用於可斷開的海上能量裝置的陣列纜線的連接系統的製作方法

2023-06-10 20:12:11

對相關申請的交叉引用本申請要求了2014年10月27日提交的標題為「用於可斷開的海上能量裝置的陣列纜線的連接系統(connectionsystemforarraycablesofdisconnectableoffshoreenergydevices)」的美國臨時專利申請62/069,235的益處。美國臨時專利申請62/069,235的內容在此以引用的方式併入。發明背景本發明涉及一種海上能量轉換器單元。具體地講，本文所公開的技術提供一種將陣列纜線連接到海上能量電場的單獨海上能量轉換器單元的新穎方式。發明概要本發明涉及海上能量電場的單獨海上能量轉換器(oec)單元之間的(用於電力連接和通信的)陣列纜線連接。具體來說，本發明實現了每個單獨oec單元的快速斷開連接和重新連接，同時保持在相鄰oec單元之間的能量和信息的流動。所公開的主題涉及一種海上能量裝置的浮動連接器。所述浮動連接器包括浮標，所述浮標具有長的桅狀浮子，其中所述浮標為所述浮動連接器提供了浮力。所述浮動連接器還包括至少兩條海底纜線，所述至少兩條海底纜線用於連接到所述海上能量裝置。所述浮動連接器還包括接頭盒，所述接頭盒用於聯接到所述海上能量裝置，並且用於使所述海底纜線電連接到所述海上能量裝置的開關設備。當所述接頭盒被聯接到所述海上能量裝置時，經由所述開關設備通過所述海上能量裝置完成有所述至少兩條纜線的電路。所公開的主題還涉及了一種安裝海上能量轉換器裝置的浮動連接器系統的方法，所述方法包括：從海床拾取纜線陣列的預鋪設區段的兩個纜線端部。接著，在所述浮動連接器系統內連接所述兩個纜線端部。所述連接器系統包括浮標，所述浮標具有長的桅狀浮子，其中所述浮標為所述浮動連接器系統提供了浮力。所述連接器系統還包括至少兩條纜線，所述至少兩條纜線用於將所述海上能量裝置連接到其它海上能量轉換器裝置。所述連接器系統還包括接頭盒，所述接頭盒用於聯接到所述海上能量裝置，並且用於使所述至少兩條海底纜線電連接到所述海上能量裝置的開關設備。當所述接頭盒被聯接到所述海上能量裝置時，經由所述開關設備通過所述海上能量裝置完成有所述至少兩條海底纜線的電路。所公開的主題還涉及了一種海上能量裝置的浮動連接器，所述浮動連接器包括浮標，所述浮標具有長的桅狀浮子。所述浮標為所述浮動連接器系統提供了浮力。所述浮動連接器還包括單條纜線，所述單條纜線用於將所述海上能量裝置連接到其它海上能量轉換器裝置。所述浮動連接器還包括接頭盒，所述接頭盒用於聯接到所述海上能量裝置，並且用於使至少兩條纜線電連接到所述海上能量裝置的開關設備。當所述接頭盒被聯接到所述海上能量裝置時，經由所述開關設備通過所述海上能量裝置完成有所述至少兩條纜線的電路。所述單條纜線用於將最後一個海上能量轉換器裝置連接到一系列海上能量轉換器裝置。附圖簡述圖1a-1c描繪了海上能量電場布局。圖2描繪了具有用作位置保持系統的電纜的浮動i型管。圖3示出了具有使用浮動i型管的多個海上能量轉換器裝置的海上能量電場。圖4a-4b示出了海上能量轉換器的斷開連接。圖5a示出了呈生產狀態的電纜平臺連接。圖5b示出了呈被斷開連接的i型管狀態的電纜平臺連接。圖6提供了浮動i型管的部件的表示。圖7描繪了浮動i型管、接頭盒和電連接，其中蓋件處於打開位置。圖8a-8b提供了針對不同位置和環境條件的替代浮動i型管配置的表示。圖9提供了用於海上能量電場的預鋪設的陣列纜線的圖示。圖10示出了來自海上操錨船的浮動i型管的部署。圖11描繪了使用拉頭和導線的陣列纜線的安裝。圖12示出了處於浮動狀況的浮動i型管的測試結果。詳細描述以下所闡述的詳細描述旨在作為主題技術的各種配置的描述，並且並不旨在表示可實踐主題技術的唯一配置。附圖併入本文，並且構成詳細描述的一部分。詳細描述包括具體細節，目的在於提供對主題技術的透徹理解。然而，本領域的技術人員將清楚和顯而易見的是，主題技術並不限於本文所闡述的具體細節，並且可以在無這些具體細節的情況下進行實踐。在一些情況下，眾所周知的結構和部件是以方框圖的形式示出，以便避免模糊主題技術概念。背景部分中討論的主題不應僅僅因為在
