NO326936B1 - Undervann avbruddsikkert stromforsyningssystem - Google Patents

Abstract

Et avbruddsikkert kraftforsyningssystem (UPS) for undervannsbruk er beskrevet. UPS-systemet omfatter et energilager, en kraftinngang, en kraftutgang og et kraftinngangsomformingssystem for å lade energilageret. UPS-systemet omfatter videre et kraftutgangsomformingssystem for å mate kraftutgangen. Enda videre omfatter UPS-systemet minst ett kontrollsystem CTRL og et kjølesystem. Kontrollsystemet er utstyrt med en reservert kommunikasjonskanal for eksplisitt å styre driften av UPS-systemet.

Description

1

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører offshore installasjoner. Spesifikt ved-rører den en lokal avbruddsikker kraftforsyning for undervannsinstallasjoner.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Offshore olje- og/eller gassfelter kan bli utviklet med havbunnsinstallasjoner (eller undervannsinstallasjoner) som er koblet til en terminal på land eller en utplassert plattform, også referert til generelt som "overflaten". Havbunns-installasjonen omfatter én eller flere produksjonsrammer der hver ramme produserer brønnfluid gjennom samlestokker som er koblet til én eller flere rør-ledninger. Rørledningene transporterer brønnfluid til en terminal på land eller en utplassert plattform (et mottaksanlegg) for viderebehandling. Behandlet gass og kondensat blir eksportert til markedet. Én eller flere kontrollkabler for strøm, styring og hjelpeforsyninger er lagt ut fra mottaksanlegget til undervannsinstallasjonene.

I den innledende produksjonsfasen kan brønnfluid strømme til mottaksanlegget ved hjelp av reservoartrykket. Senere i produksjonsfasen, eller ved produksjonsstad, er det nødvendig å øke trykket i brønnfluidet for å opprettholde produksjonsnivået og utvinne de forventede gass- og kondensatvolumene. Den tradisjonelle anordningen for å øke trykket i brønnfluid er en offshore boosterplattform. Imidlertid kan et undervanns kompressorsystem anvendes som et alternativ til eller i kombinasjon med plattformløsningen.

Et undervanns kompressorsystem har et antall fordeler sammenliknet med en boosterplattform.

Systemet er trygt med tanke på skade på mennesker ved at det er fjernstyrt, og er også pålitelig, kostnadseffektivt, miljøvennlig og består av få deler, noe som gjør systemet mindre komplisert og enkelt å betjene.

En "long step-out" kraftforsyning er definert fra tilkoblingspunktet ved mottaksanlegget til og med hovedtransformatoren under vann.

En slik long step-out kraftforsyning omfatter en undervanns hovedtransformator med ettrykkompenseringssystem, kontrollkabel-termineringshoder med én eller flere høyspente penetratorer, kombinerte eller separate strøm- og kontrollkabler omfattende en forsyning for hovedkraft, hjelpekraft, om nødvendig

(også kalt tilleggskraft eller styrekraft), fiberoptiske ledninger for kontrollsignaler, hydraulikkrør, sperrerør (barrier lines).

Kompressorstasjonen er koblet direkte til minst én undervanns produksjons-ramme og er innrettet for å øke trykket i produktet fra produksjonsrammene. Brønnproduktet går via en samlestokk på rammen, mellomliggende strømningsrør og til undertrykksiden av kompressorstasjonen.

Høyspent strøm, lavspent strøm (om nødvendig), hydraulikk, kontrollsignaler og hjelpekraft forsynes fra mottaksanlegg via den kombinerte strøm- og styrekontrollkabelen. Styrekontrollkabelen er koblet til undervanns-kompressorstasjonen ved kontrollkabel-termineringshodet. Høyspentkablene vil være koblet til hovednedtransformatoren, som befinner seg under vann, og transformatoren vil være anordnet på undervanns-kompressorstasjonen med kontrollkabelen festet til seg.

