CN209071964U - 电能传输装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于将设置在水域(1)中发电设备(3)的电能向水域岸边(15)传输的装置(2)。所述装置包括从发电设备(3)延伸到电气设备(9)的第一电导体(7)，以及从电气设备(9)延伸到水域岸边(15)的第二电导体(13)。所述电气设备(9)装入至少一个设置在水底(11)的外壳(20、21、22、23、24)内。所述装置有用于将所述至少一个外壳(20、21、22、23、24)浮升到水面(27)的浮升机构(506、508、603、605)。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于将设置在水域中发电设备(离岸发电设备) 的电能向水域岸边传输的装置。
背景技术
这种设置在水域中的发电设备可例如是产生形式上为交流电压/交流电流的电能的风力发电设备，或是产生形式上为直流电压/直流电流的电能的太阳能发电站。为了传输电能经常需要一种电气设备，它们可例如有开关装置、变压器和/或变换器。在要传输大电流或高电压的情况下这种电气设备尺寸很大而且很重。因此，为了能将这种电气设备安装在发电设备中往往需要一个适用的平台，它安置在发电设备旁或附近的水面上方。建造这种平台既麻烦又昂贵。
实用新型内容
本实用新型的目的是，提供一种上述类型的装置，它可以廉价地实现并能经济地维护。
为达到此目的，本实用新型提供一种用于将设置在水域中发电设备的电能向水域岸边传输的装置，其
-包括从发电设备延伸到电气设备的第一电导体，以及包括从电气设备延伸到水域岸边的第二电导体，(以便将电能从发电设备向水域岸边传输，)
-其中，电气设备装入至少一个设置在水底的外壳内，以及
-其中，所述装置有用于将所述至少一个外壳浮升到水面的浮升机构，
其特点在于，
-包含电气设备的外壳比其排水量轻，外壳借助夹具固定在水底，以及浮升机构有用于在松开夹具后允许外壳有控制地向水面上升的绳索；或
-包含电气设备的外壳比其排水量重，以及浮升机构有用于将流体，尤其是气体，引入外壳内的器具。
这种装置的优点在于，将所述至少一个外壳设置在水底。因此不需要成本很昂贵的、用于在发电设备附近安置电气设备的平台或类似结构。此外有利的是，此装置有用于将所述至少一个外壳浮升到水面的浮升机构。由此尤其便于维护(该维护也可以包括修理)电气设备，因为为了维护，所述至少一个外壳可以借助浮升机构浮升到水面。浮升机构是一种允许外壳浮升(亦即使外壳上升到水面)的设施。在这里浮升机构能够控制外壳的浮升。所述浮升机构也可以称为浮升设备或浮升实现设备。
所述装置通过设计为，
-包含电气设备的外壳比其排水量轻，外壳借助夹具固定在水底，以及浮升机构有用于在松开夹具后允许外壳有控制地向水面上升的绳索；或
-包含电气设备的外壳比其排水量重，以及浮升机构有用于将流体，尤其气体，引入外壳内的器具。由此提供了装置的两种有利的方案，借助这两种方案，无论包括其内容物在内的外壳轻于其排水量(亦即原本可在水域上漂浮的外壳)，还是包括其内容物在内的外壳重于其排水量(亦即原本在水域内可沉降到水底的外壳)，均能被置于有控制地浮升。
所述装置可以设计为，
-外壳包括一种电绝缘介质，该电绝缘介质使得电气设备至少部分电绝缘。
在这里，所述电绝缘介质可以设计为电绝缘气体或电绝缘液体。借助这种电绝缘介质，电气设备整个或部分能可靠地电绝缘。电绝缘气体可例如是空气、氮气或六氟化硫SF6，电绝缘液体可例如是矿物油、酯基液体或硅油。但作为替代，在外壳内的电气设备也可以借助固体绝缘物电绝缘，尤其可以将电气设备的部件浇注在浇铸树脂内。
所述装置也可以设计为，
-所述电气设备有变流器。它可以是将交流电转换成直流电的变流器 (整流器)，将直流电转换成交流电的变流器(逆变器)，或将交流电转换成交流电的变流器(变频器)。
所述装置也可以设计为，
-所述电气设备有将交流电转换成直流电的整流器，
-所述电气设备有变压器，
-所述电气设备有气体绝缘开关，
-所述电气设备有电滤波器，尤其有平滑滤波扼流圈和/或平滑滤波电容器，和/或
