RU2618517C2

RU2618517C2 - System for ac transmission over very long distances

Info

Publication number: RU2618517C2
Application number: RU2014119541A
Authority: RU
Inventors: Хьелль Олав СТИНЕССЕН; Хьяртан ПЕДЕРСЕН
Original assignee: Акер Сабси АС
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2017-05-04
Also published as: NO20111448A1; CN103959588A; AU2012329632B2; BR112014009898A2; NO333443B1; CN103959588B; AU2012329632A1; RU2014119541A; WO2013062422A1

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: system for underwater electrical loads use or loads that receive power via the underwater cross-cable, in particular underwater high power loads includes underwater elongate AC cable or underwater crossover cable is divided into at least two sections connected in series, wherein each portion has a length within the maximum length for a stable power supply operating at a frequency and power level for that portion. The connection between the sections comprises a motor-generator unit, wherein the motor part is not electrically connected to the generator part, the motor-generator unit is placed in at least one housing.

EFFECT: provision of the possibility of submitting to several large MW AC power, long more 150 km distance.

14 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к оборудованию, расположенному под водой на большом расстоянии от материка или надводных локаций, в частности, к оборудованию для подпора текучей среды, требующему большой электрической мощности переменного тока, а также к другому оборудованию различных типов.The present invention relates to equipment located under water at a great distance from the mainland or surface locations, in particular, to equipment for pressurizing a fluid that requires high electrical AC power, as well as other equipment of various types.

Предпосылки создания изобретения и уровень техникиBACKGROUND OF THE INVENTION AND BACKGROUND

Эксплуатация электрических нагрузок под водой является проблематичной. Необходимо предотвращать попадание воды и справляться с очень высокими давлениями. Вдобавок к ожидаемым электрическим эффектам, таким как высокие потери и очень высокое емкостное сопротивление во вполне или почти электролитической среде морской воды, а также вследствие эффекта Ферранти и эффектов электрического резонанса, необходимо регулировать подскоки и пульсации, связанные с электронным управлением питанием.Operation of electrical loads under water is problematic. Water must be prevented and very high pressures handled. In addition to the expected electrical effects, such as high losses and very high capacitive resistance in a completely or almost electrolytic environment of sea water, as well as due to the Ferranti effect and effects of electrical resonance, it is necessary to regulate the jumps and ripples associated with electronic power management.

Проблемы нарастают при увеличении уровня мощности, поэтому наиболее проблематичной является эксплуатация подводного оборудования, потребляющего большую мощность, такого как подводное оборудование для повышения давления, типа подводных компрессоров, подводных многофазных насосов и подводных насосов. Проблемы нарастают с увеличением длины подводного протяженного кабеля, с повышением напряжения, частоты и емкостного сопротивления.Problems increase with increasing power levels, so the most problematic is the operation of underwater equipment that consumes more power, such as underwater equipment for increasing pressure, such as underwater compressors, underwater multiphase pumps and underwater pumps. Problems increase with the length of the extended underwater cable, with increasing voltage, frequency and capacitance.

В настоящее время достижимой является протяженность под водой длиной около 40 км для мощности около 20 МВт при передаваемой частоте 100-200 Гц и напряжении около 100 кВ, подходящих для работы компрессоров под водой без слишком высоких омических потерь или электрической нестабильности. Однако патентные заявки NO 20111233 и PCT/EP 2011/065797, обе на имя настоящего заявителя, обеспечивают технологию, которая может работать при дальности подводного протяжения до 150-200 км для подводных нагрузок большой мощности, таких как компрессоры и многофазные насосы. Это достигается благодаря относительно низкой передаточной частоте, около 50-60 Гц, и повышению фактической рабочей частоты рядом с подводным оборудованием.At present, a length of about 40 km under water is achievable for a power of about 20 MW at a transmitted frequency of 100-200 Hz and a voltage of about 100 kV, suitable for running compressors under water without too high ohmic losses or electrical instability. However, patent applications NO 20111233 and PCT / EP 2011/065797, both in the name of the present applicant, provide a technology that can operate at underwater ranges up to 150-200 km for underwater loads of high power, such as compressors and multiphase pumps. This is achieved due to the relatively low transfer frequency, about 50-60 Hz, and the increase in the actual operating frequency near the underwater equipment.

Технология, раскрытая в NO 20111233 и PCT/EP 2011/065797, подразумевает, что установка подводного электронного управления питанием, подводный ПРС (VSD) (VSD), который является большим, дорогостоящим и ненадежным в эксплуатации, заменяется другим устройством. В зависимости от рабочих параметров и нагрузки максимальная достижимая длина подводной протяженности составляет около 150 км.The technology disclosed in NO 20111233 and PCT / EP 2011/065797 implies that the installation of an underwater electronic power control, underwater ORS (VSD), which is large, expensive and unreliable in operation, is replaced by another device. Depending on the operating parameters and load, the maximum achievable length of the underwater length is about 150 km.

В NO 20111233 упоминается, а в WO 2009/015670 (Сименс) раскрывается вариант использования подводного ПРС (VSD)-привода с регулируемой скоростью (также называемый частотно-регулируемым приводом ЧРП (VFD) и другими определениями) на дальнем конце кабеля, однако этот вариант сложен, дорог и, как оказалось, ненадежен. Причиной отсутствия надежной работы подводного ПРС (VSD), несмотря на высокое качество каждого из его компонентов, считается сложность и большое количество компонентов, в результате очень малая вероятность отказа каждого из большого числа компонентов приводит к значительному риску отказа всей системы.No. 20111233 is mentioned, and WO 2009/015670 (Siemens) discloses an option for using an underwater ORS (VSD) drive with a variable speed (also called a variable frequency drive (VFD) and other definitions) at the far end of the cable, however this option complex, expensive and, as it turned out, unreliable. Despite the high quality of each of its components, the reason for the lack of reliable operation of the underwater ORS (VSD) is complexity and a large number of components, as a result of which there is a very low probability of failure of each of a large number of components leads to a significant risk of failure of the entire system.