Figur 1 viser kraftfordelingssystemet for de viktigste undervanns kraft-forbrukerne, omfattende overflate-, kontrollkabel- og kompressormoduler.

Undervanns-kompressorstasjonen omfatter én eller flere kompressorstrenger, én eller flere effektbrytermoduler, samlestokker for innløp og utløp, innløpskjølere (dersom forsyningsrørene ikke kjøler ned strømmen fra brønnen tilstrekkelig), sandfangere (for utilsiktet sandproduksjon), parkeringsstasjon for hovedtransformator og kraftkontrollkabel-termineringshode, nødvendig installasjonsverktøy, høyspent elektrisk system, prosessystem, hjelpekraftsystem, kontrollsystem, hydraulikksystem og sperresystem.

Kompressorstrengen er det viktigste utstyret for å bygge opp trykket i brønnstrømmen. Kompressorstrengen omfatter kompressormodul, VSD (Variable Speed Drive) for kompressor, pumpegrenseventil og aktuator, pumpekjøler (antisurge cooler), separator/væskeutskillingsmodul, pumpemodul, VSD for pumpe, fjernstyrte og manuelt betjente ventiler, samt et kontrollsystem som innbefatter styremoduler.

Felles for kompressorstrengene er et koblingssystem for kraft- og kontrollkabler og et ventilsamlerør utstyrt med rørsammenkoblingssystemer.

Kraftfordelingssystemet for stasjonen, bestående av en demonterbar effektbryter og VSD-moduler, er anordnet sammen ved én ende av stasjonen nær hovedinnløpstransformatoren og koblingspunktet for hovedkontrollkabelen.

Modulene er utstyrt med lokal styring/dokking og låses i posisjon av tilhørende mekanismer.

Intervensjon for ROV er innrettet for minst mulig aksess gjennom toppen og sidene. Aksess til moduler for vertikal fjerning/installasjon er mulig fra toppen og sidene av beskyttelsesstrukturen.

Mindre, demonterbare moduler, så som ventilstyringer, styringsventiler og visse instrumenteringsenheter er tilveiebrakt som individuelle enheter og/eller innlemmet i én av hovedmodulene som demonterbare elementer, og disse modulene/elementene blir installert på tilhørende setteverktøy.

Kompressoren drives direkte av en høyhastighetsmotor. Den elektriske motoren kjøles med hydrokarbongass under et trykk som reguleres slik at det er likt eller så nær sugetrykket som mulig. Gasskilden kan enten være kondisjonert gass som forsynes til undervanns-kompressorstasjonen fra en ekstern kilde, avløpsgass fra kompressormodulen eller innløpsgass til kompressormodulen. Hydrokarbongassen for kjøling av elektrisk motor kan bli kondisjonert før den kommer inn i den elektriske motoren, og hydrokarbongassen kan også erstattes med andre passende gasser. Alternativt kan motoren bli fylt (canned) med hoved-kjøling fra gasstrømmen.

Kompressoren er i stand til å imøtekomme de dimensjonerende drifts-forholdene over produksjonsperioden med avtagende brønnhodetrykk. Rebundling av kompressoren kan bli gjort som del av et vedlikeholdsprogram.

Et magnetisk opplagersystem anvendes for hver av kompressormodulene. Systemet omfatter magnetiske radial- og aksiallagre så vel som nedkjøringslagre (run-down bearings).

Samlerøret for kompressorstasjonen er utstyrt med en fjernstyrt isolasjonsventil som letter omløp av kompressorstrengene.

Kompressoren(e) har en resirkulasjonsledning for pumpegrenseregulering konstruert for full resirkulasjonsstrøm ved maksimal kontinuerlig hastighet (105%). Pumpegrense-reguleringsventilen er elektrisk styrt, har aksielt slag og befinner seg nær kompressorutløpet ved høytrykkssiden. En resirkuleringskjøler er tilveiebrakt nedstrøms pumpegrenseventilen i resirkulasjonsrøret.

