保护管（PP1）包括HDPE管。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的电缆保护组件，其中，所述外部保护管（PP0）的尺寸被选择成实现超过所述传输电缆装置（4）的最小弯曲半径的弯曲半径。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的电缆保护组件，其中，保护管（PP0、PP1）包括嵌入式铠装（11）。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的电缆保护组件，包括将水（W）填充到所述传输电缆装置（4）与所述内部保护管（PP1）之间的空间中的装置。

13.一种风力涡轮机组件，包括安装在海洋基础（3）上的海上风力涡轮机（2）、用于输出电力的传输电缆装置（4），并且还包括根据权利要求7至12中任一项所述的电缆保护系统（1），以保护所述传输电缆装置（4）。

14.根据权利要求13所述的风力涡轮机组件，其中，所述海洋基础（3）是单桩基础（3），所述单桩基础（3）包括安装在单桩（30）上的竖直中空过渡件（31），并且包括靠近海床（B）的孔（32）。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的风力涡轮机组件，其中，外部保护管（PP0）从所述过渡件（31）的内部中的电缆悬挂装置（33）穿过所述孔（32）延伸到所述海床（B）。

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