Ни одно из существующих решений, упомянутых выше, не считается способным передавать большую мощность, до нескольких МВт мощности переменного тока, например, 150 МВт, на расстояния более 150 км без вышеуказанных эффектов, ухудшающих электроснабжение. Длину ограничивают несколько эффектов и факторов, такие как размер трансформаторов и минимально достижимое напряжение и частота. Увеличение размеров оборудования может спровоцировать усиление проблем, например, увеличение площади поперечного сечения проводника может увеличить емкостное сопротивление и эффект Ферранти, что разрушает изоляцию и делает систему нестабильной.None of the existing solutions mentioned above is considered capable of transmitting large power, up to several MW of AC power, for example, 150 MW, over distances of more than 150 km without the above effects that worsen power supply. The length is limited by several effects and factors, such as the size of the transformers and the minimum achievable voltage and frequency. An increase in the size of the equipment can provoke an increase in problems, for example, an increase in the cross-sectional area of the conductor can increase the capacitance and the Ferranti effect, which destroys the insulation and makes the system unstable.

Некоторые существующие подводные нефтяные месторождения, а также многие еще неразведанные, располагаются на расстоянии, превышающем 150 км от материка или платформ. Существует потребность даже в более длинных подводных магистралях, что, в данном контексте, означает возможные расстояния, превышающие 150 км, например, 600 км, и целью настоящего изобретения является удовлетворение указанной потребности.Some existing subsea oil fields, as well as many still unexplored, are located at a distance exceeding 150 km from the mainland or platforms. There is a need even for longer underwater lines, which, in this context, means possible distances in excess of 150 km, for example 600 km, and the aim of the present invention is to satisfy this need.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Изобретение предусматривает систему для эксплуатации подводных электрических нагрузок или нагрузок, потребляющих энергию по подводному кросс-кабелю переменного тока, в частности, для подводных нагрузок большой мощности. Система отличается тем, что содержит подводный протяженный кабель переменного тока или подводный кросс-кабель, разделенный, по меньшей мере, на два участка подводного кабеля, соединенные последовательно, каждый участок имеет длину, допустимую для стабильной эксплуатации, соединение между участками содержит двигатель-генераторный блок, в котором двигательная часть не имеет электрического соединения с генераторной частью, двигатель-генераторный блок размещен в по меньшей мере одном корпусе.The invention provides a system for operating underwater electrical loads or loads consuming energy through an underwater AC cross-cable, in particular for underwater loads of high power. The system is characterized in that it contains an extended underwater AC cable or an underwater cross cable, divided into at least two sections of the underwater cable connected in series, each section has a length acceptable for stable operation, the connection between the sections contains an engine-generator unit in which the engine part is not electrically connected to the generator part, the engine-generator unit is arranged in at least one housing.

Признак «соединение между участками содержит двигатель-генераторный блок, в котором двигательная часть не имеет электрического соединения с генераторной частью», означает, что энергия генерируется генератором для каждого нового участка кабеля, соединенного последовательно, при этом электрические проблемы, рассмотренные ранее и подлежащие рассмотрению ниже, по существу, не передаются от одного участка протяженного кабеля к следующему. Участок протяженного кабеля, подходящий к концу на берегу или на поверхности воды - ближний конец или ближний участок протяженного кабеля, соединен с двигателем и приводит в действие двигатель двигатель-генераторного блока. Участок протяженного кабеля, отдаленный от ближнего конца на берегу или на поверхности воды -дальний конец или дальний участок протяженного кабеля, соединен с генератором и получает энергию, генерируемую двигатель-генераторным блоком между указанными участками. Ближний и дальний концы или участки кабеля не имеют электрического соединения, что означает, что эффект Ферранти - пики, резонансы и другие подскоки или электрические проблемы индуцированного напряжения не передаются от одного участка кабеля к следующему. По существу, между участками, соединенными последовательно, отсутствует электрическое соединение, можно сказать, что они электрически изолированы. Двигатель-генераторный блок не обязательно содержит какой-либо материал для электрической изоляции между двигателем и генератором, так как соединение между двигателем и генератором механическое, гидравлическое и/или магнитное. Двигатель-генераторный блок обеспечивает индуктивность системы, что является важным качеством, обеспечивающим стабильность системы. Подводный протяженный кабель или подводный кросс-кабель может быть разделен на два, три, четыре или более участка протяженного кабеля, соединенных последовательно. Понятие «подводный протяженный кабель» означает подводный кабель, подающий электрическую энергию к подводным нагрузкам, таким как подводные компрессоры и насосы. Понятие «подводный кросс-кабель» означает: кабель, ближний и дальний конец которого расположены над водой или на берегу, а сам кабель проходит под водой длинное расстояние, которое может превышать максимально возможное на сегодняшний день расстояние для передачи переменного тока, как объяснялось ранее. Подводный кросс-кабель может быть использован для пересечения океана или участка фьордов. Понятие «каждый участок имеет длину, допустимую для стабильной эксплуатации», означает в контексте изобретения стабильную эксплуатацию при преобладающих условиях работы или проектных условиях. Двигатель-генераторный блок является блоком предпочтительно роторного типа, выбранным среди прочего ввиду хорошей эффективности, однако альтернативно может быть другого типа, например, двигатель-генераторным блоком линейного типа. Подводный электрический протяженный кабель или подводный кросс-кабель должен быть поделен на участки такой длины, чтобы каждый участок мог работать стабильно, например, максимально 100, 150, 200 или 250 км для каждого участка для стандартного нагнетающего давление оборудования, работающего под водой, в зависимости от мощности и частоты, а также от других факторов, что раскрыто в настоящем документе. Для кросс-кабелей, соединяющих сети, напряжение и мощность могут быть намного выше, чем для подводных нагрузок, и максимальная длина для обеспечения стабильной эксплуатации может оказаться низкой, например, около 10 км, но обычно составляет 20, 50 или 100 км. Максимальная длина участка также зависит от требуемого резервирования, например, деление уровня мощности путем обеспечения двух или более параллельных кабелей для критически важных применений позволяет освоить более длинные участки. По меньшей мере, один корпус двигатель-генераторного блока изолирует двигатель и генератор от окружающей воды, этот корпус, предпочтительно, является корпусом под давлением, по меньшей мере, рассчитанным на внешнее давление, если он наполнен газом, и предпочтительно является рассчитанным на низкое давление корпусом, называемым «кожух», если он наполнен жидкостью, а давление компенсирует внешнее давление морской воды. Если в качестве жидкости используют нефть, то также обеспечивается электрическая изоляция, смазывание подшипников и охлаждение двигателя и генератора.The sign “the connection between the sections contains an engine-generator unit in which the engine part does not have an electric connection with the generator part” means that the energy is generated by the generator for each new cable section connected in series, while the electrical problems discussed earlier and to be considered below , essentially, are not transmitted from one section of a long cable to the next. A section of a long cable that approaches the end on the shore or on the surface of the water — the near end or near section of a long cable, is connected to the engine and drives the engine of the engine-generator unit. The length of the extended cable, distant from the near end on the shore or on the surface of the water — the far end or the far section of the extended cable, is connected to the generator and receives the energy generated by the engine-generator unit between these sections. The near and far ends or sections of the cable do not have an electrical connection, which means that the Ferranti effect - peaks, resonances and other jumps or electrical problems of induced voltage are not transmitted from one section of the cable to the next. Essentially, between the sections connected in series, there is no electrical connection, we can say that they are electrically isolated. The engine-generator unit does not necessarily contain any material for electrical isolation between the engine and the generator, since the connection between the engine and the generator is mechanical, hydraulic and / or magnetic. The engine-generator unit provides the inductance of the system, which is an important quality that ensures the stability of the system. An underwater extended cable or an underwater cross-cable can be divided into two, three, four or more sections of an extended cable connected in series. The term "extended underwater cable" means an underwater cable that delivers electrical energy to underwater loads, such as underwater compressors and pumps. The term “underwater cross-cable” means: a cable, the near and far end of which is located above the water or on the shore, and the cable itself travels a long distance under the water, which can exceed the maximum possible distance for AC transmission today, as explained earlier. An underwater cross cable can be used to cross an ocean or a section of fjords. The term "each section has a length acceptable for stable operation" means, in the context of the invention, stable operation under prevailing working conditions or design conditions. The engine-generator unit is preferably a rotor-type unit selected inter alia due to good efficiency, however, it can alternatively be of a different type, for example, a linear-type engine-generator unit. An extended electric underwater cable or an underwater cross-cable must be divided into sections of such a length that each section can work stably, for example, a maximum of 100, 150, 200 or 250 km for each section for standard pressure equipment operating under water, depending from power and frequency, as well as from other factors that are disclosed in this document. For cross-cables connecting the networks, the voltage and power can be much higher than for underwater loads, and the maximum length for stable operation can be low, for example, about 10 km, but usually is 20, 50 or 100 km. The maximum length of the section also depends on the required redundancy, for example, dividing the power level by providing two or more parallel cables for critical applications allows you to master longer sections. At least one housing of the engine-generator unit isolates the engine and the generator from ambient water, this housing is preferably a housing under pressure, at least designed for external pressure, if it is filled with gas, and preferably is designed for low pressure housing , called a “casing,” if it is filled with liquid, and the pressure compensates for the external pressure of the sea water. If oil is used as a liquid, electrical insulation, lubrication of bearings and cooling of the engine and generator are also provided.