Kompressorene har et utløpsrør utstyrt med en fjernstyrt isolasjonsventil. En tilbakeslagsventil er anordnet i kompressorutløpsrøret oppstrøms isolasjons-ventilen.

Kompressorstasjonen omfatter følgende undervanns prosesskjølere: Pumpekjøler/resirkuleringskjøler for å kjøle ned gasstrømmen i pumpe-grenseledningen (kompressorresirkuleringssløyfen) Innløpskjølere for å kjøle ned strømningen fra rammen(e) (eventuelt)

Kondensatpumpene er i stand til å håndtere væskeproduksjonen og gi den det nødvendige utløpstrykket. Pumpene drives med variabel eller fast hastighet.

Kompressorstasjonen har et koblingspunkt for utløp av brønnfluid. Hver av disse er utstyrt med ROV-betjente ventiler for å fordele brønnfluidet til de forskjellige rørledningene.

Prosessen i undervanns-kompressorstasjonen er beskrevet i de følgende avsnittene.

Kompressorsystemet muliggjør resirkulering for "antisurge"-beskyttelse og oppstartsVnedkjøringsoperasjoner. Resirkuleringskjøleren og resirkulasjons-sløyfen er konstruert for full resirkuleringsstrøm ved kompressorens maksimale kontinuerlige hastighet (105%).

Væsketrykkøkningssystemet består av kondensatpumper med VSD'er. Pumpeutløpsrørene er utstyrt med en tilbakeslagsventil oppstrøms utløpsisola-sjonsventilen.

Pumpegrenseregulering muliggjøres ved å overvåke strømningsmengden, temperaturen, trykket ved kompressorinnløpet sammen med trykket og temperaturen ved kompressorutløpet.

Et kontroll- og overvåkningssystem er innrettet for å styre og overvåke én eller flere undervanns kompressorstrenger med tilhørende pumpegren-sereguleringer. Som et grunnleggende tilfelle av drift av undervanns-kompressorstrengene, omfattende kompressorstasjonens ventiler, er det innlemmet et multi-plekset elektrohydraulisk system.

Undervannsinstallasjonene omfatter fjernstyrte ventiler for å styre strømning av produsert gass og injeksjon av kjemikalier. Samlerørventilene kan være hydraulisk styrt og pumpegrensereguleringsventilen kan ha en elektrisk aktuator.

Lokale instrumenter (sendere) er tilveiebrakt for å måle trykk, temperatur, gasstrømningsmengde og registrere pumpegrenseventilens posisjon.

De forskjellige typene ventiler, tilstandsovervåkingssystemet og senderne betjenes via styremodulene under vann.

Grensesnitt mot undervanns VSD'er, effektbrytere, distribuert kontrollsystem og krisenedkjøringssystemer vil kunne anvendes.

Grensesnitt og lukking av kontrollsløyfer mellom VSD'ene, effektbryterne og kompressorkontrollsystemet kan gå via hovedbussen til mottaksanleggenes kontrollsystem. Alle informasjoner, alarmer og kommunikasjoner mellom de to systemene bør håndteres av det distribuerte kontrollsystemet.

Mottaksanleggenes distribuerte kontrollsystemer styrer alle kontrollsløyfer definert som "langsomme". Dette er typisk åpning og lukking av samlerørventiler og tilstandsovervåkningssystemer. Undervanns-kontrollsystemet har forbindelser for å håndtere eventuelle krav om nedstengning under vann.

Dynamiske kontrollsløyfer som krever rask respons, er pumpegrense-reguleringen og magnetlager-styringsenheten. Disse sløyfene skal stenges under vann dersom det er nødvendig.

Antisurge-algoritmene er identiske for alle kompressorstrenger. Styrings-algoritmene omfatter mulighet for å overstyre innløps- og utløpstrykk, dvs. begrense utløpstrykket eller øke innløpstrykket.

Operatørgrensesnittet går gjennom et distribuert kontrollsystem for alle kompressorstrenger, og omfatter, men er ikke begrenset til:

Vis prosessinnganger: Os, Is, Ps, Td, Pd

Vis ventilposisjon.