背景技術：
：：部分中被提及到而假定為現有技術。類似地，背景部分中提及的或與背景部分的主題相關聯的問題不應被假定為在先有技術中已認識到。背景部分中的主題僅僅表示不同方法，在這些方法中和這些方法本身也可以對應於要求保護的發明的實現方式。參考所公開的技術進行以下詳細描述。優選實現方式被描述來用於說明所公開的技術，而非限制該技術的範圍，該技術的範圍是由權利要求限定。本領域的普通技術人員將認識到說明書的各種等效變化。系統採用浮標(在本文中被標記為「浮動i型管」)，浮標是由長的桅狀浮子構成，用作纜線i型管而來保護兩條陣列纜線。在正常生產中，在使用可斷開連接器時，浮動i型管被附接到再生能量裝置，並且兩條或更多條陣列纜線被連接到板載開關設備。這個概念允許oec單元從位置上移走(例如，出於操作和維護要求)，而不失去與串聯地連接的其它oec單元的連接，從而使電場中的生產損失最小化。在不存在能量裝置的情況下，浮動i型管可以在具有兩條或更多條經連接的陣列纜線的位置浮動，並且用作位置保持系統。本發明還顯著地減少了連接和斷開時間，從而允許容易地使oec斷開連接並且被拖到岸邊以進行維護操作。岸邊進行維護有助於避免對用來進行海上作業的專用船的需要。本發明還使得容易在oec的甲板水平處接取電纜端部。存在將oec電場中的陣列纜線連接起來的不同方法。標題為「海上電力設備安裝方法和系統(offshoreelectricalplantinstallationmethodandsystem)」的wo2013050755中描述了一種使用可幹配合的連接器來安裝海上海底電纜的方法。然而，在所引用的發明中，在連接後，連接器需要下降到海床，並且如果需要斷開連接，就會向上拉回。標題為「具有預安裝的系泊系統的可移除海上風力渦輪機(removableoffshorewindturbineswithpre-installedmooringsystem)」的美國專利號8,729,723b2中描述了一種可斷開海上風力發電機，這種可斷開海上風力發電機由具有兩個或更多個風力渦輪機的浮動平臺構成，其中浮動平臺被連接到系泊線和陣列纜線連接到的第二浮子。支撐該風力發電機的平臺根據風向圍繞系泊平臺自由旋轉，更像是用於油氣行業中使用的浮式生產儲載(fpso)單元的塔架。ep2110307b1中描述的「系泊系統」中描述的pelamis概念還呈現了一種易於進行oec的連接和斷開的可斷開的潛水浮標。然而，本發明還需要溼配合連接器，所述溼配合連接器可能不適應於多兆瓦oec的電纜的高電壓。近年，已發展了若干海上能量轉換器oec，用於開發位於海上的天然和再生能量(風、浪、流和其它能量)。根據位點深度，這些裝置中的許多裝置採用浮動支撐結構，如標題為「具有積水板的柱穩定的海上平臺和用於支撐海上風力渦輪機的不對稱的系泊系統(column-stabilizedoffshoreplatformwithwater-entrapmentplatesandasymmetricmooringsystemforsupportofoffshorewindturbines)」的美國專利號8,471,396b2或以上所引用的pelamis概念中描述的windfloat。這些浮動oec的一個優點是能夠被拖到岸邊以進行維護操作，從而避免使用昂貴海上起重機或施工船。然而，這樣做時，必須要使連接到oec的所有系泊線和陣列纜線斷開連接。此外，大多數的海上能量電場都依賴於陣列纜線，從而以串聯的方式連接若干單元。圖1a-1c描繪了海上能量電場布局，包括位置保持系統100、陣列電纜110、岸邊纜線112和oec裝置102-108。在具有多個oec裝置102-108(參見圖1a)的海上電場的情況下，移走oec裝置106將意味著失去與oec裝置102-104的連接，這些oec裝置在一個oec裝置(即，oec裝置106)已經斷開連接後進行連接，如圖1b所示。