Предпочтительно двигатель-генераторный блок содержит общий вал. В данном контексте понятие «общий вал» также включает в себя любые связанные или собранные валы, содержащие части или секции, соединенные или объединенные жестким, гибким или другим соединением, так что индивидуальные валы двигателя и генератора вращаются с одинаковой скоростью. Двигатель-генераторный блок с общим валом может быть удобно расположен в одном корпусе под давлением, с меньшим количеством подшипников и соединений. Отношение частот двигателя и генератора может быть 1:1 или с повышением, или понижением частот путем выбора числа полюсов соответственно. По меньшей мере, один корпус под давлением может содержать компенсатор давления. Двигатель-генераторный блок может содержать механическую передачу, однако это не является предпочтительным вследствие высокого трения, более низкой надежности и увеличивающихся требований к эффективности системы. Двигатель-генераторный блок может содержать гидравлическое соединение двигателя и генератора или соединение через передачу. В принципе могут быть использованы любые соединительные средства двигателя и генератора без передачи электрических аномалий от одного участка кабеля к следующему. Двигатель-генераторный блок может быть размещен в общем корпусе под давлением или в отдельных корпусах под давлением. Более подробную информацию по роторным двигатель-генераторам можно найти в NO 20111233, а содержание NO 20111233 включено в настоящий документ по ссылке. Согласно NO 20111233 двигатель-генераторный блок используют только на дальнем конце подводного протяженного кабеля, согласно настоящему изобретению его применяют между последовательно соединенными участками подводного протяженного кабеля с целью увеличения максимальной длины подводного протяженного кабеля для подводных нагрузок, потребляющих переменный ток.Preferably, the engine-generator unit comprises a common shaft. In this context, the term “common shaft” also includes any connected or assembled shafts containing parts or sections connected or combined by a rigid, flexible or other connection, so that the individual motor and generator shafts rotate at the same speed. The engine-generator unit with a common shaft can be conveniently located in one housing under pressure, with fewer bearings and joints. The ratio of the frequencies of the engine and generator can be 1: 1 either with increasing or decreasing frequencies by choosing the number of poles, respectively. At least one pressure housing may comprise a pressure compensator. The engine-generator unit may comprise a mechanical transmission, however this is not preferable due to high friction, lower reliability and increasing demands on system efficiency. The engine-generator unit may comprise a hydraulic connection of the engine and the generator, or a connection via a transmission. In principle, any connecting means of the engine and generator can be used without transmitting electrical anomalies from one cable section to the next. The engine-generator unit can be placed in a common housing under pressure or in separate housings under pressure. More information on rotary engine generators can be found in NO 20111233, and the contents of NO 20111233 are incorporated herein by reference. According to NO 20111233, the engine-generator unit is used only at the far end of an underwater extended cable, according to the present invention it is used between series-connected sections of an underwater extended cable in order to increase the maximum length of an underwater extended cable for underwater loads consuming alternating current.