Vis utganger fra kontrollenheter - uavhengig av operatørpåtvingning. Mulighet for operatøren til å åpne ventilen mer enn nødvendig.

Vis status for rask solenoidmagnet.

Vis avstand fra betjeningspunkt til pumpegrensereguleringVkontrolledning. Vis marginer for pumpegrenseregulering med hensyn til trykk, strømning og hastighet.

Kontrollsystemet og det tilhørende pumpegrensesystemet må imidlertid ta hensyn til de forskjellige driftsscenarier.

Som vist over må et antall signal- og kraftledninger koble undervannsinstallasjoner! til mottaksanlegget (overflaten). Når avstanden fra overflaten til undervannsinstallasjonen øker og den ene eller de flere kontrollkablene blir lengre, øker problemene knyttet til kraftforsyningen. Reaksjonskraften som skapes av kabelen må kompenseres. Harmoniske forstyrrelser og elektriske transienter under forsyning og frakobling av utstyr er andre velkjente problemer. Ved å anvende et undervanns avbruddsikkert kraftforsyningssystem (heretter kalt UPS) vil mange av disse problemene løses eller reduseres. Også kostnadene kan bli redusert siden det kreves færre kabler sammenliknet med om UPS-systemet var plassert på overflaten, ettersom UPS-systemet kan bli matet fra en undervanns hovedkraftforsyning. Kortslutningsnivået til et UPS-system er lavt, og problemet med å ha nok kortslutningsstrøm tilgjengelig i undervannsinstallasjonen til å oppnå en korrekt relébeskyttelse og skjelningsfilosofi kan løses ved å ha UPS-systemet nær de strømforbrukende anordningene.

UPS-systemer er velkjente i industrien, på kontorer og i dag også i private hjem i tilfeller der en strømforbrukende anordning ikke må miste den offentlige (eller en lokal) kraftforsyningen. De er tilgjengelige i små versjoner som er i stand til å levere en effekt fra omtrent 100W og opptil flere hundre kW over en periode på fra noen få minutter og opptil mange timer. I løpet av denne tidsperioden må det kritiske utstyret som forsynes med strøm enten overføres til en akseptabel, ikke strømforbrukende tilstand eller ekstern kraft må forsynes, dvs. nettstrømmen må komme tilbake eller alternativ kraft må forsynes. Et UPS-system befinner seg alltid så nær den strømforbrukende anordningen som mulig for å unngå så mange feilkilder som mulig, og styres vanligvis av den ansvarlige operatøren av den strømforbrukende anordningen.

Generelt kan et undervanns UPS-system anvendes over alt der fordeling av lavspent (typisk 400V) strøm er nødvendig under vann. Typiske forbrukere av lavspent strøm under vann som forsynes av et UPS-system, omfatter:

• Flere kontrollsystemer plassert over et geografisk lite område

• Elektriske aktuatorer for ventiler

• Magnetiske peilinger eller lagre

• Overvåkninger og styringer for kraftfordelingsutstyr

Måleanordninger for strøm og spenning i strømfordelingsutstyr, trans-formatorer, VSD'er, motorer og andre elektriske installasjoner

Som kan sees i figur 3 omfatter et tradisjonelt UPS-system et energilager (ES = Energi Store) og to kraftomformere. Den første kraftomformeren (PWRC = Power Converter) tar inngangskraven gjennom kraftinngangen IN fra kraftnettet (det vil kunne være en transformator mellom inngangen og PWRC-omformeren for galvanisk isolasjon) og omdanner den til en form som er passende for mating til energilageret ES og til den andre kraftomformeren - kalt inverter (PWRI = Power Inverter). Inverteren PWRI bringer kraften til en form som den strømforbrukende anordningen kan bruke. Siden inverteren PWRI har full kraftforsyning fra både energilageret ES og utgangen fra omformeren, vil en eventuell svikt i inngangs-kraftlinjen som fører til at omformeren PWRC stenges av, kun føre til at inverteren PWRI tar energi fra energilageret ES i stedet for fra omformeren PWRC. Inntil energilageret ES er tømt vil inverterutgangen (OUT = Output) forsyne kraft til de tilkoblede lastene ved å ta energi fra energilageret.