-所述电气设备有控制器，用于控制变流器、整流器、变压器、气体绝缘开关和/或滤波器。
所述装置还可以设计为，
-所述第一电导体和/或第二电导体(分别)是电缆。根据发电设备和电气设备的类型，第一电导体和第二电导体分别设计用于传输直流电或交流电。
所述装置可以设计为，
-所述发电设备是风力发电设备或太阳能发电设备。
附图说明
下面借助实施例详细说明本实用新型。其中：
图1表示带有电气设备的风力发电设备的实施例；
图2、3和4分别表示包含电气设备的外壳实施例；
图5表示带有浮升机构的外壳的一种实施例；以及
图6表示带有浮升机构的外壳的另一种实施例。
具体实施方式
图1表示一种实施例，包括设置在水域1中用于传输电能的装置2以及包括发电设备3。这种发电设备也称为离岸发电设备。在本实施例中发电设备涉及一种风力发电设备3。所述水域1涉及海洋，例如北冰洋。形式上为第一电缆7的第一电导体7从发电设备3的发电机5延伸到设置在水域1底部11的电气设备9。形式上为第二电缆13的第二电导体13从电气设备9 延伸到水域的岸边15。第二电导体13延伸到在水域1之外设置在陆地(岸上)上的另一个电气设备17。所述另一个电气设备17例如可涉及与输电网连接的高电压直流传输站或变流器。
在图1所示的实施例中，电气设备9的部件装入五个外壳20-24内，它们分别设置在水域1的底部11。第一个外壳20包容气体绝缘开关(GIS)，第二个外壳21包容变压器，第三个外壳22包容整流器(AC-DC-变流器)，第四个外壳23包容气体绝缘开关，以及第五个外壳24包容用于控制气体绝缘开关、变压器和/或整流器的控制器。在图中用虚线表示信号线，它从安装在外壳24内的控制器延伸到外壳20-23。外壳20、21、22和23借助电导体连接，它们在图中(如第一电导体7与第二电导体13那样)用实线表示。
也就是说，在图1所示的实施例中将电气设备9分配在多个(在这里是五个)外壳20至24中。在另一些实施例中，电气设备9当然也可以分配在数量不同的外壳内；也可以将全部电气设备9装入唯一的一个外壳内。因此电气设备9的部件或逐个安装在外壳内，或分组安装在外壳内，或全部安装在一个外壳内。
由图1能清楚看出，电气设备9设置在水域1水面27的下方。电气设备9处于水域1水面27下方很深的地方。这种深度至少为25m。由此保证电气设备不会在涌波时或被波浪破坏，并确保不阻碍或仅微小地打扰在水域 1上的航行。
图2表示外壳201的一种实施例，另一个电气设备203装入外壳201中。所述另一个电气设备203包括变压器205、整流器207(AC-DC-变流器)、电滤波器209和控制器211。控制器211控制变压器205、整流器207和/或电滤波器209。控制器211还对电气设备203提供保护功能(protection)。在本实施例中电滤波器209包括平滑滤波扼流圈213和/或平滑滤波电容器 215。变压器205与交流电压接头217电连接；电滤波器209与直流电压接头220电连接。电气设备203将供给交流电压接头217的交流电变换为直流电；在直流电压接头220输出直流电。为了电气设备203的绝缘，外壳201 内有电绝缘介质，它在本实施例中是电绝缘气体222(例如氮气)。包含电气设备203的外壳201也可以称为“Powerbox(电源箱)”。
图3表示外壳301的另一种实施例，另一个电气设备303装入外壳301 中。电气设备303包括用于交流电压的气体绝缘开关305(AC GIS)、变压器307、整流器309(AC-DC-变流器)、滤波器311、用于直流电压的气体绝缘开关313(DC GIS)和控制器314。滤波器311包括平滑滤波电容器315 和/或平滑滤波扼流圈317。
控制器314控制气体绝缘开关305和313、变压器307、整流器309和/ 或滤波器311。气体绝缘开关305与交流电压接头320电连接，气体绝缘开关313与直流电压接头322电连接。安装在外壳301内的电气设备303将(供给交流电压接头320的)交流电变换为直流电，在直流电压接头322输出直流电。为了电气设备303的绝缘，外壳301内有电绝缘介质，它在本实施例中是电绝缘液体324。
