NO333443B1

NO333443B1 - Equipment for the operation of remote underwater loads or loads requiring long AC underwater crossing

Info

Publication number: NO333443B1
Application number: NO20111448A
Authority: NO
Inventors: Kjell Olav Stinessen; Kjartan Pedersen
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2013-06-03
Also published as: NO20111448A1; AU2012329632B2; AU2012329632A1; WO2013062422A1; BR112014009898A2; RU2014119541A; CN103959588A; RU2618517C2; CN103959588B

Description

SYSTEM FOR OVERFØRING AV ELEKTRISK VEKSELSTRØM OVER SVÆRT LANGE UTLEGGSLENGDER SYSTEM FOR TRANSMISSION OF ALTERNATING ELECTRIC CURRENT OVER VERY LONG LENGTHS

Område for oppfinnelsen Field of the invention

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder utstyr som plasseres undervann langt vekk fra land eller fra topside steder, spesielt utstyr for trykkøkning av fluid, som krever høye effektnivåer med vekselstrøm, men også forskjellig type av annet utstyr. The present invention relates to equipment that is placed underwater far away from land or from topside locations, especially equipment for pressure increase of fluid, which requires high power levels with alternating current, but also different types of other equipment.

Bakgrunn for oppfinnelsen og tidligere teknikk Background of the invention and prior art

Drift av elektriske laster under vann er utfordrende. Inntrengning av vann må forhindres, og man må ofte kunne håndtere svært høye trykk. I tillegg til de forventede elektriske effektene, så som store tap og den svært høye kapasitansen i eller i nærheten av det nokså elektrolytiske sjøvannet, må man også kontroll på Ferranti-effekten og de elektriske resonanseffektene, transienter og høyere harmoniske knyttet til strømelektronikk. Operating electric loads under water is challenging. Ingress of water must be prevented, and one must often be able to handle very high pressures. In addition to the expected electrical effects, such as large losses and the very high capacitance in or near the fairly electrolytic seawater, one must also control the Ferranti effect and the electrical resonance effects, transients and higher harmonics associated with power electronics.

Problemene forsterkes ved økende effektnivåer, og av denne grunn vil det være store utfordringer med drift av utstyr under vann som krever høye nivåer med elektrisk effekt, så som utstyr for trykkøkning, slik som undervanns kompressorer, undervanns flerfase pumper og undervanns pumper. Problemene blir større med økende utleggslengde på kabelen, økende spenning, høyere frekvens og høyere kapasitans. The problems are exacerbated by increasing power levels, and for this reason there will be major challenges with the operation of equipment underwater that requires high levels of electrical power, such as equipment for increasing pressure, such as underwater compressors, underwater multiphase pumps and underwater pumps. The problems become greater with increasing length of the cable, increasing voltage, higher frequency and higher capacitance.

Så langt er undervanns utleggslengder på omtrent 40 km mulig med et effektnivå på 20 MW, overføringsfrekvens på 100 - 200 Hz og et spenningsnivå på omtrent 100 kV, som er mulig for å operere undervanns kompressorer uten at det er for store ohmske tap eller elektrisk ustabilitet. Imidlertid vil patentsøknader NO 20111233 og PCT/EP2011/065797, som begge er skrevet i søkerens navn, tilveiebringe teknologi som vil kunne virke ved undervanns utleggslengder på opp til omtrent 150 - 200 km for laster under vann med høy effekt, så som kompressorer og flerfase pumper. Dette oppnås med en forholdsvis lav overføringsfrekvens, omtrent 50 - 60 Hz, og en oppstepping av den reelle driftsfrekvensen tett opp til undervannsutstyret. So far, underwater deployment lengths of approximately 40 km are possible with a power level of 20 MW, transmission frequency of 100 - 200 Hz and a voltage level of approximately 100 kV, which is possible to operate underwater compressors without excessive ohmic losses or electrical instability . However, patent applications NO 20111233 and PCT/EP2011/065797, which are both written in the name of the applicant, will provide technology that will be able to work at underwater deployment lengths of up to approximately 150 - 200 km for high power underwater loads such as compressors and multiphase pumps. This is achieved with a relatively low transmission frequency, approximately 50 - 60 Hz, and a padding of the real operating frequency close to the underwater equipment.

Den teknologien som er gitt i NO 20111233 og PCT/EP2011/065797 innebærer at en installasjon av elektronisk regulering for strøm under vann, en undervanns-VSD, som er stor, dyr og i praksis upålitelig, erstattes med annen teknologi. Avhengig av operasjonsparametrene og lasten, vil den maksimalt oppnåelige utleggslengden under vann være på omtrent 150 km. The technology provided in NO 20111233 and PCT/EP2011/065797 implies that an installation of electronic regulation for power under water, an underwater VSD, which is large, expensive and in practice unreliable, is replaced with other technology. Depending on the operational parameters and the load, the maximum achievable underwater deployment length will be approximately 150 km.

