CN110534293A - 一种容错水下变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容错水下变压器，其包括一个安装在另一个之上的两个罐的布置。下部容器容纳绕组和变压器的核心，并位于上部罐的下方并靠在上部罐上。两个罐都装有相应的介电油。用于主要和次要电源连接的电气端子位于第二个容器或仪表箱上，导体穿过仪表箱，然后通过共用壁到达变压器箱。该设计允许通过下部容器的单个壁部分以及改进的变压器冷却。

Description

一种容错水下变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体为一种容错水下变压器。

背景技术

背景技术在海底石油和天然气工业中，通常期望在海床上执行某些流体处理活动。例子包括流体泵（单相和多相）和压缩机（气体压缩机和“湿气”压缩机）。海底泵和压缩机通常由电动机驱动，电动机通过来自地面设施的一个或多个脐带电缆由三相电力供电。特别是在脐带电缆相对较长的情况下，希望通过脐带电缆以较高电压传输电能并使用海底变压器降压至适合海底电动机使用的电压。

背景技术海底变压器部件通常浸没在容纳在罐内的变压器油中。然而，罐壁的通过点，例如与供电和负载导体的电连接，是潜在的故障源。为了提高可靠性，一些海底变压器使用了“罐中罐”布置，其在图1中示意性地示出。10.在某些情况下，使用通常用于表面应用的标准变压器箱作为内箱，然后将其封闭在第二外箱中。因此，罐内罐的设计是

能够在海水和有源元件（绕组）之间提供双重屏障和核心的变压器。

发明内容

提供本发明内容是为了介绍进一步的概念选择在下面的详细描述中描述。本摘要无意识别关键所要求保护的主题的基本特征，也不旨在用作辅助限制所要求保护的主题的范围。

描述了一种海底变压器，其包括：一组主要线圈绕组;第二组线圈绕组;以及由第一罐壁限定的第一密封罐容纳一组和二组线圈绕组和第一介电油沐浴初级和次级线圈绕组。配置第一罐壁用于在海底环境中长期部署。变压器还包括a第二个密封罐，容纳第二个介电油，并位于第二个密封罐附近第一密封罐，使得第一和第二罐共用第一罐壁的一部分;一种安装在第二罐上的一组主端子连接到第一电气装置通向第一组线圈绕组并穿过第二个槽的传导路径，第一个罐壁的共用部分和第一个罐。变压器进一步包括一组安装在第二罐上的辅助端子，连接到第二罐电气传导路径到次级线圈绕组并通过第二个水箱，第一个水箱壁的共用部分，并进入第一个水箱。

根据一些实施例，第一罐壁的共用部分小于第一罐的总表面积的约50％，并且第一罐壁的非共享部分构造成与环境直接接触为第一层介电油提供冷却的海水。根据一些实施例，第一罐壁的共用部分小于第一罐的总表面积的约30％。当（1）海水泄漏到第二个水箱但第一个和第二个水箱之间没有泄漏，或（2）第一个和第二个水箱之间存在泄漏但海水没有泄漏到第二个水箱时，海底变压器可以保持运行罐。

根据一些实施例，变压器还包括：第一压力补偿器，其与第一罐流体连通并且构造成平衡第一罐的内部压力与第二罐内的环境海水压力和/或压力;第二压力补偿器，与第二罐流体连通，并配置成平衡第二罐的内部压力与环境海水压力。第一压力补偿器可以容纳在第二罐内。

根据一些实施例，仪器可以容纳在第二罐内，并且第一罐中的温度传感器可以用于测量第一介电油的温度。根据一些实施例，集成的高电阻接地系统容纳在第一罐内，互连并配置成在次级绕组的中性节点和地之间提供高电阻接地路径。根据一些其他实施例，基于海水的高电阻接地系统可以安装到海底变压器的外部部分并暴露于环境海水。

变压器可以配置成向用于处理从地下岩层产生的含烃流体的海底马达供电。海底马达可用于驱动海底设备，例如海底泵，压缩机或分离器。

附图说明

图1是示出根据一些实施例的其中部署容错海底变压器的海底环境的图示;

图2是根据一些实施例的容错海底变压器的透视图;

图3A和3B是示出根据一些实施例的容错海底变压器的各种组件和方面的剖视图;

图4,5,6和7是根据一些实施例的容错海底变压器的俯视图，前视图，仰视图和侧视图。

图8是示出已知的海底变压器的各方面的示意图。

具体实施方式

本文所示的细节是作为示例，并且仅出于对本主题公开的实施例的说明性讨论的目的，并且在提供被认为是最有用且易于理解的原理的描述的原因中呈现。本主题公开的概念方面。在这方面，没有试图比对本主题公开的基本理解所必需的更详细地示出本主题公开的结构细节，通过附图进行的描述使得本领域技术人员明白如何几种形式的本公开可以在实践中体现。此外，各附图中相同的附图标记和名称表示相同的元件。