Предпочтительно каждый из двигателя и генератора содержит более 2 полюсов, например, 4, 6, 8, 12 или 24 полюса, с целью сокращения скорости вращения и, тем самым, потерь от трения. Трение также можно уменьшить за счет увеличения зазора между ротором и статором. Однако возможное количество полюсов и возможные зазоры будут зависеть от многих факторов, таких как размер, коэффициент мощности, длина участков кабеля, уровень мощности и другие факторы, для каждого конкретного случая и каждого двигатель-генераторного блока. Нахождение наилучшего решения в каждом конкретном случае - это вопрос оптимизации.Preferably, each of the engine and generator contains more than 2 poles, for example, 4, 6, 8, 12 or 24 poles, in order to reduce rotation speed and, thereby, friction losses. Friction can also be reduced by increasing the clearance between the rotor and the stator. However, the possible number of poles and possible gaps will depend on many factors, such as size, power factor, length of cable sections, power level and other factors, for each specific case and each engine-generator unit. Finding the best solution in each case is a matter of optimization.

В предпочтительном варианте осуществления двигатель-генераторный блок в системе согласно изобретению содержит электрический двигатель высокого напряжения, например, «Моторформер» (ЭйБиБи) (Motorformer (ABB)), и/или генератор высокого напряжения, например, «Поверформер» (Альстом) (Powerformer (Alstom)), оба номинально могут иметь диапазон напряжений 30-150 кВ и диапазон мощности 40-200 МВт. Это может исключить трансформаторы и, кроме того, сократить электрические потери. В двигателях и генераторах высокого напряжения кабели высокого напряжения, такие как кабели высокого напряжения, используемые для передачи мощности, применяют вместо традиционных брусков статора или катушек статора, что позволяет получать высокую мощность, в частности, высоковольтную мощность, непосредственно через витки. Однако необходимо значительно развивать работу для того, чтобы адаптировать двигатели и генераторы высокого напряжения к морским условиям.In a preferred embodiment, the engine-generator unit in the system according to the invention comprises a high voltage electric motor, for example, Motorformer (ABB), and / or a high voltage generator, for example, Powerformer (Alstom) (Powerformer (Alstom)), both nominally can have a voltage range of 30-150 kV and a power range of 40-200 MW. This can eliminate transformers and, in addition, reduce electrical losses. In motors and high voltage generators, high voltage cables, such as high voltage cables used for power transmission, are used instead of traditional stator bars or stator coils, which allows high power, in particular high voltage power, to be obtained directly through the turns. However, it is necessary to significantly develop the work in order to adapt the engines and high-voltage generators to marine conditions.

В одном из вариантов осуществления система содержит двигатель-генераторные блоки с бесконтактными магнитными подшипниками. Магнитные подшипники позволяют сократить потери на трение также потому, что может быть использован газонаполненный корпус под давлением. Более подробно это раскрыто в патентной заявке NO 20110396, на имя настоящего заявителя, а содержание указанной публикации включено в настоящий документ по ссылке.In one embodiment, the system comprises engine-generator units with non-contact magnetic bearings. Magnetic bearings reduce friction losses also because a gas-filled housing under pressure can be used. This is described in more detail in patent application NO 20110396 addressed to the present applicant, and the contents of this publication are incorporated herein by reference.

Система содержит одну или более из нагрузок: подводный компрессор, подводный многофазный насос, подводный насос, систему управления, систему обогрева теплоспутником, привод клапана, пункт обработки продукции, источник бесперебойного питания, выпрямитель, береговую или надводную точку сети или нагрузку на дальнем конце кабеля и другие нагрузки. Система согласно настоящему изобретению может обеспечивать основной источник питания или аварийный источник питания для всех без исключения объектов из указанного оборудования и систем, в различных количествах, упрощая общую систему. Например, используя электрическую энергию, генерируемую генераторами системы для работы системы обогрева теплоспутником, расположенной вдоль подводной линии трубопровода, можно исключить метанольные или гликольные системы, используемые для ингибирования процесса гидратации, что очень благоприятно при разработке отдаленных подводных участков, для которых протяженный кабель и трубопроводы могут быть расположены более или менее параллельно, с мощностью, отбираемой от генераторов вдоль трубопровода.The system contains one or more of the loads: an underwater compressor, an underwater multiphase pump, an underwater pump, a control system, a heat sink heating system, a valve actuator, a product processing point, an uninterruptible power supply, a rectifier, a shore or surface point on the network, or a load at the far end of the cable and other loads. The system according to the present invention can provide the main power supply or emergency power supply for all, without exception, objects from the specified equipment and systems, in various quantities, simplifying the overall system. For example, using the electric energy generated by the generators of the system to operate the heating system of the heat sink located along the underwater line of the pipeline, methanol or glycol systems used to inhibit the hydration process can be eliminated, which is very favorable when developing remote underwater sections for which an extended cable and pipelines can be more or less parallel, with power taken from the generators along the pipeline.

Изобретение также предусматривает способ компоновки системы для эксплуатации подводных электрических нагрузок или других нагрузок, потребляющих энергию через подводный кросс-кабель переменного тока, в частности, подводных нагрузок высокой мощности, отличающийся тем, что производят разделение подводного протяженного электрического кабеля или подводного кросс-кабеля, по меньшей мере, на два участка, соединенных последовательно, причем каждый участок имеет длину, подходящую для стабильной эксплуатации, путем расположения двигатель-генераторного блока между участками таким образом, что двигательная часть не имеет электрического соединения с генераторной частью, а двигатель-генераторный блок размещен по меньшей мере в одном корпусе.The invention also provides a method for arranging a system for operating underwater electrical loads or other loads consuming energy through an underwater AC cross-cable, in particular high-power underwater loads, characterized in that the underwater extended electric cable or underwater cross-cable is separated, according to at least two sections connected in series, each section having a length suitable for stable operation by locating the engine a non-orator block between sections in such a way that the engine part is not electrically connected to the generator part, and the engine-generator block is placed in at least one housing.

Подводный электрический протяженный или кросс-кабель должен быть разделен на участки такой длины, чтобы каждый участок мог стабильно эксплуатироваться, например, максимально 10, 20, 50, 100, 150 или 250 км для каждого участка, в зависимости от мощности и частоты, а также от других факторов, как объясняется или упоминается в настоящем документе.A long electric or cross-over cable must be divided into sections of such a length that each section can be stably operated, for example, at most 10, 20, 50, 100, 150 or 250 km for each section, depending on power and frequency, as well as from other factors, as explained or mentioned in this document.