Som omtalt i NO 20111233 og foreskrevet i WO 2009/015670 (Siemens), vil en mulighet kunne være å anvende en VSD («variable speed drive») - variabel hastighets motor (også kalt variabel frekvens motor, VFD, og andre uttrykk) på kabelens borteste ende, men dette er komplekst, dyrt, og er overraskende nok også upålitelig. Grunnen til at det er manglende pålitelighet for en VSD under vann, til tross for at alle enkeltkomponentene i denne er av topp kvalitet, antas å være den store kompleksiteten og antall komponenter, som fører til at en svært liten risiko for feil i hver enkelt komponent i forhold til mange komponenter, og som forsterker seg opp til å bli en betydelig risiko for feil. As discussed in NO 20111233 and prescribed in WO 2009/015670 (Siemens), one possibility would be to use a VSD ("variable speed drive") - variable speed motor (also called variable frequency motor, VFD, and other expressions) on the far end of the cable, but this is complex, expensive and, surprisingly, also unreliable. The reason for the lack of reliability of an underwater VSD, despite the fact that all its individual components are of the highest quality, is believed to be the great complexity and number of components, which means that there is a very small risk of failure in each individual component in relation to many components, and which increases to become a significant risk of failure.

En annen relevant publikasjon er WO 01/26201 A, som beskriver hvordan nettverk med vekselstrøm kan koblet over en lang avstand. Imidlertid er undervannsrelaterte problemer fjerntliggende tekniske områder fra denne publikasjonen, og det finnes ingen roterende frekvenstransformatorer plassert undervann. Another relevant publication is WO 01/26201 A, which describes how networks with alternating current can be connected over a long distance. However, underwater related issues are remote technical areas from this publication and there are no rotary frequency transformers located underwater.

Ingen av de eksisterende løsningene nevnt ovenfor er anslått til å kunne være i stand til å levere en høy effekt, det vil si opp til mange MW med vekselstrømseffekt, så som 150 MW, med avstander på mer enn omtrent 150 km uten at de ovennevnte effektene gir en forringelse av strømtilførselen. Flere effekter og faktorer begrenser lengden, så som størrelse på transformatorer og den minst mulige spenningen og frekvensen. Større dimensjoner på utstyret vil kunne gi større problemer, for eksempel vil en økning av lederens tverrsnittsareal kunne gi øket kapasitans og Ferranti-effekt, som ødelegger isolasjonen og vil gjør systemet ustabilt. None of the existing solutions mentioned above are estimated to be able to deliver a high power, i.e. up to many MW of alternating current power, such as 150 MW, with distances of more than about 150 km without the above effects causes a deterioration of the power supply. Several effects and factors limit the length, such as the size of transformers and the lowest possible voltage and frequency. Larger dimensions of the equipment could cause greater problems, for example an increase in the cross-sectional area of the conductor could cause increased capacitance and the Ferranti effect, which destroys the insulation and will make the system unstable.

Noen eksisterende petroleumsfelt, og mange av de som fortsatt ikke har blitt funnet, befinner seg mer enn 150 km fra land eller fra plattformer. Det er et behov for enda lengre utleggslengder under vann, som i denne konteksten betyr mulige lengder på mer enn 150 km, så som 600 km, og formålet med oppfinnelsen vil være å møte nevnte behov. Some existing petroleum fields, and many of those still undiscovered, are located more than 150 km from land or from platforms. There is a need for even longer installation lengths under water, which in this context means possible lengths of more than 150 km, such as 600 km, and the purpose of the invention will be to meet said needs.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Oppfinnelsen tilveiebringer et system for drift av undervanns laster med elektrisk kraft eller laster som får tilført gjennom en kryssende sjøkabel for vekselstrøm, spesielt undervannslaster med høy elektrisk effekt. Systemet skiller seg ut ved at det omfatter en undervanns utleggskabel for vekselstrøm eller en kryssende sjøkabel delt opp i minst to undervanns kabelsegmenter koplet i serie, hvor hvert segment har en lengde som er mulig for stabil drift, forbindelsen mellom segmentene omfatter et sett bestående av motor - generator, hvor motordelen ikke er elektrisk koplet til generatordelen, der settet med motor - generator vil være anordnet i minst ett hus. The invention provides a system for operating underwater loads with electric power or loads which are supplied through a crossing submarine cable for alternating current, especially underwater loads with high electrical power. The system differs in that it comprises an underwater laying cable for alternating current or a crossing sea cable divided into at least two underwater cable segments connected in series, where each segment has a length that is possible for stable operation, the connection between the segments includes a set consisting of a motor - generator, where the motor part is not electrically connected to the generator part, where the set of motor - generator will be arranged in at least one house.