通過使用浮動浮標114連接兩條陣列纜線，本發明將允許在移走oec裝置的同時，保持電力在海上再生電場內流動，如圖1c所示。如圖2所示，本發明採用了浮動i型管202，浮動i型管能夠支撐連接到每個再生能量裝置的兩條或更多條電纜204。當由於運作和維護操作需要移走能量裝置時，可使浮子簡單地與平臺斷開連接並下降到海平面。當將oec斷開連接並拖到岸邊進行修理時，電纜可以用作該浮子的位置保持系統。一旦已將oec進行修理、拖回海上並重新連接到系泊系統，i型管可能會被拉回平臺並剛性連接到平臺，以便用作永久i型管。這個系統確保即使移走平臺，電力仍然流向相鄰的渦輪機。在一些實施方案中，本發明還可應用於一系列裝置中的最後一個再生能量裝置。在這種情況下，單條纜線可以延伸穿過i型管，並且將裝置連接到電網。在最後一個單元將需要被斷開連接的情況下，i型管保持在適當位置處，從而使得電纜在表面水平上浮動。連接和斷開方法如圖3所示，在正常操作過程中，浮動i型管202剛性地附接到oec302。為了將i型管202與平臺304斷開連接，浮動i型管202將下降至其浮動吃水深度處，如圖4a-4b所示，然後利用小型支援船將其拉離oec。只有在oec位置保持系統斷開連接時才必需要這樣。浮子被設計為用於在oec在岸上以進行操作和維護活動時支撐兩條或更多條電纜。在部署前，浮動i型管的封閉隔間可以被加壓以保證所需浮力。在主要運作和維護操作之後，可使平臺到達位置並且掛在其系泊系統。然後，反轉斷開連接過程，並且可以利用小型船來將i型管浮子推回平臺。位於oec的底部的護板將會將浮標引導到適當位置，從而限制浮動i型管的運動。在oec上的絞盤可以用來拉起浮子，對於淺水位置，這將需要低於15噸的張力。然而，張力要求可根據水深而變化。電纜連接為了允許在大型運作和維護操作的情況下進行陣列纜線的電導體的快速連接和重新連接，可以使用典型可分離高壓t型連接器(例如，如nexans或nkt目錄中所述)。為了將陣列纜線與oec單元連接，可以採用接頭盒。至少一個接頭盒將位於浮動i型管上。在正常生產過程中，兩條或更多條海底纜線502被連接到所連接到i型管的頂部的接頭盒506上的oec開關設備的預接線的oec纜線504，如圖5a所示。接頭盒506將允許通過使用工業標準可分離電連接器來進行導體的快速斷開連接和重新連接。當oec生產能量時，延伸穿過i型管的兩條海底纜線502被連接到來自在oec單元上的開關設備的纜線504。如果需要取出oec，那麼來自oec開關設備的纜線504與在浮動i型管上的接頭盒506斷開連接。在這種狀況下，電力可以在兩個相鄰oec之間流動，並且i型管已準備好進行部署，如圖5b所示。浮動i型管部件圖6呈現了本發明的浮動i型管202的部件。浮動i型管202包括吊眼板602、封閉隔間604、i型管606和喇叭口608。吊眼板602提供用於在與oec連接和斷開期間操縱i型管202的裝置(例如，將i型管吊起到oec)。它還便於移走封閉隔間604的蓋件，以便實現對電連接器的維護接取。這個封閉隔間604在正常生產和浮動情況下為纜線電連接器提供了所需保護。根據oec單元類型和水深，浮動i型管的相對尺寸可以不同。如圖7所示，其描繪了浮動i-型管接頭盒和電連接，連接器的尺寸以及連接器的最小彎曲半徑將會促成該布置的總體尺寸。圖6中的i型管606保護電纜免於懸掛在喇叭口608的出口處。在使用空氣密封法蘭保證浮動i型管的氣密性時，i型管606和封閉隔間604可由標準鋼管制造出來。典型尺寸可為在0.6至1.5米之間變化的直徑，以及取決於oec的設計的長度。可對封閉隔間604和i型管606進行加壓，以便將水位下降至低於浮動i型管的平均浮動水平。i型管內的剩餘水位將有助於在浮動模式下穩定i型管。喇叭口管在纜線出口點處為彎曲加強件610提供了連接點。來自渦輪機的纜線將連接到浮動i型管上的接頭盒506。圖7示出了在連接到oec時的浮動i型管202、接頭盒506和電連接器702。