Также изобретение предусматривает применение способного работать под водой электрического двигатель-генераторного блока для разделения подводного электрического протяженного кабеля переменного тока или подводного кросс-кабеля переменного тока на участки такой длины, чтобы каждый мог стабильно эксплуатироваться.The invention also provides for the use of an electric engine-generator unit capable of operating underwater to separate an underwater electric extended AC cable or an underwater AC cross-cable into sections of such a length that each can be stably operated.

Изобретение также обеспечивает подводный протяженный или подводный кросс-кабель для переменного тока, отличающийся тем, что данный кабель разделен, по меньшей мере, на два участка, соединенных последовательно, каждый участок имеет длину, допустимую для стабильной эксплуатации, соединение между участками содержит двигатель-генераторный блок, в котором двигательная часть не имеет электрического соединения с генераторной частью, а двигатель-генераторный блок размещен, по меньшей мере, в одном корпусе. Каждый участок максимально может быть 10, 20, 50, 100, 150, 200 или 250 км, в зависимости от мощности и частоты и других факторов, объясненных или упомянутых в настоящем документе.The invention also provides an underwater extended or underwater cross cable for alternating current, characterized in that the cable is divided into at least two sections connected in series, each section has a length acceptable for stable operation, the connection between the sections contains a motor-generator a unit in which the engine part is not electrically connected to the generator part, and the engine-generator unit is located in at least one housing. Each section can be a maximum of 10, 20, 50, 100, 150, 200 or 250 km, depending on the power and frequency and other factors explained or mentioned in this document.

Кроме того, изобретение обеспечивает систему для эксплуатации подводных электрических нагрузок или нагрузок, получающих электропитание по подводному кросс-кабелю, в частности, для подводных нагрузок высокой мощности, а также для обеспечения бесперебойного режима потока для транспортировки углеводородов или другой текучей среды по подводному трубопроводу. Данная система отличается тем, что содержит:In addition, the invention provides a system for operating underwater electrical loads or loads receiving power via an underwater cross-cable, in particular for high-power underwater loads, as well as to ensure uninterrupted flow conditions for transporting hydrocarbons or other fluid through an underwater pipeline. This system is characterized in that it contains:

подводный протяженный кабель или подводный кросс-кабель, состоящий из одного участка или разделенный на два или более участка, соединенных последовательно, причем каждый участок имеет длину, допустимую для стабильной эксплуатации;extended underwater cable or underwater cross-cable, consisting of one section or divided into two or more sections connected in series, and each section has a length acceptable for stable operation;

двигатель-генераторный блок, расположенный так, чтобы соединять участки кабеля и на дальнем конце кабеля, причем двигательная часть не имеет электрического соединения с генераторной частью, а двигатель-генераторный блок размещен в по меньшей мере одном корпусе, или статическое повышающее частоту устройство или привод с регулируемой скоростью на дальнем конце кабеля и, опционально, для соединения участков кабеля, иan engine-generator unit arranged so as to connect cable portions at the far end of the cable, the engine part not being electrically connected to the generator part, and the engine-generator unit housed in at least one housing, or a static frequency-increasing device or drive with adjustable speed at the far end of the cable and, optionally, for connecting cable sections, and

оборудование для электрического нагрева, функционально расположенное от указанного подводного кабеля до трубопровода, для обогрева трубопровода.equipment for electric heating, functionally located from the specified submarine cable to the pipeline, for heating the pipeline.

Оборудование для электрического нагревания предназначено для непосредственного нагрева электрическим током, нагрева теплоспутником или для другого электрического нагрева, отдельно или в комбинации, и подключено от генератора на конце подводного протяженного кабеля и, опционально, к дополнительным генераторам вдоль подводного кабеля или подключено от статического повышающего частоту устройства или приводов с регулируемой скоростью для нагревания трубопровода в случае перекрытия потока через трубопровод.Equipment for electric heating is intended for direct heating with electric current, heating with a heat sink or for other electric heating, separately or in combination, and is connected from the generator at the end of an extended underwater cable and, optionally, to additional generators along the underwater cable or connected from a static frequency-increasing device or variable speed drives for heating the pipeline in the event of a blockage in flow through the pipeline.

Предпочтительно нагрузки включают в себя подводные насосы или компрессоры или и то, и другое, выполненные с возможностью повышать давление текучей среды для транспортировки углеводородных текучих сред по подводному трубопроводу, потребляющие энергию по подводному протяженному кабелю, состоящему из одного или нескольких участков, а в случае перекрытия подводного трубопровода подводный кабель используют для электрического нагревания подводного трубопровода, чтобы предотвратить образование гидратов.Preferably, the loads include subsea pumps or compressors, or both, configured to increase the pressure of the fluid for transporting hydrocarbon fluids through an underwater pipeline, consuming energy through an extended underwater cable consisting of one or more sections, and in case of overlap the submarine pipeline, the submarine cable is used to electrically heat the submarine pipeline to prevent the formation of hydrates.

В частности, подводный протяженный кабель является одним из следующего:In particular, an underwater long cable is one of the following:

подводный протяженный кабель переменного тока, состоящий из одного или более участков, причем каждый участок имеет длину, допустимую для эксплуатации функционально соединенных нагрузок, работающих с такими частотой и уровнем мощности, как в кабеле, при этом двигатель-генераторный блок расположен на конце и между участками кабеля, двигатель-генераторный блок, расположенный на дальнем конце кабеля, представляет собой повышающее частоту устройство или выпрямитель, оборудование для электрического нагревания трубопровода потребляет энергию от по меньшей мере одного из генераторов,an extended underwater AC cable consisting of one or more sections, each section having a length acceptable for operating functionally connected loads operating at such frequency and power level as in the cable, while the engine-generator unit is located at the end and between the sections cable, the engine-generator unit located at the far end of the cable is a frequency-increasing device or rectifier, equipment for electric heating of the pipeline consumes energy iju from at least one of the generators,