对图2和3所示的实施例需要补充的是，在这些电气设备中能流也可以沿反方向进行，也就是说，这些电气设备还能分别将(供给直流电压接头220 或322的)直流电变换为交流电，然后在交流电压接头217或320输出交流电。
图4表示外壳401的另一种实施例，电气设备403装入外壳401中。电气设备403包括用于交流电压的第一气体绝缘开关405、变压器407、用于交流电压的第二气体绝缘开关409和控制器411。控制器411控制第一气体绝缘开关405、变压器407和/或第二气体绝缘开关409。第一气体绝缘开关 405与第一交流电压接头413电连接，第二气体绝缘开关409与第二交流电压接头415电连接。
电气设备403变换交流电压，它借助变压器407将处于第一交流电压接头413上的交流电压变换为更高的电压水平，并在第二交流电压接头415输出变换后的高交流电压。在这里能流也可以沿反方向进行，也就是说，将电能从第二交流电压接头415向第一交流电压接头413传输。
图5表示装置的另一种实施例，其中将(图中没有详细表示的)电气设备装入外壳502内。包含电气设备的外壳502比其排水量轻，所以外壳502 原本会漂浮(上升)到水域1的水面27。为了防止无意的漂浮(上升)，外壳502借助夹具504固定在水域1的底部11。外壳502固定在绳索506上，在这里绳索506卷取在绳索绞车508上。在所述装置正常工作时，如图5中表示的那样，外壳502处于水底。然而若需要对电气设备进行维护作业/修理工作，则应松开夹具504，于是外壳502朝水域1的水面27方向上升。借助绳索506，外壳502受控制地上升到水面27。为此相应地操作绳索绞车508。 (若基于第一电导体7和/或第二电导体13的长度，则有必要在外壳502上升前将第一电导体7和/或第二电导体13与电气设备分离。)在这里绳索506 和绳索绞车508是实现外壳502有控制地浮升的提升机构。
当外壳漂浮到了水面27，就能(例如从船舰)比较方便地对电气设备进行维护/修理。一旦电气设备的维护作业/修理工作结束，便借助绳索506将外壳连同电气设备向下拖曳到水底11。随后借助夹具504将外壳502固定在水域的底部11。如果需要，再使第一电导体7以及第二电导体13重新与电气设备电接触。随后便能重新开始正常的电能传输工作。
图6表示另一种实施例，其中将(图中没有详细表示的)电气设备装入外壳601内。包含电气设备的外壳601比其排水量重，所以外壳601连同电气设备停留在水域1的底部11，不需要(如在图5所示的实施例那样)专用的夹具。为了在有必要维护/修理的情况下将外壳601置于水域1的水面27，外壳601借助流体导管603与用于向外壳601内引入流体的器具605连接。所述流体尤其可以涉及气体，此时器具605是用于将气体引入外壳601中的器械(例如压缩气体储气器605、尤其压缩气瓶605)，以及流体导管603是气体导管603。引入流体的器具605与流体导管603在这里便是能够实现外壳601有控制地浮升的提升机构。
在正常工作时，如图6表示，外壳601处于水域1的底部11。在需要维护/修理时，借助器具605将流体引入外壳601内，于是在外壳601中存在的液体(例如海水)被流体压出外壳。由此使包含电气设备的外壳601轻于其排水量，从而使外壳601连同电气设备漂浮(上升)到水面27。在水面27 上完成维护/修理后，将流体从外壳601排出，使得液体能重新进入外壳601 中并使外壳下沉到水域1的底部11。在这里外壳601也可以固定在绳索上，如在图5中结合绳索506和绳索绞车508已说明的那样。在有必要的情况下也适用在图5中已提及的将电导体7和13与外壳分离。
当电气设备安装在多个外壳内时(例如图1所示)，可有利地为每个外壳配设一个提升机构。
这些外壳分别设计为水密封的外壳(水密封容器)。包含电气设备的外壳也可以统称为“Powerbox(电源箱)”。设置在水底的电气设备也可以称“Subsea-Powerstation(海底发电站)”。