如圖7進一步所示，可吊起該封閉隔間的蓋件704以提供對電連接器702的接取，從而允許運作和維護操作。該封閉隔間的蓋件704可在操作持續時間期間存儲在甲板708上。在作業完成後，再次覆蓋封閉隔間以保護電連接。在安裝過程中，使用i型管的頂部上的a型框架706來將其連接到平臺、打開封閉隔間，並且拉動電纜穿過i型管。在一些實施方案中，無法通過i型管202提供足夠浮力，並且因此額外浮子區段802可能是必需的，如圖8a所示。對於一些位置，在高流速或大水深的情況下，可以採用浸沒設計，如圖8b所示。在這種情況下，電纜204直接地連接到平臺水平。當部署i型管202時，浮標804可以被完全地浸沒並且在水柱中的中間平衡位置處浮動。安裝方法本發明實現了兩種可能安裝方法，根據兩種方法，在oec被連接到它們位置保持系統後，在oec單元安裝或後鋪設前，可預鋪設陣列纜線。陣列纜線預鋪設由於浮動i型管浮標具有使用陣列纜線作為其位置保持系統維持位置的能力，因此它可在oec單元安裝到位前進行部署。然後，在將實際oec單元運輸到位置前，將會安裝陣列纜線網絡。圖9示出了用於海上能量電場的預鋪設的陣列纜線902。這種安裝方法首先將會通過將陣列纜線的所有區段預鋪設在海床上而開始。兩個纜線端將會被部署在靠近每個oec的位置。在使用操錨船運送浮動i型管202時，將會從海床拾取兩個纜線端部並使其在浮動i型管202內連接。圖10示出了在海上能量電場的陣列纜線902的預鋪設操作過程中來自海上操錨船1002的浮動i型管202的部署。然後，操錨船將會將浮動i型管202部署在海上能量電場的第一oec的位置上，並且接著移向下一oec位置來重複過程並安裝新的浮動i型管。然後，可以將oec單元運輸到位置。一旦緊固到其位置保持系統，浮動i型管將通過上述裝置聯接到oec單元。陣列纜線後鋪設例如，在oec安裝在它們位置上並連接到它們位置保持系統後，也可以後鋪設陣列纜線。在這種情況下，浮動i型管202可在其在岸上最終組裝階段期間準備好連接到oec。然後，在使用拉頭和導線從oec拉出纜線時，可以如同在固定i型管的情況下那樣安裝陣列纜線902，如圖11所示。浮動i型管的生存性當與oec單元斷開連接時，浮動i型管被設計為在其現場的各種環境條件下生存。這種設計針對在其浮動狀況下在1年風暴事件期間的特定位置進行研究(如圖2所繪)。在考慮到由於在結構上的波和流而造成的流體動力學負載的情況下，數字代碼orcaflex用於分析浮動i型管。考慮具有聯合北海波浪觀測項目(jonswap)頻譜的不規則波，其中有效波高在3至7.65米的範圍內，其中波的周期為13.6秒。結果概述在圖12中示出。浪湧和搖擺的水平偏移(分別為「xx」和「yy」)示出不會對相鄰oec單元造成影響的約束運動。保證最小氣隙，從而確保i型管未完全地浸沒。上述度量並不代表可分析的詳盡特徵列表，因為可以併入其它度量。另外，度量可單獨使用或彼此組合使用。因此，說明本文所公開的技術的使用的實例不應被認為是限制性的或優選的。以上所提供的實例僅僅用於說明所公開的技術，而不使其過於複雜。預期不會說明所有所公開的技術。本領域的普通技術人員將會了解，本公開的一個或多個實現方式存在許多潛在應用，並且因此，本文所公開的實現方式不旨在以任何方式來限制本公開。所公開的主題還涉及一種海上能量裝置的浮動連接器。所述浮動連接器包括浮標，所述浮標具有長的桅狀浮子，其中所述浮標為所述浮動連接器提供了浮力。所述浮動連接器還包括至少兩條海底纜線，所述至少兩條海底纜線用於連接到所述海上能量裝置。所述浮動連接器還包括接頭盒，所述接頭盒用於聯接到所述海上能量裝置，並且用於使所述海底纜線電連接到所述海上能量裝置的開關設備。當所述接頭盒被聯接到所述海上能量裝置時，經由所述開關設備通過所述海上能量裝置完成有所述至少兩條纜線的電路。在一些實施方案中，所述浮動連接器可以包括吊眼板，所述吊眼板被安置在所述柱狀浮子的頂部處，其中所述吊眼板提供附接點，絞盤可附接到所述附接點，以便吊起所述浮動連接器系統。