Et kontroll- og overvåkningssystem (CTRL = Control system) er også en del av et UPS-system. Videre, siden kraftomforming medfører tap som fører til oppvarming, vil UPS-systemer kunne trenge kjølesystemer (COOL = Cooling system) for å overføre varmen til et varmesluk (HS = Heat Sink).

Det russiske patentdokument RU 2 211 SIS C2 viser ifølge oppsumme-ringen et avbruddsfritt strømforsyningssystem (UPS) for anvendelse under vann omfattende midler for energilagring (batteri), en første inngang for energitilførsel, en utgang for energileveranse, en energikonverter tilkoplet inngangen, en energikonverter tilkoplet utgangen og minst et styresystem (uninterrupted power selector) og der nevnte styresystem er utrustet med en kommunikasjonskanal for spesielt å styre driften av UPSen.

US-patentet US B2 6 595 487 omhandler et aktuatorsystem for under-sjøiske ventiler basert på elektriske motorer som kraftforsynes av minst et lokalt energilager. Systemet omfatter også en styringsenhet som styrer energien til motoren.

US-patentet US B1 6 629 247 omhandler fremgangsmåter, systemer og dataprogrammer for meldingskommunikasjon i systemer for avbruddssikre kraftfor-syningssystemer ved bruk av CAN-kommunikasjon ("CAN"="Controller Area Network").

Den US-amerikanske patentsøknaden US 2005/0200205 A1 beskriver fremgangsmåter og systemer for å tilveiebringe opptil 3-doblet redundant kraft til konstante kritiske laster.

Oppsummering

Et kraftforsyningssystem for undervannsanvendelser er beskrevet som omfatter en hjelpekraft-forsyningsanordning og minst en avbruddsfri strømforsyning (UPS-system). Hjelpekraft-forsyningsanordningen omfatter en strømforsyning for hovedkraften, et hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster matet fra strøm-forsyningen for hovedkraften og er delt opp i minst to parallelle, vekselsidig redundante hjelpekraft-fordelingspunkter for ikke-kritiske laster. Hvert fordelingspunkt mates av en individuell transformator, som igjen mates av strømforsyningen til hovedkraften, og hvert hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster mater hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster gjennom minst ett UPS-system, og et hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster. UPS-systemet omfatter et energilager (ES), en første kraftinngang (IN), en kraftutgang (OUT), et kraftinngangsomformingssystem (PWRC), et kraftutgangsomformingssystem (PWRI), og minst ett kontrollsystem (CTRL). Kraftforsyningssystemet kjennetegnes av at UPS-systemet er utstyrt med minst en reservert kommunikasjonskanal (CC) for eksplisitt å styre driften av UPS-systemet fra utsiden.

UPS-systemet kan videre omfatte hvilke som helst av en oppstartsfunksjon og en nedkjøringsfunksjon. Kommunikasjonskanalen (CC) kan være en fiberoptisk kommunikasjonskanal.

I en ytterligere utførelsesform kan kontrollsystemet (CTRL) separat bli hentet opp fra undervannsinstallasjonen. Energilageret (ES) kan være minst én av et mekanisk lager, et kjemisk lager og et elektrisk lager.