Det uttrykket at forbindelsen mellom segmentene omfatter et motor - generator sett, hvor motordelen ikke er elektrisk koplet til generatordelen, betyr at kraften genereres av generatoren for hvert nye kabelsegment koplet i serie, men at de elektriske problemene som har blitt omtalt ovenfor og nedenfor i vesentlighet ikke overføres fra den ene utleggskabelen til den neste. Utleggskabelsegmentet mot land- eller topside-enden, den nærliggende enden eller nærmere utleggskabelsegmentet, vil være koplet til motoren og vil drive motoren i motor - generator settet. Det utleggskabelsegmentet som er lenger vekk fra den enden som er nære land eller topsides, den borteste enden eller det utleggskabelsegmentet som er lenger ut, vil være koplet til generatoren og vil ta i mot den strømmen som genereres av motor - generator settet mellom nevnte segmenter. De segmentene som er ved den nære enden og den borteste enden vil ikke være elektrisk forbundet, som betyr at spenningstopper som blir indusert av Ferranti-effekten, resonanser, og andre transienter eller elektriske problemer, ikke vil bli overført fra det ene kabelsegmentet til det neste. I vesentlighet vil det ikke være noen elektrisk forbindelse mellom de segmentene som har blitt koplet i serie, de kan dermed sies å være elektrisk isolerte. Motor - generator settet vil ikke nødvendigvis omfatte noe materiale for elektrisk isolasjon mellom motoren og generatoren, siden forbindelsen mellom motoren og generatoren vil være mekanisk, hydraulisk og / eller magnetisk. Motor - generator settet tilveiebringer induktans til systemet, som er et viktig særtrekk for stabilitet. Undervanns utleggskabelen eller undervanns kryssing kan deles opp i to, tre, fire eller flere utleggskabelsegmenter koplet i serie. Med uttrykket undervanns utleggskabel menes en kabel hvor både den nærliggende enden og den borteste enden befinner seg på topsiden eller på land, men at kabelen vil kunne ha en lang avstand under vann, der avstanden under vann vil kunne overskride den maksimale avstanden som til nå har vært ansett for å være mulig for forsyning av vekselstrøm, slik som forklart ovenfor. Den kabelen som krysser under vann vil kunne bli brukt til å krysse et hav- eller fjordstrekk. Det uttrykket at hvert segment har en lengde som er mulig for stabil drift betyr, i denne konteksten av oppfinnelsen, ved de rådende driftsforholdene eller designforholdene. Motor - generator settet vil fortrinnsvis være av en roterende type, blant annet på grunn av god virkningsgrad, men kan alternativt være av en annen type, så som en lineær type av et motor - generator sett. Utleggskabelen for elektrisk kraft under vann eller en kryssende kabel under vann må deles opp i lengdesegmenter slik at hvert segment kan driftes med stabilitet, for eksempel maksimalt 100, 150, 200 eller 250 km for hvert segment i typisk utstyr for trykkoppbygging undervann, avhengig av effektnivå og frekvens, og andre faktorer som har blitt omtalt eller nevnt her. For kryssende kabler som forbinder nettverk vil spenningen og effekten kunne være mye høyere enn for undervanns laster, og maksimal lengde for stabil drift vil kunne være så liten som omtrent 10 km, men mer typisk 20, 50 eller 100 km. Den maksimale segmentlengden vil også være avhengig av den redundansen som vil være nødvendig for applikasjonen, for eksempel ved å dele opp effektnivået til å ha to eller flere parallelle kabler for kritiske anvendelser vil åpne opp for lengre segmenter. Det minst ene huset for motor - generator settet isolerer motoren og generatoren fra det omgivende vannet, nevnte hus vil fortrinnsvis være et trykkhus som minst vil være klassifisert for omgivelsestrykket dersom det er gassfylt og det er fortrinnsvis et hus som er klassifisert for lavt trykk, som benevnes som en innkapsling, dersom det er væskefylt og trykk-kompensert for det omgivende trykket fra sjøvannet. Dersom væsken er en olje vil den også kunne tilveiebringe elektrisk isolasjon, smøring av lagre og avkjøling av motoren og generatoren. The expression that the connection between the segments comprises a motor - generator set, where the motor part is not electrically connected to the generator part, means that the power is generated by the generator for each new cable segment connected in series, but that the electrical problems that have been discussed above and below essentially not be transferred from one extension cable to the next. The extension cable segment towards the land or topside end, the near end or closer to the extension cable segment, will be connected to the engine and will drive the engine in the engine - generator set. The extension cable segment that is further away from the end that is close to land or topsides, the furthest end or the extension cable segment that is further out, will be connected to the generator and will receive the current generated by the engine - generator set between said segments. The near-end and far-end segments will not be electrically connected, meaning that voltage spikes induced by the Ferranti effect, resonances, and other transients or electrical problems will not be transferred from one cable segment to the next . Essentially, there will be no electrical connection between the segments that have been connected in series, they can thus be said to be electrically isolated. The engine - generator set will not necessarily include any material for electrical insulation between the engine and the generator, since the connection between the engine and the generator will be mechanical, hydraulic and / or magnetic. The motor-generator set provides inductance to the system, which is an important feature for stability. The underwater laying cable or underwater crossing can be divided into two, three, four or more laying cable segments connected in series. The term underwater laying cable means a cable where both the near end and the far end are located on the top side or on land, but that the cable will be able to have a long distance under water, where the distance under water will be able to exceed the maximum distance that has so far been considered to be possible for the supply of alternating current, as explained above. The cable that crosses underwater will be able to be used to cross a stretch of sea or fjord. The expression that each segment has a length which is possible for stable operation means, in this context of the invention, at the prevailing operating conditions or design conditions. The motor-generator set will preferably be of a rotary type, partly due to good efficiency, but can alternatively be of another type, such as a linear type of a motor-generator set. The underwater electric power extension cable or an underwater crossing cable must be divided into length segments so that each segment can be operated with stability, for example a maximum of 100, 150, 200 or 250 km for each segment in typical underwater pressurization equipment, depending on the power level and frequency, and other factors that have been discussed or mentioned here. For crossing cables connecting networks, the voltage and power could be much higher than for underwater loads, and the maximum length for stable operation could be as small as about 10 km, but more typically 20, 50 or 100 km. The maximum segment length will also depend on the redundancy that will be required for the application, for example splitting the power level to have two or more parallel cables for critical applications will open up longer segments. The at least one housing for the motor - generator set isolates the motor and generator from the surrounding water, said housing will preferably be a pressure housing that will at least be classified for the ambient pressure if it is gas-filled and it is preferably a housing that is classified for low pressure, which is referred to as an enclosure if it is liquid-filled and pressure-compensated for the surrounding pressure from the seawater. If the liquid is an oil, it will also be able to provide electrical insulation, lubrication of bearings and cooling of the engine and generator.