所述浮標和所述接頭盒可以安置在封閉隔區中，所述封閉隔區容置所述接頭盒和所述至少兩個電纜。所述封閉隔間可以容納加壓空氣，以對所述浮動連接器系統的所述浮力進行控制，並且所述空氣可加壓至某個水平，使得所述浮動連接器系統被完全地浸沒並且在水柱中的中間平衡位置處浮動。在一些實施方案中，所述浮動連接器系統可以包括一個或多個喇叭口，所述喇叭口安置在所述桅狀浮子的底部。所述喇叭口為彎曲加強件提供了附接點。所述彎曲加強件從位於所述桅狀浮子的所述底部的所述一個或多個喇叭口而延伸，並且對所述至少兩條纜線中的每者的被所述彎曲加強件覆蓋的區段提供剛性。當所述至少兩條纜線電連接到所述海上能量裝置的所述開關設備時，由所述海上能量轉換器裝置生成的能量能夠從所述海上能量轉換器裝置傳輸到所述至少兩條纜線。所述至少兩條纜線中的至少一者可以電連接到岸邊纜線，其中所述岸邊纜線將由所述海上能量轉換器裝置生成的能量傳輸到岸邊。在一些實施方案中，所述浮標可以包括額外浮子，用於提供額外浮力。在一些實施方案中，當所述接頭盒與所述海上能量裝置斷開聯接並且所述至少兩條纜線與所述開關設備斷開連接時，可通過將任一對的所述至少兩條纜線彼此連接而完成電路。所述浮動連接器系統聯接到的所述海上能量轉換器裝置還可被連接到一個或多個系泊線，以確保位置保持。還公開了一種安裝海上能量轉換器裝置的浮動連接器系統的方法。從海床拾取纜線陣列的預鋪設區段的兩個纜線端部。接著，在所述浮動連接器系統內連接所述兩個纜線端部。所述連接器系統包括浮標，所述浮標具有長的桅狀浮子，其中所述浮標為所述浮動連接器系統提供了浮力。所述連接器系統還包括至少兩條纜線，所述至少兩條纜線用於將所述海上能量裝置連接到其它海上能量轉換器裝置。所述連接器系統還包括接頭盒，所述接頭盒用於聯接到所述海上能量裝置，並且用於使所述至少兩條海底纜線電連接到所述海上能量裝置的開關設備。當所述接頭盒被聯接到所述海上能量裝置時，經由所述開關設備通過所述海上能量裝置完成有所述至少兩條海底纜線的電路。在一些實施方案中，所述方法還包括當所述兩個纜線端部在所述浮動連接器系統內連接時，部署所述浮動連接器系統。在一些實施方案中，所述浮動連接器系統還包括吊眼板，所述吊眼板被安置在所述桅狀浮子的頂部處，其中所述吊眼板提供附接點，絞盤可附接到所述附接點，以便吊起所述浮動連接器系統。另外，所述浮動連接器系統的所述浮標和所述接頭盒可以安置在封閉隔間中，所述封閉隔間容置所述接頭盒和所述至少兩條纜線。在一些實施方案中，所述封閉隔間容納加壓空氣，以對所述浮動連接器系統的所述浮力進行控制。所述封閉隔間可以容納被加壓至某個水平的空氣，所述水平使得所述浮動連接器系統在部署時被完全地浸沒並且在水柱中的中間平衡位置處浮動。在一些實施方案中，當所述至少兩條纜線電連接到所述海上能量裝置的所述開關設備時，由所述海上能量轉換器裝置生成的能量能夠從所述海上能量轉換器裝置傳輸到所述至少兩條纜線。所述至少兩條纜線中的至少一者可以電連接到岸邊纜線，其中所述岸邊纜線將由所述海上能量轉換器裝置生成的能量傳輸到岸邊。在一些實施方案中，當所述兩個纜線端部在所述浮動連接器系統內連接時，將所述浮動連接器系統緊固到所述海上能量轉換器裝置。在一些實施方案中，當所述兩個纜線端部在所述浮動連接器系統內連接時，所述浮動連接器系統在操錨船上。所公開的主題還涉及了一種海上能量裝置的浮動連接器，所述浮動連接器包括浮標，所述浮標具有長的桅狀浮子。所述浮標為所述浮動連接器系統提供了浮力。所述浮動連接器還包括單條纜線，所述單條纜線用於將所述海上能量裝置連接到其它海上能量轉換器裝置。所述浮動連接器還包括接頭盒，所述接頭盒用於聯接到所述海上能量裝置，並且用於使至少兩條纜線電連接到所述海上能量裝置的開關設備。當所述接頭盒被聯接到所述海上能量裝置時，經由所述開關設備通過所述海上能量裝置完成有所述至少兩條纜線的電路。所述單條纜線用於將最後一個海上能量轉換器裝置連接到一系列海上能量轉換器裝置。當前第1頁12當前第1頁12