подводный протяженный кабель переменного тока, состоящий из одного или более участков, при этом каждый участок имеет длину, допустимую для эксплуатации функционально соединенных нагрузок, работающих с такими же частотой и уровнем мощности, как в кабеле, статическое повышающее частоту устройство или привод с регулируемой скоростью расположено (расположен) на дальнем конце кабеля и, опционально, так, чтобы соединять участки кабеля, при этом оборудование для электрического нагревания трубопровода получает энергию от по меньшей мере одного из повышающего частоту устройств или приводов с регулируемой скоростью, илиan extended underwater AC cable consisting of one or more sections, each section having a length acceptable for operating functionally connected loads operating at the same frequency and power level as in the cable, a static frequency-increasing device or a variable speed drive is located (located) at the far end of the cable and, optionally, so as to connect the cable sections, while the equipment for electric heating of the pipeline receives energy from at least one from the up-frequency devices or the variable speed drives, or

подводный протяженный кабель постоянного тока, состоящий из одного или более участков, при этом каждый участок имеет длину, допустимую для эксплуатации функционально соединенных нагрузок, работающих с таким же уровнем напряжения и электрического тока, как в кабеле, инвертер расположен на дальнем конце кабеля и, опционально, так, чтобы соединять участки кабеля, причем каждый инвертер представляет собой одно из следующего: двигатель-генераторный блок или статический инвертер, при этом оборудование для электрического нагревания трубопровода получает энергию, по меньшей мере, от одного из инвертеров.an extended underwater DC cable, consisting of one or more sections, each section having a length acceptable for operating functionally connected loads operating at the same voltage and electric current level as in the cable, the inverter is located at the far end of the cable and, optionally so as to connect cable sections, each inverter being one of the following: a motor-generator unit or a static inverter, while the equipment for electric heating of the piping The ode receives energy from at least one of the inverters.

Специалистам в данной области техники хорошо известно, что в случае перекрытия трубопровода содержимое охлаждается, при этом могут образоваться гидраты. Однако в случае перекрытия трубопровода насосы и компрессоры неактивны, и подводный кабель может быть использован для электрического нагревания трубопровода напрямую или через выпрямители, или другое необходимое оборудование. Оборудование для прямого электрического нагревания или обогрева теплоспутником доступно в продаже, и оборудование для расположения между генераторами и оборудованием для электрического нагревания, если необходимо, коммерчески доступно или может быть специально выполнено для этой цели с использованием известных из уровня техники технологий и опыта подводных инженерно-технических работ.Those skilled in the art are well aware that if the pipeline is shut off, the contents are cooled, and hydrates can form. However, if the pipeline is shut off, the pumps and compressors are inactive, and the submarine cable can be used to electrically heat the pipeline directly or through rectifiers or other necessary equipment. Equipment for direct electric heating or heat sink heating is commercially available, and equipment for positioning between generators and electric heating equipment, if necessary, is commercially available or can be specially made for this purpose using well-known technologies and experience of underwater engineering works.

ЧертежиBlueprints

Изобретение проиллюстрировано на двух чертежах, а именно:The invention is illustrated in two drawings, namely:

на фиг. 1 проиллюстрирован двигатель-генераторный блок для использования в системе согласно настоящему изобретению, иin FIG. 1 illustrates an engine-generator unit for use in a system according to the present invention, and

на фиг. 2 проиллюстрирован вариант осуществления системы согласно настоящему изобретению.in FIG. 2 illustrates an embodiment of a system according to the present invention.

Подробное раскрытие изобретенияDetailed Disclosure of Invention

Обратимся к фиг. 1, иллюстрирующей в прилагаемых материалах двигатель-генераторный блок, в котором давление скомпенсировано до внешнего давления морской воды. В частности, на фиг. 1 показан двигатель-генераторный блок 2, используемый в системе согласно настоящему изобретению. Двигатель-генераторный блок 2 содержит двигательную часть 3 и генераторную часть 4, соединенные вместе общим валом 5. Показаны пенетраторы 6 для подвода мощности и пенетраторы 7 для вывода мощности, пенетраторы - это электрические соединения, проходящие сквозь корпус 9 двигатель-генераторного блока 2. Корпус согласно настоящему изобретению не должен быть под давлением, в представленном варианте осуществления он может иметь довольно тонкостенную оболочку, так как заполнен нефтью или другой жидкостью, с компенсатором давления для компенсации давления до давления окружающей среды. В частности, показано выравнивающее давление устройство 8, также называемое компенсатор давления, и нефтяной охладитель 10. Однако корпуса, заполненные газом, должны быть корпусами под давлением. Пенетраторы 6 для подвода мощности соединены с двигателем и подводным протяженным кабелем ближе к надводным или береговым сооружениям. Пенетраторы 7 для вывода мощности соединены с генератором сегментом подводного протяженного кабеля вдали от береговых или надводных сооружений, ближе к подводным нагрузкам. По существу, между вводом и выводом мощности двигатель-генераторного блока нет соединения или электрической связи, пенетраторы 6 для подвода мощности, можно сказать, электрически изолированы от пенетраторов 7 для вывода мощности.Turning to FIG. 1, illustrating in the accompanying materials an engine-generator unit in which the pressure is compensated to the external pressure of sea water. In particular, in FIG. 1 shows an engine-generator unit 2 used in a system according to the present invention. The engine-generator unit 2 contains a motor part 3 and a generator part 4 connected together by a common shaft 5. Penetrators 6 for supplying power and penetrators 7 for outputting power are shown, penetrators are electrical connections passing through the housing 9 of the engine-generating unit 2. Housing according to the present invention should not be under pressure, in the presented embodiment, it can have a rather thin-walled shell, as it is filled with oil or other liquid, with a pressure compensator to compensate pressure to ambient pressure. In particular, a pressure equalizing device 8, also called a pressure compensator, and an oil cooler 10 are shown. However, gas filled enclosures must be pressurized casings. The penetrators 6 for supplying power are connected to the engine and the extended underwater cable closer to the surface or coastal structures. Penetrators 7 for power output are connected to the generator by a segment of an extended underwater cable far from coastal or surface structures, closer to underwater loads. Essentially, there is no connection or electrical connection between the input and output of the power of the engine-generator unit, the penetrators 6 for supplying power can be said to be electrically isolated from the penetrators 7 for outputting power.