Fortrinnsvis vil motor - generator settet omfatte en felles aksling. I denne konteksten vil uttrykket «felles aksling» også innbefatte hvilke som helst koplede akslinger eller sammenstilte akslinger som omfatter partier eller seksjoner som har blitt forbundet eller koplet til en stiv, fleksibel eller en annen kopling, slik at de individuelle akslingene for motor og generator roterer med den samme hastigheten. Et motor - generator sett med en felles aksling vil på en praktisk måte kunne anordnes i et trykkhus, med færre lagre og koplingsstykker. Frekvensforholdet for motor - generator vil kunne være 1:1, eller være med opp- eller nedstepping av frekvensen ved å velge tilsvarende antall poler. Det minst ene trykkhuset vil kunne omfatte en trykk-kompensator. Motor - generator settet vil kunne omfatte et mekanisk gir, men dette er ikke foretrukket på grunn av høy friksjon, mindre pålitelighet og større krav til hjelpesystemer. Motor - generator settet vil kunne omfatte en hydraulisk kopling eller et gir som forbinder motoren og generatoren. I prinsippet vil hvilke som helst midler, som kopler sammen motoren og generatoren uten å overføre de elektriske anomaliene fra et kabelsegment til det neste, kunne brukes. Motor - generator settet vil kunne anordnes i et felles trykkhus eller i adskilte trykkhus. Henvisning gjøres til NO 20111233 for mer detaljert informasjon om roterende motor - generator sett. I henhold til NO 20111233 vil motor - generator settet kun bli benyttet ved den borteste enden av undervanns utleggskabelen, i henhold til den foreliggende oppfinnelsen brukes den mellom serielt koplede undervanns utleggskabelsegmenter for å kunne forlenge den maksimale undervanns utleggskabellengden for vekselstrømslaster under vann. Fortrinnsvis vil hver enkelt av motoren og generatoren være omfattet av mer enn 2 poler, så som 4, 6, 8, 12 eller 24 poler, for å kunne redusere rotasjonshastigheten og dermed friksjonstapene. Friksjonen vil også kunne reduseres ved å øke gapet mellom rotoren og statoren. Imidlertid vil det finnes et mulig antall poler og mulige gap, som er avhengig av mange faktorer, så som størrelse, effekt-faktor, lengde på kabelsegmenter, effektnivå og andre faktorer, for hvert spesifikke tilfelle og for hvert motor - generator sett. Det vil være et spørsmål om optimalisering for å finne den beste løsningen i hvert tilfelle. Preferably, the motor-generator set will comprise a common shaft. In this context, the term "common shafting" shall also include any coupled shafting or assembled shafting comprising parts or sections which have been connected or connected by a rigid, flexible or other coupling, so that the individual motor and generator shafts rotate at the same speed. A motor-generator set with a common shaft can be arranged in a practical way in a pressure house, with fewer bearings and connecting pieces. The frequency ratio for motor - generator could be 1:1, or the frequency could be stepped up or down by choosing the corresponding number of poles. The at least one pressure housing will be able to include a pressure compensator. The engine - generator set could include a mechanical gear, but this is not preferred due to high friction, less reliability and greater requirements for auxiliary systems. The engine - generator set may include a hydraulic coupling or a gear that connects the engine and generator. In principle, any means which couple the motor and generator without transferring the electrical anomalies from one cable segment to the next could be used. The engine - generator set will be able to be arranged in a common pressure house or in separate pressure houses. Reference is made to NO 20111233 for more detailed information on rotary engine - generator sets. According to NO 20111233 the motor - generator set will only be used at the far end of the underwater extension cable, according to the present invention it is used between serially connected underwater extension cable segments in order to be able to extend the maximum underwater extension cable length for alternating current loads under water. Preferably, each of the motor and generator will be comprised of more than 2 poles, such as 4, 6, 8, 12 or 24 poles, in order to be able to reduce the speed of rotation and thus the friction losses. Friction can also be reduced by increasing the gap between the rotor and the stator. However, there will be a possible number of poles and possible gaps, which depend on many factors, such as size, power factor, length of cable segments, power level and other factors, for each specific case and for each motor-generator set. It will be a matter of optimization to find the best solution in each case.