Videre kan nevnte UPS-system omfatte en ytterligere kraftinngang (INB) koblet til en velgerkrets (SEL), der kraftutgangen (OUT) mottar sin kraft fra nevnte velger (SEL), idet velgeren også mates av nevnte kraftutgangsomformingssystem (PWRI) slik at nevnte UPS-system kan velge en kraftbane som omløper og av-laster nevnte kraftinngangsomformingssystem (PWRC), nevnte kraftutgangsomformingssystem (PWRI) og nevnte kjølesystem (COOL). UPS-systemet kan omfatte en ytterligere kraftinngang (INC) til nevnte kraftinngangsomformingssystem (PWRC), der nevnte ytterligere kraftinngang (INC) kan være utstyrt med en ytterligere transformator. Videre kan kraftinngangen (INC) bli matet fra én av en offshore plattform, et landbasert anlegg, en annen undervannsinstallasjon, en undervannsbåt, et flytende overflatefartøy eller et fjernstyrt undervannsfartøy (ROV).

Kjølesystemet kan være bygget inn i et vanntett, trykkbestandig hus, der nevnte hus anvendes som varmedissipasjonslegeme for å fjerne varme fra nevnte UPS-system.

I én foretrukket utførelsesform er kjølesystemet (COOL) et passivt kjøle-system som omfatter varmerørteknologi eller kokekjølingsteknologi. Nevnte kjøle-system kan imidlertid også være et aktivt kjølesystem.

UPS-systemet, eller deler av UPS-systemet, kan bli hentet opp separat fra nevnte undervannsinstallasjon.

I et andre aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en hjelpekraft-forsyningsanordning som omfatter en hovedkraftforsyning, et hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster som mates av nevnte hovedkraftforsyning, et hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster, der nevnte hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster er delt inn i minst to parallelle, vekselsidig redundante hjelpekraft-fordelingspunkter for ikke-kritiske laster, som hver mates av en egen transformator som igjen mates av hovedkraftforsyningen, der hver av nevnte hjelpekraft-fordelingspunkter for ikke-kritiske laster mater nevnte hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster gjennom minst ett av nevnte UPS-systemer.

For øvrig defineres oppfinnelsen gjennom de vedføyde patentkrav.

Figurer

I det følgende vil utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse bli beskrevet hovedsaklig med henvisning til de vedlagte figurene, der: Figur 1 viser en oversiktsskisse av et elektrisk kretsskjema for en undervanns kompressorstasjon, Figur 2 viser de elektriske koblingene rundt et UPS-system inne i en undervannsinstallasjon,

Figur 3 viser et blokkdiagram av et tradisjonelt UPS-system,

Figur 4 viser et blokkdiagram av et UPS-system ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 5 viser et UPS-system med ekstra ladeinngang i miljøet ved havbunnsstasjonen, Figur 6 viser havbunnsinstallasjoner med tilleggsladingskabler mellom seg, og Figur 7 viser anordningen som anvendes for å tilveiebringe en redundant hjelpekraftforsyning.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelsesformer Foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedlagte figurene.

Forkortelser og definisjoner

Hovedkraft: Kraft som forsynes fra et kraftgeneratorsystem på overflaten eller en nettforbindelse. Forsynes typisk gjennom undervannskabler fra 11 kV og opptil flere hundre kV. Kraft som forsynes til de viktigste undervannsforbrukerne, så som VSD'er, motorer og fordelingstransformatorer.

Hjelpekraft: Kraft som anvendes for små strømforbrukere så som kontrollsystemer, magnetiske lagre/peilinger, elektriske aktuatorer, måleanordninger, inngangsstrøm til UPS-systemer, etc. Typisk mellom 230 V og 690 V. Ordet styrekraft og tilleggskraft er noen steder anvendt i stedet for hjelpekraft.

Undervanns hovedkraft-fordelingspunkt: Fordelingspunkt der hovedkraft-lastene er tilkoblet. For undervanns-kompressorsystemet vil hovedkraft-lastene være VSD'er for kompressorer, VSD'er for pumper og hjelpekraft-fordelingstransformatorer.

Ikke-kritiske laster: Hjelpekraft-laster som tåler spenningsvariasjoner og strømbrudd. Lastene vil bli koblet fra ved svikt i kraftsystemet på overflaten.