Двигатель-генераторный блок, функционирующий как передаточный стабилизатор в подводном протяженном кабеле или кросс-кабеле, как раскрыто в настоящем изобретением, обычно имеет эквивалентное количество полюсов в двигателе и генераторе: изображенный двигатель-генераторный блок имеет 6-полюсный двигатель и 6-полюсный генератор. В результате частота входной мощности 25 Гц дает частоту выходной мощности 25 Гц, то есть частоты на входе и выходе одинаковы. В этом примере скорость вращения составляет всего 500 об/мин, что благоприятно с точки зрения потерь на трение.An engine-generator unit functioning as a transfer stabilizer in an underwater long cable or cross-cable, as disclosed in the present invention, typically has an equivalent number of poles in the engine and generator: the illustrated engine-generator unit has a 6-pole motor and a 6-pole generator. As a result, an input power frequency of 25 Hz gives an output power frequency of 25 Hz, i.e., the frequencies at the input and output are the same. In this example, the rotation speed is only 500 rpm, which is favorable from the point of view of friction losses.

На фиг. 2 проиллюстрирована система 1 согласно настоящему изобретению. Система содержит подводный протяженный кабель 11, разделенный на 3 участка 11s, участки соединены последовательно двигатель-генераторными блоками 2. Изображенный подводный протяженный кабель имеет ближний конец 11n на платформе над водой или на берегу. Привод с регулируемой скоростью 12 (ПРС (VSD)) находится на ближнем конце кабеля, чтобы регулировать подачу мощности и частоты на ближний конец кабеля и подачу напряжения на трансформатор, расположенный дальше ПРС (VSD) по ходу кабеля. В проиллюстрированном варианте осуществления нагрузки представляют собой компрессоры. В других вариантах осуществления подводный протяженный кабель может быть соединен непосредственно с сетью 15 и, таким образом, иметь постоянную передаточную частоту 50-60 Гц, или он может быть подсоединен к другим источникам энергии или другим, отличающимся от ПРС (VSD), средствам для регулирования частоты и мощности, например, к дизельному двигателю. В проиллюстрированном варианте осуществления подводный протяженный кабель имеет длину 600 км, так как содержит три участка 11s подводного протяженного кабеля длиной 200 км, соединенные последовательно. На ближнем конце кабель получает с поверхности мощность 150 МВт, мощность может быть подана на две подводные компрессорные нагрузки 13, расположенные на расстоянии 600 км, рабочая передаваемая частота в кабеле составляет, например, 25 Гц. При указанном уровне мощности максимальная стабильная дальность участка кабеля оценивается приблизительно в 200 км. При более высоких нагрузках или более высоких частотах максимальная дальность участка сокращается. Снижение нагрузки и частоты увеличивает максимальную дальность, однако, как обсуждалось ранее, существенное влияние оказывает множество факторов, по этой причине обобщать выбор максимальной дальности не рекомендуется, так как в каждом конкретном случае она должна рассматриваться отдельно. С каждой стороны двигатель-генераторных узлов между участками кабеля и между кабелем и одной из нагрузок, а также с обеих сторон поверхностного ПРС (VSD) расположены трансформаторы для преобразования мощностных характеристик в параметры, допустимые для работы двигатель-генераторных блоков, ПРС (VSD) и подключенных нагрузок. Нагрузки представлены компрессорами 13 с высокой скоростью двигателя, поэтому двигатель-генераторные блоки, соединенные с компрессорами, являются повышающими устройствами 14. Указанные повышающие передачи или устройства имеют число полюсов генератора большее, чем число полюсов двигателя, соотношения числа полюсов соответствуют частоте или повышающим отношениям скорости вращения. В данном примере подразумевается, что длины участков 11s кабеля, частота и напряжение одинаковы на ближнем конце и в трансформаторе на дальнем конце. Это наиболее благоприятное решение, однако следует отметить, что эти три параметра можно выбрать иначе, если установлено, что это целесообразно по техническим или экономическим причинам.In FIG. 2 illustrates a system 1 according to the present invention. The system comprises an underwater extended cable 11, divided into 3 sections 11s, the sections are connected in series by the engine-generator units 2. The illustrated underwater extended cable has a proximal end 11n on a platform above water or on shore. A variable speed drive 12 (VSD) is located at the near end of the cable to control the power and frequency to the near end of the cable and the voltage to the transformer located further down the VSD (VSD) along the cable. In the illustrated embodiment, the loads are compressors. In other embodiments, the underwater extended cable may be connected directly to the network 15 and thus have a constant transmission frequency of 50-60 Hz, or it may be connected to other energy sources or other means other than ORS (VSD) for regulating frequency and power, for example, to a diesel engine. In the illustrated embodiment, the undersea extension cable has a length of 600 km, since it contains three sections 11s of the underwater extension cable 200 km long, connected in series. At the near end, the cable receives 150 MW from the surface, the power can be supplied to two underwater compressor loads 13 located at a distance of 600 km, the operating transmitted frequency in the cable is, for example, 25 Hz. At the indicated power level, the maximum stable range of the cable section is estimated at approximately 200 km. At higher loads or higher frequencies, the maximum range is reduced. Reducing the load and frequency increases the maximum range, however, as discussed earlier, many factors have a significant effect, for this reason it is not recommended to generalize the choice of the maximum range, since in each case it should be considered separately. On each side of the engine-generator assemblies between the cable sections and between the cable and one of the loads, as well as on both sides of the surface ORS (VSD) there are transformers for converting the power characteristics into parameters that are acceptable for the operation of the engine-generator blocks, ORS (VSD) and connected loads. The loads are represented by compressors 13 with a high engine speed, therefore, the engine-generator units connected to the compressors are step-up devices 14. These step-up gears or devices have a number of generator poles greater than the number of motor poles, the ratio of the number of poles corresponds to the frequency or increasing speed ratios . In this example, it is assumed that the lengths of the cable sections 11s, frequency and voltage are the same at the proximal end and in the transformer at the far end. This is the most favorable solution, however, it should be noted that these three parameters can be chosen differently if it is established that it is advisable for technical or economic reasons.