I en foretrukket utførelsesform vil motor - generator settet i systemet ifølge oppfinnelsen være omfattet av en høyspent elektrisk motor, for eksempel en Motorformer (ABB), og / eller en høyspent generator Powerformer (Alstom), som begge induktivt vil kunne ha et spenningsområde på 30- 150 kV og et effektområde på 40 - 200 MW. Dette vil kunne eliminere transformatorene og redusere de elektriske tapene ytterligere. I høyspente motorer og generatorer vil høyspente kabler, slik som kabler som benyttes for kraftoverføring, bli benyttet isteden for de tradisjonelle statorstengene eller statorviklingene, som tillater høy effekt, spesielt høyspent strøm direkte gjennom viklingene. Imidlertid må det gjøres en betydelig mengde med utvikling for å kunne marinisere høyspente motorer og generatorer. In a preferred embodiment, the motor-generator set in the system according to the invention will be comprised of a high-voltage electric motor, for example a Motorformer (ABB), and/or a high-voltage generator Powerformer (Alstom), both of which inductively will be able to have a voltage range of 30 - 150 kV and a power range of 40 - 200 MW. This will be able to eliminate the transformers and further reduce the electrical losses. In high-voltage motors and generators, high-voltage cables, such as cables used for power transmission, will be used instead of the traditional stator bars or stator windings, which allow high power, especially high-voltage current directly through the windings. However, a significant amount of development needs to be done to be able to marinize high voltage motors and generators.

I en utførelsesform vil systemet være omfattet av et motor - generator sett med kontaktløse magnetiske lagre. Magnetiske lagre vil redusere tap som oppstår av friksjon, også fordi et gassfylt trykkhus vil kunne benyttes. Dette er beskrevet i mer detalj i patentsøknad NO 20110348, i søkerens navn, som vil bli referert til. In one embodiment, the system will be comprised of a motor-generator set with non-contact magnetic bearings. Magnetic bearings will reduce losses caused by friction, also because a gas-filled pressure chamber can be used. This is described in more detail in patent application NO 20110348, in the applicant's name, which will be referred to.

Systemet omfatter ett eller flere av de følgende lastene: en undervanns kompressor, en undervanns flerfase pumpe, en undervanns pumpe, et reguleringssystem, et varmesporingssystem, en ventilaktuator, en prosesseringsfasilitet, en avbruddsfri strømforsyning, en likeretter, et nettverkspunkt som er landbasert eller topside-basert eller på den borteste enden av kabelen, og andre laster. Oppfinnelsens system vil kunne tilveiebringe hovedstrømforsyning eller en strømforsyning beredskap for alt av ovenstående utstyr og systemer, i forskjellige antall, som forenkler det samlede systemet. For eksempel vil anvendelse av den elektriske kraften som blir generert av generatorene i systemet, for å drifte et varmesporingssystem anordnet langsmed en undervanns rørledning, kunne eliminere metanol- eller glykolsystemer for hydratinhibisjon, hvilket vil være et svært fordelaktig særtrekk for utvikling av fjerntliggende felt under vann, hvor utleggskabel og rørledninger vil kunne anordnes mer eller mindre parallelt, med strømuttak fra generatorer langsmed rørledningen. The system includes one or more of the following loads: a subsea compressor, a subsea multiphase pump, a subsea pump, a regulation system, a heat tracking system, a valve actuator, a processing facility, an uninterruptible power supply, a rectifier, a network point that is shore-based or topside based or on the far end of the cable, and other loads. The system of the invention will be able to provide main power supply or a standby power supply for all of the above equipment and systems, in different numbers, which simplifies the overall system. For example, using the electrical power generated by the generators in the system to operate a heat tracing system located along a subsea pipeline could eliminate methanol or glycol systems for hydrate inhibition, which would be a very advantageous feature for developing remote subsea fields , where laying cable and pipelines will be able to be arranged more or less parallel, with power outlets from generators along the pipeline.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte for å anordne et system for drift av laster under vann drevet ved elektrisk kraft, eller andre laster som blir forsynt gjennom en kryssende sjøkabel med vekselstrøm, spesielt laster med en høy elektrisk effekt under vann, og som skiller seg ut ved at en utleggskabel for elektrisk kraft under vann, eller undervanns kryssende kabel, blir delt opp i minst to undervanns kabelsegmenter koplet i serie, hvor hvert segment har en lengde som vil være mulig med stabil drift, ved å anordne et motor - generator sett mellom segmentene slik at motor - delen ikke er elektrisk forbundet til generator - delen, og anordne motor - generator settet i minst ett hus. The invention also provides a method for arranging a system for operating loads under water powered by electric power, or other loads which are supplied through a crossing submarine cable with alternating current, in particular loads with a high electrical power under water, and which are distinguished by that a laying cable for electric power under water, or underwater crossing cable, is divided into at least two underwater cable segments connected in series, where each segment has a length that will be possible with stable operation, by arranging a motor - generator set between the segments so that the motor - part is not electrically connected to the generator - part, and arrange the motor - generator set in at least one housing.