已知的罐内罐设计，例如图1中所示，用于在海水和变压器的有源部件（绕组和铁芯）之间提供双重屏障。然而，随着变压器油箱周围的附加油箱，与单油箱设计相比，这种设计确实受益于环境海水冷却。根据一些实施例，描述了两个罐的布置，其中容纳绕组和芯的变压器邻近并与仪表箱共用壁。两个罐都装有相应的介电油。用于主电源连接和辅助电源连接的电端子位于第二/仪表箱上，导体穿过仪表箱，然后通过共用壁连接到变压器箱。

图1是示出根据一些实施例的其中部署容错海底变压器的海底环境的图。

在海底100a示出了站120，其位于若干井口的下游，例如，用于从地下岩层中产生含烃流体。站120包括海底泵模块130，其具有由电动机驱动的泵（或压缩机）。站120连接到一个或多个脐带电缆，例如脐带132.在这种情况下，脐带管从平台112穿过海水102，沿着海底100到达站120.在其他情况下，脐带可以从其他一些地面设施运行，如浮式生产，储存和卸载装置（FPSO），或岸基设施。在许多情况下，为了减少能量损失，期望以比泵模块130中的电动机所使用的电压更高的电压通过脐带传输能量。因此，站120还包括变压器140，根据一些实施例，变压器140是降压变压器，其被配置为将通过脐带132传输的较高电压三相电力转换为较低电压的三相电力以供泵模块使用。除了泵模块130和变压器140之外，站120还可包括各种其他类型的海底设备，包括其他泵和/或压缩机。脐带132还可用于提供屏障和其他流体，以及用于站120中的海底设备的控制和数据线。注意，尽管变压器140在本文中称为三相降压变压器，但是技术这里描述的同样适用于其他类型的海底变压器，例如具有其他数量的相。

图2是根据一些实施例的容错海底变压器的透视图。容错海底变压器140包括两个金属罐：下箱210容纳变压器绕组和芯，而上箱220容纳仪表，外部端子230和有源变压器部件之间的电互连。在图1中可见。图2中示出的是下箱钢壁212和外部钢框架214.上箱220还具有围壁222和顶盖224.上箱具有两个金属补偿器232和234，每个金属补偿器包括柔性波纹管和保护结构，并且配置成平衡上箱220中的介电油与外部环境海水之间的压力。

图3A和3B是示出根据一些实施例的容错海底变压器的各种组件和方面的剖视图。参考图1。如图3A所示，海底变压器140包括下箱壁212.下箱（或变压器箱）内部是变压器的有源部分332，其包括用于三相的初级和次级绕组以及变压器芯。活动部分332通过下箱壁212和下箱盖336密封在下箱中。上箱壁222围绕上箱（或仪表箱）220，其包括下箱补偿器334和335。用于补偿由于温度波动引起的压力变化的下部容积。还包括但未示出在上部箱220中的是用于外部端子230的仪表和衬套（如图2所示）。下部罐补偿器334和335包括柔性波纹管结构，其从下部罐填充油，使得它们平衡下部罐210和上部罐220之间的压力。下部罐盖336，上部罐壁222和上部罐盖356限定上部罐220.上部罐上方是上部罐补偿器232和234，其配置成补偿压力

上罐内的变化。因此，下箱补偿器334和335与上箱补偿器232和234“串联”地设置。

由于如图所示的罐的布置，变压器是容错的，因为如果其中一个罐障碍失效，则变压器保持完全可操作。根据一些实施例，提供了一种海底变压器箱密封系统，其将用于活动部件的单个下箱壁与海水与所有活动部件和开放连接之间的双密封理念组合。单壁钢制下罐可提高冷却性能，双密封理念可提供冗余。系统中任何地方的单个密封失效都不会导致电气系统故障。

再次参见图1。在下部槽210内可见的图3A是变压器140的有源部分332，其包括缠绕在变压器芯376上的三组初级和次级绕组370,372和374.导体382电连接到初级和次级绕组370，372和374穿过下箱盖336中的衬套，以与外部端子（图3A中不可见）进行电连接，用于初级和次级连接。例如，示出了次级相导体386连接到绕组370的次级绕组并且经由衬套384穿过下部箱盖336.注意，尽管在图3中仅示出了三个导体和衬套。如图3A所示，在图3中还有三个导体和衬套是不可见的。3A。中性导体360直接连接到次级绕组的中性节点以用于三相（即，以“Y形”配置布置）。

中性导体360连接到集成的HRG装置320，在这种情况下，其显示在绕组370,372和374下方.HRP装置320是通过导体362电连接到地，其可以是例如下箱盖336或下箱壁212.根据一些实施例，变压器箱壁接地并通过连接到脐带终端头（未示出）接地，并且直到容器或表面设施，例如图1中所示的平台112。根据一些实施例，来自HRG装置320的导体经由套管穿过下箱盖336并进入上箱220，其中接地故障测量系统被配置为感测指示接地故障的电流。关于集成HRG设备的进一步细节，参见共同未决的美国专利申请序列No.。

