NO313068B1 - Undersjoisk transformator - distribusjonssystem med et forste og et andre kammer - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt kraftdistribu-sjon i undersjøiske omgivelser, og nærmere bestemt kraft-transformatoren og distribusjonskomponentene i en under-sjøisk installasjon.

Teknisk bakgrunn

I nevnte system er transformatoren den elektriske link mellom det høyspente overføringssystem og det lokale fordelingssystem. Utgangen fra transformatoren kobles til en separat distribusjons- eller brytermodul som kobler transformatoren til brukerutstyret.

Transformatorer for undersjøiske installasjoner består van-ligvis av et kammer som inneholder selve transformatoren med kjerne- og kobbervindinger. Dette kammer er fylt med transformatorolje. For å balansere det interne trykk i kammeret mot det omgivende trykk i sjøvannet er transformator-sammenstillingen utstyrt med en volumkompensator i form av et eksternt ekspansjonskammer.

Denne volumkompensator danner en barriere mot det omgivende vann som er viktig for korrekt drift av transformatoren. Vann som lekker inn i transformatorkammeret kan forårsake elektrisk kortslutning mellom viklingene, hvilket ødelegger transformatoren. Transformatoroljen har meget liten evne til å absorbere kontaminerende vann. Å holde denne barrie-ren intakt er et problem for produsenten, ettersom enheten utsettes for et stort spenn av trykk fra overflaten ned til havbunnen. En eventuell lekkasje vil også skape et foru-rensningsproblem.

Distribusjonsenheten befinner seg i sitt eget transformatoroljefylte hus med trykkompensasjonsmekanisme, separat fra transformatorhuset. Bruk av separate enheter for transformasjon og distribusjon av kraften medfører mange elektriske forbindelser eksponert for det omgivende sjøvann, hvilket gjør systemet sårbart.

Fra tidligere er det kjent transformatorenheter for neddyk-king i vann hvor transformatoren er omgitt av en dobbelt tank. Begge tankvolumene er fylt med olje. En slik konstruksjon med dobbelt tank har den ulempe at varmeoverførinr-gen til omgivelsene blir mindre effektiv. Konstruksjonen blir også meget volumiøs på grunn av det store ytre tankvo-lumet. Videre er transformator og distribusjonsenhet utført som separate moduler, hvilket medfører mange gjennomførin-ger som er eksponert mot det omgivende sjøvann. WO 99/63555 viser et eksempel på en slik konstruksjon.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

et arrangement for transformasjon og distribusjon av kraft i et undervannsmiljø som er mindre tilbøyelig til å utvikle en lekkasje, og derfor er mer pålitelig enn foreliggende løsninger.

Dette oppnås ved å kombinere transformatoren og distribusjonskomponentene i en enhet og introdusere en andre barriere mot det omgivende vann. Transformatorkjernen holdes bak denne andre barriere. Konnektorene og bryterne er plassert bak denne første ytre barriere.

Oppfinnelsens omfang er definert i de vedføyde patentkrav.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil bli beskrevet i detalj med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Figur 1 viser et arrangement av en transformatorenhet med en volumekspansjonstank og en separat distribusjonsenhet, ifølge kjent teknikk. Figur 2 viser et tverrsnitt av et transformator-/kraftdistribusjonssystem ifølge en utførelse av foreliggende oppfinnelse.

Beskrivelse av en utførelse av oppfinnelsen

Figur 1 gir et overblikk over et undersjøisk kraftdistribusjonssystem ifølge kjent teknikk. I nevnte system er transformatoren (1) den elektriske link mellom det høyspente overføringssystem og det lokale fordelingssystem. Overfø-ringsspenningen, typisk 11 - 36 kV, transformeres ned til et fordelingsnivå, typisk 2,3 - 4,16 kV. Den tradisjonelle konstruksjon av en transformator er å ha en enkelt (trefase) primær forbindelse (11) og en enkelt (trefase) sekundær forbindelse (12). Den primære inngang er koblet til overfø-ringslinjen via en HV-forbindelse (4) montert på toppen av transformatorhuset (9) .