Utleggskabelen eller den kryssende kabelen, for elektrisk kraft under vann, må være delt opp i segmenter med lengder slik at hvert segment vil kunne operere stabilt, for eksempel maksimalt 10, 20, 50, 100, 150, 200 eller 250 km for hvert segment, avhengig av effektnivå, frekvens og andre faktorer som har blitt omtalt eller nevnt her. The laying cable or the crossing cable, for electric power under water, must be divided into segments with lengths such that each segment will be able to operate stably, for example a maximum of 10, 20, 50, 100, 150, 200 or 250 km for each segment, depending on power level, frequency and other factors that have been discussed or mentioned here.

Dessuten vil oppfinnelsen tilveiebringe anvendelse av et elektrisk motor - generator sett som er operativt under vann, for at en utleggskabel eller kryssende kabel med elektrisk vekselstrøm under vann skal kunne deles opp i to kabelsegmenter under vann med lengder som kan driftes stabilt. Furthermore, the invention will provide for the use of an electric motor-generator set which is operative under water, so that a laying cable or crossing cable with electric alternating current under water can be divided into two cable segments under water with lengths that can be operated stably.

Utleggskabelen eller den kryssende kabelen med vekselstrøm under vann, deles opp i minst to undervannskabelsegmenter koplet i serie, hvor hvert segment vil ha en lengde som skal være mulig for stabil operasjon, der forbindelsen mellom segmentene omfatter et motor - generator sett, hvor motor - delen ikke er elektrisk forbundet til generator - delen, og motor - generator settet vil være anordnet i minst ett hus. Hvert segment kan for eksempel være maksimalt 10, 20, 50, 100,150, 200 eller 250 km, avhengig av effektnivå, frekvensen og andre faktorer som har blitt omtalt eller nevnt her. The laying cable or the crossing cable with alternating current underwater, is divided into at least two underwater cable segments connected in series, where each segment will have a length that must be possible for stable operation, where the connection between the segments includes a motor - generator set, where the motor - part is not electrically connected to the generator - part, and the motor - generator set will be arranged in at least one house. Each segment can be, for example, a maximum of 10, 20, 50, 100,150, 200 or 250 km, depending on the power level, the frequency and other factors that have been discussed or mentioned here.

Figurer Figures

Oppfinnelsen har blitt illustrert med to figurer, nemlig The invention has been illustrated by two figures, viz

Figur 1, som illustrerer et motor - generator sett som vil kunne brukes i systemet ifølge oppfinnelsen, og Figure 1, which illustrates a motor - generator set that will be able to be used in the system according to the invention, and

Figur 2, som illustrerer et system ifølge oppfinnelsen. Figure 2, which illustrates a system according to the invention.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Det blir vist til Figur 1, som illustrerer et motor - generator sett i et kabinett som har blitt trykk-kompensert mot omgivende sjøvannstrykk. Mer spesifikt, Figur 1 illustrerer et motor - generator sett 2 for anvendelse i et system ifølge oppfinnelsen. Motor - generator settet 2 omfatter en motor - del 3 og en generator - del 4, som er koplet sammen i en felles aksling 5. Det er illustrert penetratorer 6 for strøm inn, og det er illustrert penetratorer 7 for strøm ut, penetratorene vil være elektriske forbindelser gjennom huset 9 på motor - generator settet 2. Huset i oppfinnelsen er ikke nødt for å være et trykkhus, i den illustrerte utførelsesformen vil den snarere kunne være et kabinett som er tynnvegget, siden den illustrerte utførelsesformen her vil være fylt opp med olje eller en annen væske, og med en trykk - kompensator for trykk - kompensasjon mot det omgivende trykket. Mer spesifikt, en trykkutjevningsenhet 8, også kalt trykk- kompensator, og en oljekjøler 10, har blitt illustrert. Gassfylte hus er imidlertid nødt for å være trykkhus. Penetratorene 6 for strøm inn vil bli koplet til motoren og den utleggskabelen under vann som er nære topside eller land. Penetratorene 7 for strøm ut vil bli koplet til generatoren og utleggskabelsegmentet under vann som er lengre vekk fra topside eller land, og som vil være nærmere lastene under vann. I vesentlighet vil det ikke være noen elektrisk forbindelse eller kopling mellom strøm inn og ut fra motor - generator settet, og penetratorene 6 for strøm inn vil kunne anses for å være elektrisk isolerte fra penetratorene 7 for strøm ut. It is shown to Figure 1, which illustrates a motor-generator set in a cabinet that has been pressure-compensated against ambient seawater pressure. More specifically, Figure 1 illustrates a motor-generator set 2 for use in a system according to the invention. The motor - generator set 2 comprises a motor - part 3 and a generator - part 4, which are connected together in a common shaft 5. Penetrators 6 are illustrated for power in, and penetrators 7 are illustrated for power out, the penetrators will be electrical connections through the housing 9 on the motor-generator set 2. The housing in the invention does not have to be a pressure housing, in the illustrated embodiment it could rather be a cabinet that is thin-walled, since the illustrated embodiment here will be filled with oil or another liquid, and with a pressure - compensator for pressure - compensation against the ambient pressure. More specifically, a pressure equalization unit 8, also called a pressure compensator, and an oil cooler 10 have been illustrated. However, gas-filled houses must be pressure houses. The penetrators 6 for power in will be connected to the engine and the underwater laying cable that is close to the topside or land. The penetrators 7 for power out will be connected to the generator and the underwater laying cable segment which is further away from the topside or shore, and which will be closer to the loads underwater. Essentially, there will be no electrical connection or coupling between power in and out from the motor-generator set, and the penetrators 6 for power in can be considered to be electrically isolated from the penetrators 7 for power out.