上罐220填充有环境流体（例如介电油），并容纳连接系统和仪器。尽管上部罐220填充有环境流体，但是罐220被设计并且有资格耐受海水。根据一些实施例，上部罐220包括下部容积380，其用作可以收集一定量海水的“沼泽”。如果上水箱220和海洋之间发生泄漏，少量环境流体将泄漏到海洋，但系统将可操作。如果上隔室和下隔室之间发生泄漏，系统也将运行。请注意，即使在两个障碍发生故障组合的某些情况下，系统仍可保持运行。

在图1中可见。图3B是根据一些实施例的内部/外部流体流动模式的图示。当变压器的有效部分产生热量时，下部箱210内的变压器油上升并偏离下部箱盖336，如虚线箭头所示。加热的油靠近罐210的外壁212行进，在那里它被环境海水冷却。加热的海水如虚线箭头所示循环。以这种方式，热量沿箭头390所示的方向从下部罐的活动部分向环境海水输送。与诸如图1所示的“罐中罐”型设计相比，下罐210的单壁部分392中产生的热量更有效地传输。

图4,5,6和7是根据一些实施例的容错海底变压器的俯视图，前视图，仰视图和侧视图。在图1中。4，上部油箱补偿器232和234是可见的。在图1中。在图5中示出了包括端子510的次级端子，其安装在上部罐220的外部。以虚线示出的次级相导体包括次级相导体386，其在绕组370的次级绕组与次级端子510之间形成导电路径。总线384，在底视图中。图6是侧视图。如图7所示，主相端子610和副端子620都是可见的。在图1中。在图7中，次级相导体386以虚线示出，穿过套管384以与次级端子610中的一个连接。类似地，初级相导体786以虚线示出，通过下部的母线784与一个初级端子610连接。

图8是示出已知的海底变压器的各方面的示意图。在图1中。如图8所示，这是“罐中罐”布置的示例，变压器800包括容纳在内罐820内的芯和绕组810.在一些情况下，芯和绕组810和内罐820是相似的。或相同的设计，如表面应用中常用的那样。为了提供用于海底应用的双重屏障，内罐820完全容纳在外罐830内，如图所示。包括压力补偿器840以平衡外罐容积和环境海水之间的压力。在一些情况下，内壁820足够柔韧，以便不需要单独的压力补偿系统。

虽然通过上述实施例描述了本主题公开，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本文公开的发明构思的情况下，可以对所示实施例进行修改和变化。

此外，尽管结合实施例描述了一些实施例在各种说明性结构中，本领域技术人员将认识到，可以使用各种特定结构来体现该系统。因此，除了所附权利要求的范围和精神之外，本主题公开不应被视为受限制。

Claims (10)

1.一种容错水下变压器包括：一组主要的线圈绕组;第二组线圈绕组;由第一罐壁限定的第一密封罐，并且容纳所述第一罐和罐第二组线圈绕组和第一介电流体，其洗涤所述初级和次级线圈绕组组，所述第一箱壁构造成用于部署在海底环境中;第二密封罐，容纳第二介电流体并邻近第一密封罐定位，使得第一和第二罐共用第一罐壁的共用部分;安装在所述第二罐上的一组主端子连接到第一罐通向所述初级线圈绕组并通过所述第二槽的导电路径，所述第一槽壁的共用部分进入所述第一槽;和一组安装在所述第二罐上的次级端子，连接到所述第二组线圈绕组的第二导电通路，并穿过所述第二罐，所述第一罐壁的共用部分进入所述第一罐。

2.根据权利要求1所述的海底变压器，其中所述第一罐壁的所述共用部分小于所述第一罐的总表面积的约50％，并且其中所述第一罐壁的非共用部分被配置为直接的。

3.根据权利要求2所述的海底变压器，其中所述第一罐壁的所述共用部分小于所述第一罐的总表面积的约30％。

4.根据权利要求1所述的海底变压器，其中所述海底变压器配置成当海水泄漏到所述第二罐中时保持运行，但在所述第一和第二罐之间不存在泄漏。

5.根据权利要求1所述的海底变压器，其中所述海底变压器配置成当所述第一和第二罐之间存在泄漏但没有海水泄漏到所述第二罐中时保持运行。

6.根据权利要求1所述的海底变压器，还包括第一压力补偿器，所述第一压力补偿器与所述第一罐流体连通，并且构造成平衡所述第一罐的内部压力与所述第二罐内的环境海水压力和/或压力。

7.根据权利要求6所述的海底变压器，还包括第二压力补偿器，所述第二压力补偿器与所述第二罐流体连通，并且构造成平衡所述第二罐的内部压力与环境海水压力。

8.根据权利要求7所述的海底变压器，其中所述第一压力补偿器至少部分地容纳在所述第二罐内。

9.根据权利要求1所述的海底变压器，还包括一个或多个装在所述第二个罐内的仪器。

10.根据权利要求1所述的海底变压器，还包括温度传感器定位并配置成测量第一介电流体的温度。