Несколько из проиллюстрированных признаков могут изменяться. Тип и конструкция двигатель-генераторного блока легко может быть свободно изменена, поскольку электрические проблемы, описанные выше, не передаются от одного участка кабеля к следующему участку кабеля при их последовательном соединении. В качестве компонентов двигатель-генераторного блока можно использовать двигатели высокого напряжения и генераторы высокого напряжения, исключая трансформаторы или сокращая мощность трансформаторов. Системы согласно настоящему изобретению могут содержать любые признаки, описанные или проиллюстрированные в данном документе, в любой функциональной комбинации, каждая такая комбинация является вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ согласно настоящему изобретению может содержать любые признаки или шаги, раскрытые или проиллюстрированные в настоящем документе, в любой функциональной комбинации, каждая такая комбинация является вариантом осуществления настоящего изобретения. Подводный протяженный кабель или подводный кросс-кабель согласно настоящему изобретению может содержать любые признаки, раскрытые или проиллюстрированные в настоящем документе в любой функциональной комбинации, каждая такая комбинация является вариантом осуществления настоящего изобретения.Several of the features illustrated are subject to change. The type and design of the engine-generator unit can easily be freely changed, since the electrical problems described above are not transmitted from one cable section to the next cable section when connected in series. As components of the engine-generator unit, you can use high voltage motors and high voltage generators, excluding transformers or reducing the power of transformers. The systems of the present invention may contain any features described or illustrated herein in any functional combination; each such combination is an embodiment of the present invention. The method according to the present invention may contain any features or steps disclosed or illustrated herein in any functional combination, each such combination is an embodiment of the present invention. The underwater extension cable or underwater cross cable according to the present invention may contain any features disclosed or illustrated herein in any functional combination, each such combination is an embodiment of the present invention.

Claims

1. The power supply system of underwater electrical loads or loads receiving power through an underwater AC cross-cable, in particular, high-power underwater loads, characterized in that the system comprises an extended underwater AC cable or an underwater cross cable divided into at least at least two sections connected in series, each section having a length within the maximum length for a stable power supply at an operational power level and frequency for this portion, wherein the connection between the portions comprises a motor-generator unit, wherein the motor part is not electrically connected to the generator part, the motor-generator unit is placed in at least one housing.

2. The system of claim 1, wherein the engine-generator unit comprises a common shaft.

3. The system according to claim 1 or 2, in which each of the engine and generator contains more than 2 poles, for example, 4, 6, 8, 12, 24 or more poles.

4. The system according to claim 1 or 2, in which the engine-generator unit contains magnetic bearings.

5. The system according to claim 1 or 2, in which the loads include one or more of the following: an underwater compressor, an underwater multiphase pump, an underwater pump, a control system, a heating system, a valve actuator, a processing station, an uninterruptible power supply, rectifier, shore or surface point of the network or load at the far end of the cable and other loads.

6. The system according to claim 1 or 2, in which this system contains more than two sections of an underwater extended cable connected in series, for example, three or four sections.

7. A method of arranging a power supply system for underwater electrical loads or other loads receiving power through an underwater AC cross-cable, in particular high-power underwater loads, characterized in that the underwater extended electric cable or underwater cross-cable is divided into at least two series-connected sections, each of which has a length within the maximum length for stable power supply at the operating power level and frequency for this section, put m placement engine-generator unit between the portions so that the motor part is not electrically connected to the generator part, and the engine-generator unit arranged in at least one housing.

8. The use of an electric engine-generator unit capable of working under water to separate an underwater electric extended AC cable or an underwater AC cross-cable into sections with such a length that the operation of each section will be stable.

9. Underwater extended or underwater cross-cable for alternating current, characterized in that it is divided into at least two sections connected in series, each section having a length within the maximum length for stable power supply at operational power level and frequency for this section, the connection between the sections contains an engine-generator unit, in which the engine part is not electrically connected to the generator part, and the engine-generator unit is placed in at least one m enclosure.

10. The underwater cable according to claim 9, characterized in that the engine-generator unit contains magnetic bearings.

11. The power supply system of underwater electrical loads or loads receiving power through an underwater cross-cable, in particular underwater loads of high power, and to provide a flow for transporting hydrocarbons or other fluid through an underwater pipeline, characterized in that the system comprises:

extended underwater cable or underwater cross-cable, consisting of one section or divided into two or more sections of underwater cable connected in series, each section having a length within the maximum length for stable power supply at operational power level and frequency for this section;

an engine-generator unit arranged so as to connect portions of the cable and at the far end of the cable, the engine part being not electrically connected to the generator part, wherein the engine-generator unit is housed in at least one housing; or a static frequency-increasing device or variable speed drive located at the far end of the cable and, optionally, so as to connect portions of the cable, and

equipment for electric heating, functionally located from the specified submarine cable to the pipeline, in order to heat the pipeline.

12. The system of claim 11, wherein the electrical heating equipment is designed to be directly heated by electric current, heated by a heat sink or other electric heating, separately or in combination, and connected to a generator at the end of an underwater extended cable and, optionally, also to other generators along the underwater cable or connected from static frequency-increasing devices or drives with adjustable speed to heat the pipeline in case of blocking the flow in the pipeline.

13. The system of claim 11 or 12, wherein the loads include submersible pumps or compressors, or both, arranged so as to increase the pressure of the fluid for transporting hydrocarbon fluids through an underwater pipeline that receives power through an extended subsea a cable consisting of one or more sections, and in case of overlapping of the underwater pipeline, the underwater cable is designed to electrically heat the underwater pipeline to prevent the formation of hydrates.

14. The system according to p. 11 or 12, characterized in that the underwater extended cable is one of the following:

an extended underwater AC cable, consisting of one or more sections, each section having a length allowing operation of functionally connected loads with the same frequency and power level as in the cable, while at the end and between the cable sections there is a motor-generator unit; the engine-generator unit at the far end of the cable is a static frequency-increasing device or rectifier, and equipment for electric heating of the pipeline receives power from at least one of the generators

an extended underwater AC cable consisting of one or more sections, each section having a length that allows operation of functionally connected loads with the same frequency and power level as in the cable, while a static frequency-increasing device or variable speed drive is located (located ) at the far end of the cable and, optionally, so as to connect the cable sections, and from at least one of the frequency-increasing devices or drives with variable speed receives power supply equipment for electric heating of the pipeline, or

an extended underwater DC cable, consisting of one or more sections, each section having a length that allows operation of functionally connected loads with the same voltage and electric current level as in the cable; wherein the inverter is located at the far end of the cable and, optionally, so as to connect the cable sections, each inverter being one of the following: a motor-generator unit or a static inverter, and electrical equipment for receiving electric power from at least one of the inverters heating the pipeline.