Et motor - generator sett som fungerer som en overføringsstabilisator i kabler for oppskritting eller for kryssing under vann, slik som foreskrevet med den foreliggende oppfinnelsen, vil typisk ha samme antall poler i motor og generator, det illustrerte motor - generator settet har en 6-polet motor og en 6-polet generator. Resultatet vil være at en strømfrekvens inn på 25 Hz fører til en strømfrekvens ut på 25 Hz, det vil si samme frekvenser for inn og ut. I dette eksemplet vil rotasjonshastigheten kun være 500 rpm, som vil være gunstig med hensyn til friksjonstap. A motor-generator set that functions as a transmission stabilizer in cables for step-up or for underwater crossing, as prescribed by the present invention, will typically have the same number of poles in motor and generator, the illustrated motor-generator set has a 6-pole motor and a 6-pole generator. The result will be that a power frequency in of 25 Hz leads to a power frequency out of 25 Hz, that is, the same frequencies for input and output. In this example, the rotation speed will only be 500 rpm, which will be beneficial in terms of friction loss.

Det blir vist til Figur 2, som illustrerer et system 1 av oppfinnelsen. Systemet omfatter en utleggskabel 11 under vann, delt opp i tre segmenter 11s, segmentene vil være koplet i serie med motor - generator sett 2. Den illustrerte utleggskabelen under vann vil ha en nær ende 11 n på topside av en plattform eller på land. En VSD, et variabel hastighets drivverk 12, anordnes til kabelen ved den nære enden for å kunne regulere strømfrekvensen som mates inn i kabelen ved den enden som er nære og en transformator nedstrøms for VSD'en regulerer spenningen som mates inn i den. I den illustrerte utførelsesformen vil lastene bestå av kompressorer. I andre utførelsesformer vil utleggskabelen under vann være koplet til nettet 15, og vil derfor ha en konstant overføringsfrekvens på 50 eller 60 Hz, eller den vil kunne være koplet til andre strømkilder eller til andre midler enn en VSD for regulering av frekvens og strømnivå, for eksempel et diesel aggregat. I den illustrerte utførelsesformen vil oppkrittingskabelen under vann være på 600 km, siden den omfatter tre 200 km utleggskabelsegmenter 11 s koplet i serie under vann. Kabelen vil kunne ta i mot en effekt på 150 MW fra overflaten, ved den nære enden, og strømmen vil kunne leveres til to kompressorlaster 13 som befinner seg under vann 600 km unna, den operasjonelle overføringsfrekvensen gjennom kabelen vil for eksempel kunne være 25 Hz. Ved det nevnte effektnivået vil det maksimale stabile kabelsegmentet være estimert til å være omtrent 200 km. Ved høyere effektnivåer eller ved høyere frekvenser vil den maksimale segmentdistansen være redusert. Reduksjon av last og frekvens vil gi en større maksimal avstand. Imidlertid, som omtalt ovenfor, vil mange faktorer være signifikante, av hvilken grunn en generalisering om maksimal avstand ikke vil være tilrådelig siden den bør vurderes i hvert enkelt tilfelle. På hver sin side av motor - generator settene mellom kabelsegmenter, og mellom kabelen og en av lastene, og på hver sin side av overflate-VSD'en, vil transformatorer være anordnet for å kunne omforme strømkarakteristikkene til parametere som er mulig for drift av motor - generator settene, VSD'en og de tilkoplede lastene. Lastene vil være kompressorer 13 med høyhastighets motor, og av denne grunn vil de motor-generator settene som har blitt koplet til kompressorene være utleggsanordninger 14. Nevnte utleggsutstyr eller -anordninger har et høyere polantall på generatoren enn det polantallet som er på motoren. Polantallenes tallforhold vil være tilsvarende utleggsforhold for frekvens eller rotasjonshastighet. I dette eksemplet er det antatt at at lengder på kabelsegmenter 11 s, frekvens og spenning vil være like fra den nære enden og inn i transformatoren ved den borteste enden. Dette vil mest sannsynlig være den beste løsningen, men det må noteres at disse tre parameterne vil kunne bli valgt ut på en annen måte dersom dette anses for å være fordelaktig av tekniske eller av økonomiske årsaker. Reference is made to Figure 2, which illustrates a system 1 of the invention. The system comprises an underwater laying cable 11, divided into three segments 11s, the segments will be connected in series with the motor - generator set 2. The illustrated underwater laying cable will have a close end 11 n on the top side of a platform or on land. A VSD, a variable speed drive 12, is provided to the cable at the near end to be able to regulate the current frequency fed into the cable at the near end and a transformer downstream of the VSD regulates the voltage fed into it. In the illustrated embodiment, the loads will consist of compressors. In other embodiments, the underwater laying cable will be connected to the network 15, and will therefore have a constant transmission frequency of 50 or 60 Hz, or it will be able to be connected to other power sources or to other means than a VSD for regulating frequency and current level, for for example a diesel unit. In the illustrated embodiment, the underwater chalking cable will be 600 km long, since it comprises three 200 km laying cable segments 11 s connected in series underwater. The cable will be able to receive a power of 150 MW from the surface, at the near end, and the power will be able to be delivered to two compressor loads 13 which are located underwater 600 km away, the operational transmission frequency through the cable could be, for example, 25 Hz. At the aforementioned power level, the maximum stable cable segment will be estimated to be approximately 200 km. At higher power levels or at higher frequencies, the maximum segment distance will be reduced. Reduction of load and frequency will give a greater maximum distance. However, as discussed above, many factors will be significant, for which reason a generalization about the maximum distance would not be advisable as it should be considered on a case-by-case basis. On each side of the motor - generator sets between cable segments, and between the cable and one of the loads, and on each side of the surface VSD, transformers will be arranged to be able to transform the current characteristics into parameters that are possible for motor operation - the generator sets, the VSD and the connected loads. The loads will be compressors 13 with a high-speed motor, and for this reason the motor-generator sets that have been connected to the compressors will be extension devices 14. Said extension equipment or devices have a higher number of poles on the generator than the number of poles on the motor. The numerical ratio of the pole numbers will be the corresponding layout ratio for frequency or rotation speed. In this example, it is assumed that the lengths of cable segments 11 s, frequency and voltage will be the same from the near end into the transformer at the far end. This will most likely be the best solution, but it must be noted that these three parameters could be selected in a different way if this is considered to be advantageous for technical or economic reasons.