所述装置突出的优点是，不设置在发电设备内部的电气设备可以在水下经济地设置在水底。这样做比在水面上方为电气设备建造一个附加的平台 (例如建在风力发电设备塔台上的平台或单独的平台)便宜得多。由此例如也无需增强风力发电设备的基座，当然也不需要单独平台用的基座。从而显著降低设计、制造、组装、运输以及安装(海底安装)的费用。电气设备的部件(也许它们还可以包括必要的运行和辅助系统)设置在一个或多个外壳内，这些外壳在它们的尺寸和/或它们的电连接端子方面可以统一设计。为了电气设备的电绝缘，这些外壳可以部分或完全充填绝缘液体和/或绝缘气体。有利的是，设置在一个或多个外壳中的电气设备部件可以逐个、分组或作为整体解决方案预装配，而在水下只需要互相电连接。由此导致成本特别低地连接海上发电设备与在岸边的输电网。
在先前提及的那些实施例中，作为发电设备的一种示例说明了风力发电设备。但也可以使用其他发电设备：例如产生形式上为直流电压/直流电流的电能的太阳能发电设备，或一种潮汐水力发电站。
在这里说明了一种装置，借助它能低成本地将海上发电设备的电能向水域岸边传输。尤其是，按这种装置能廉价地维护/修理电气设备，因为可以将包含电气设备的一个或多个外壳简单地从水底送到水面，以便在那里能以经济的方式和方法实施维护/修理。
Claims (12)
1.一种用于将设置在水域(1)中发电设备(3)的电能向水域岸边(15)传输的装置(2)，
-包括从发电设备(3)延伸到电气设备(9)的第一电导体(7)，以及包括从电气设备(9)延伸到水域岸边(15)的第二电导体(13)，
-其中，电气设备(9)装入至少一个设置在水底(11)的外壳(20、21、22、23、24)内，以及
-其中，所述装置有用于将所述至少一个外壳(20、21、22、23、24)浮升到水面(27)的浮升机构(506、508、603、605)，其特征为，
-包含电气设备的外壳(502)比其排水量轻，外壳(502)借助夹具(504)固定在水底(11)，以及浮升机构有用于在松开夹具(504)后允许外壳(502)有控制地向水面(27)上升的绳索(506)；或
-包含电气设备的外壳(601)比其排水量重，以及浮升机构有用于将流体引入外壳(601)内的器具(605)。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征为，
-外壳中包含电绝缘介质(222、324)，所述电绝缘介质使所述电气设备至少部分电绝缘。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征为，
-所述电绝缘介质是电绝缘气体(222)或电绝缘液体(324)。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征为，
-所述电气设备有变流器(22、207、309)。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征为，
-所述电气设备有变压器(21、205、307、407)。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征为，
-所述电气设备有气体绝缘开关(20、23、305、313、405、409)。
7.按照权利要求1所述的装置，其特征为，
-所述电气设备有电滤波器(209、311)。
8.按照上述权利要求7所述的装置，其特征为，所述电滤波器(209、311)是平滑滤波扼流圈(213、317)和/或平滑滤波电容器(215、315)。
9.按照上述权利要求4至8之一所述的装置，其特征为，
-所述电气设备有控制器(314)，用于控制变流器(309)、变压器(307)、气体绝缘开关(305、313)和/或电滤波器(311)。
10.按照上述权利要求1至3之一所述的装置，其特征为，
-所述第一电导体(7)和/或第二电导体(13)是电缆。
11.按照上述权利要求1至3之一所述的装置，其特征为，
-所述发电设备是风力发电设备(3)或太阳能发电设备。
12.按照上述权利要求1至3之一所述的装置，其特征为，所述器具(605)用于将气体引入外壳(601)内。
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