Den sekundære utgang (12) fra transformatoren er koblet til en separat distribusjons- eller brytermodul (5). Distribusjonskomponentene inkluderer et skinnearrangement (busbar) med konnektorer og brytere som kobler transformatoren til forbrukerutstyret. Det er en skinne (6) per fase, som hver distribuerer strøm til et antall kraftforbrukere. Forbruke-ren er koblet til skinnene (6) via SDL-konnektorer (7) (SDL = Subsea Distribution voltage Level) montert på husveggen.

Transformatoren (1) består av et kammer (8) som huser transformatorkjernen og koppervindingene. Transformatorkammeret (8) er fylt med transformatorolje. Transformatoroljen tjener til å avkjøle transformatoren ved å overføre varmen utviklet i transformatorvindingene til ytterveggen (9). Nevnte vegg (9) er utstyrt med ribber på utsiden for å

fremme overføringen av varme inn i den omgivende vannmasse.

For å balansere det interne trykk i kammeret (8) mot trykket i det omgivende sjøvann, er transformatorsammenstillin-gen (1) utstyrt med en volumkompensator i form av et eksternt ekspansjonskammer (10). Ekspansjonskammeret (10) er i fluid kommunikasjon med transformatoroljen på innsiden av transformatorkammeret (8), og i fluid kommunikasjon med det eksterne vann via et membran eller/og et stempel.

Dette transformatoroljefylte kammer (8) danner en barriere mot det omgivende sjøvann.

Figur 2 viser en utførelse av foreliggende oppfinnelse. Her er transformatoren og distribusjonssystemet kombinert til en enkelt modul (40). Modulen (40) inkluderer et første nedre kammer (20) som inneholder transformatorkjernen med vindingene. Over dette er det montert et andre kammer (30) inneholdende distribusjonssystemet. Overføringsspenningen kommer inn i det øvre kammer (30) gjennom HV-forbindelsen (31), fortsetter gjennom nevnte kammer (30), trenger gjennom toppdekslet på det nedre kammer (20) og knyttes til transformatorens primærvindinger. Den sekundære utgang fra transformatoren går gjennom toppdekslet via SDL-gjennom-føringer (bushings) (21), og er koblet til individuelle skinner (32) i det øvre kammer (30). Distribusjon til forbrukerne er via et antall eksterne SDL-forbindelser (33) koblet til skinnene (32). Det øvre kammer (30) kan innehol-de et mer avansert distribusjonssystem inkludert brytere for å slå på/av de individuelle forbrukere (ikke vist).

Transformatormodulen omfatter sensorer for å overvåke tem-peratur og trykk (ikke vist). Det ville være en fordel å overvåke vanninntrengning. Imidlertid kan kvantitetene som kreves for å bryte ned transformatoren (-20 ppm) ikke avfø-les ved bruk av eksisterende teknologi. En hydrogensensor kan inkorporeres for å indikere partielle utladninger (PD - partial discharges). En høy hydrogenkonsentrasjon er en in-dikasjon på høy PD-aktivitet i transformatoren, hvilket of-te forårsakes av vann i den isolerende transformatorolje. Overvåkningsorganene vil ha et elektrisk kabelgrensesnitt til undervannskonnektorer for ROV-operasjon (ROV - Remotely Operated Vehicle), og kommuniserer derved direkte med den undersjøiske distribusjonsenhet. Det vil si at det ikke er noen kretskort inne i transformatormodulen.

Transformatormodulen (40) har et totrinns volumkompense-ringssystem. En gummimembran (22) mellom den nedre og øvre tank vil kompensere for ekspansjon/sammentrekning av det nedre volum (20) inn i det øvre volum (skinnearrangement) (30) .

Det øvre volum (30) er kompensert til sjø ved et blære-/stempelsystem (34).

Den eksterne volumkompensator (34) bør betraktes som det svakeste ledd i forhold til å holde det omgivende sjøvann ute av systemet. Den eksterne volumkompensator (34) er fes-tet til den øvre tank (30), selv der hvor transformatorol-jevolumet i den nedre tank er den største av de to tankene. Dette vil kreve et større internt gummimembran, men vil og-så skape en ekstra barriere mot det omgivende sjøvann som av en eller annen årsak kan lekke inn fra den eksterne volumkompensator (34).