Flere av de illustrerte særtrekkene vil kunne varieres. Type og utforming av motor - generator settet vil kunne varieres fritt så lenge de elektriske problemene beskrevet ovenfor ikke blir overført til fra det ene kabelsegmentet til det neste kabelsegmentet, som har blitt koplet i serie. Høyspente motorer og høyspente generatorer vil kunne brukes som komponenter i motor - generator settet, som eliminerer transformatorer eller reduserer transformatorenes klassifisering. Several of the illustrated features can be varied. The type and design of the motor-generator set will be able to be varied freely as long as the electrical problems described above are not transferred from one cable segment to the next cable segment, which has been connected in series. High-voltage motors and high-voltage generators will be able to be used as components in the motor-generator set, which eliminates transformers or reduces the transformers' classification.

Claims

1. System (1) for operating loads with electric current underwater, or loads supplied through a crossing cable with alternating current underwater, especially underwater loads with high electrical power, characterized in that the system comprises an underwater laying cable (11), or an underwater crossing cable, for alternating current, divided into at least two cable segments (11 s) connected in series underwater, where each segment has a length that may be possible for stable operation, the connection between the segments includes a motor - generator set (2) where the motor part (3) will not be electrically connected to the generator part (4), and the motor - generator set (2) will be arranged in at least one housing (9).

2. System according to claim 1, in which the motor - generator set (2) comprises a common shaft.

3. System according to claim 1 or 2, in which the motor and the generator will each be comprised of more than 2 poles, such as 4, 6, 8, 12, 24 or a higher number of poles.

4. System according to any one of claims 1-3, in which the motor - generator set will be comprised of magnetic bearings.

5. System according to any one of claims 1-4, wherein the loads will be comprised of one or more of: an underwater compressor, an underwater multiphase pump, a regulation system, a heat tracking system, a valve actuator, a processing facility, a uninterruptible power supply, a rectifier, a network point or a load on shore or at the topside at the far end of the cable.

6. System according to any one of claims 1-5, in which the system will be comprised of more than two underwater laying cable segments connected in series, such as three or four segments, where each segment will have a length that is within the maximum the length for a stable power supply at the operational power level and frequency for that segment.

7. Procedure for arranging a system for operating underwater loads or other loads with electrical power supplied through a crossing cable with alternating current underwater, in particular underwater loads with high electrical power, characterized in that an underwater laying cable for electric power or an underwater crossing cable is divided into at least two underwater cable segments connected in series, where each segment will have a length that may be possible for stable operation, by arranging a motor - generator set between the segments so that the motor part will not be electrically connected to the generator part, and arrange engine - generator set in at least one house.

8. Application of an underwater operational electric motor - generator set, to be able to divide an underwater laying cable for alternating current or an underwater crossing cable for alternating current into segments with lengths that will each be able to be operated with a stability.