Hovedfordelen ved å integrere transformatoren og distribusjonssystemet i en enhet er at det er færre elektriske forbindelser eksponert mot sjøvannet og derfor blir pålitelig-heten økt. Integrasjon av distribusjonssystemet og transformatoren i den samme undersjøiske modul resulterer i minst to færre våte grensesnitt mot omgivelsene.

Kostnaden av det totale undersjøiske system bli betydelig redusert, ettersom transformatorolje/transformatorolje-grensesnittene er minst 10 ganger billigere enn transformator olj e/vann-grensesnittene.

Distribusjonssystemets tank (alle elektrisk levende deler isolert av andre materialer enn transformatoroljen, i til-legg til transformatoroljen) vil tjene som en tilleggsbar-riere for de elektrisk levende transformatorgrensesnitt, både oppstrøms og nedstrøms transformatoren. Denne barrie-refunksjonalitet vil eliminere behovet for en dobbelt tankkonstruksjon for transformatoren, og øker varmeoverføringen fra transformatorkjernen og ut til sjøvannet, i motsetning til en dobbelt tankkonstruksjon hvor den ytre tankoverflate må økes hvorved et større volum må fylles med transformatorolje og vekten øker.

Det integrerte distribusjonssystem vil redusere antallet kontroll/overvåkningsgrensesnitt, ettersom kontrollforbin-delsen kan løses med to ganger færre gjennomtrengnin-ger/grensesnitt.

Et redusert antall enheter blir installert under vann.

Det blir et redusert antall forbindelser å utføre under vann.

En potensiell ulempe med en kombinert enhet er at både transformatoren og distribusjonssystemet må hentes opp til overflaten i tilfelle av en feil. Dette impliserer at det er en mulighet for flere elektriske forbindelser som må brytes og utføres på nytt enn for et system med separate enheter. Når det gjelder produksjonsregularitet er den kom-binerte enhet ingen ulempe, ettersom hver av disse moduler er fellesmodus-elementer og det totale system derfor må kobles ned i tilfellet av feil i en av modulene.

Claims (2)

1. System for distribusjon av elektrisk kraft mellom et overføringssystem og et antall lokale forbrukere i under-sjøiske omgivelser, omfattende et første kammer (20) inneholdende en transformatorenhet, idet nevnte transformatorenhet omfatter en kjerne og vindinger, og nevnte første kammer er fylt med transformatorolje, et andre kammer (30) inneholdende en distribusjonsenhet, idet nevnte distribusjonsenhet omfatter skinner (32) koblet til sekundære vindinger på nevnte transformatorenhet, og videre koblet til forbrukerne, idet nevnte andre kammer er fylt med transformatorolje, karakterisert ved at det første kammer (20) med transformatorenheten og det andre kammer (30) med distribusjonsenheten er integrert i en enkelt modul (40), at det første (20) og det andre (30) kammer er arrangert ved siden av hverandre atskilt av en mellomvegg, at et første fleksibelt membran (22) er arrangert i mellomveggen mellom det første (20) og andre (30) kammer, hvor nevnte første membran (22) tillater transformatoroljen i det første kammer (20) å ekspandere inn i det andre kammer (30) og omvendt, og at et ekspansjonskammer (34) som omfatter et andre fleksibelt membran og/eller et stempel, er i fluid kommunikasjon med det andre kammer (30) på en side av nevnte andre membran/stempel, 'og i fluid kommunikasjon med den omgivende sjø på den annen side av nevnte andre membran/stempel, idet nevnte kamre (20, 30, 34) derved definerer nevnte enkle modul (40) .

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte distribusjonsenhet omfatter et antall skinner (32), en for hver fa-se av sekundærvindingene på nevnte transformatorenhet, hvor hver skinne (32) er koblet til sin sekundærvinding via en leder som trenger gjennom mellomveggen mellom nevnte første (20) og andre (30) kammer, idet hver skinne (32) er koblet til forbrukerne via konnektorer (33) innrettet på ytterveggen av nevnte andre kammer (30).