Kritiske laster: Kritiske hjelpekraft-laster er laster som krever strøm i en gitt tidsperiode etter tap av hovedkraft. Typisk magnetlagre og kontrollutstyr for å sørge for sikker nedkjøring etter tap av hovedkraft.

Figur 4 viser et blokkdiagram av UPS-systemet ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen. Først og fremst viser diagrammet den reserverte kommunikasjonskanalen CC til kontrollsystemet CTRL. Dette kommunikasjonstrekket kan anvendes for å kontrollere oppførselen til UPS-systemet i tilfeller der en normal oppførsel ikke ønskes. For eksempel vil kjente UPS-systemer ta over kraftforsyningen til de tilkoblede lastene når hovedkraften går ned og "håpe på" at hovedkraften kommer tilbake før energilageret ES er utladet. Denne oppførselen er imidlertid ikke den ønskede i visse tilfeller. I tilfellet med undervanns-kompressorstasjonen vil når hovedkraften kobles fra, en sekvens av operasjoner bli utført av forskjellige moduler inne i stasjonen ved hjelp av kraft fra UPS-systemet og under styring av forskjellige andre kontrollsystemer. Dette kan for eksempel være å kjøre ned magnetlagre til en tilstand der de tåler å være uten strøm uten å ta skade av det. Ventiler vil kunne bli lukket, fordelingsutstyr bli kjørt i en ønsket "power-off"-tilstand, "endelige" målinger bli rapportert til overflaten, og annet.

Når alle disse oppgavene er utført, er det ikke lenger behov for at UPS-systemet forsyner kraft til de siste, fortsatt oppegående systemene, og UPS-systemet kan kommanderes til å stenge ned gjennom instruksjoner sendt over kommunikasjonskanalen. Fra dette tidspunkt av kan den gjenværende energien i energilageret ES spares.

Videre, når hovedkraften igjen er tilgjengelig, vil en rekke oppstartspro-sesser i et antall andre kontrollsystemer i undervannsstasjonen normalt bli utført. Magnetlagre skal skrus på, innledende målinger skal rapporteres til mottaksanlegget, ventiler skal åpnes, og annet. I denne forbindelse sendes en instruksjon til UPS-systemet, som forsyner disse kontrollsystemene med kraft tatt fra energilageret ES. Til slutt skrus hovedkraften på og forsyner havbunnsstasjonen.

Den foretrukne utførelse av kommunikasjonskanalen CC er en fiberoptisk kommunikasjonslinje som unngår eventuelle forstyrrelser av magnetiske og elektriske felter inne i kontrollkabelen, som kan være veldig lang (>100km), eller utenfor.

Kontrollsystemet kan realiseres som en separat opphentbar enhet for å muliggjøre reparasjons- og vedlikeholdsarbeid. Av samme grunn kan også en hvilken som helst kombinasjon av moduler tilhørende UPS-systemet være anordnet inne i separat opphentbare beholdere. For eksempel vil under installa-sjon av undervannsstasjonen noen av eller alle modulene i UPS-systemet, omfattende et fulladet energilager ES, kunne bli koblet til undervannsstasjonen som det siste trinnet før oppstart av stasjonen.

Energilageret ES kan realiseres med forskjellige teknologiske anordninger, så som elektriske (f.eks. superkondensatorer, superledere), kjemiske (f.eks. batterier, brenselceller) eller mekaniske (f.eks. svinghjul).

Figur 2 viser anordningen ifølge oppfinnelsen med hovedkraftforsyning fra overflaten og et integrert UPS-system. Fra overflaten forsyner en kontrollkabel installasjonen med høyspent strøm. Etter en første transformator blir kraften matet til et første fordelingspunkt, fordelingspunktet for hovedkraften. Flere store kraft-forbrukende enheter kan være koblet via brytere til dette fordelingspunktet. Minst én av disse forbrukerne er en andre transformator, som igjen mater et andre fordelingspunkt for hjelpekraft til ikke-kritiske laster. Flere kraftforbrukere kan være koblet til dette andre fordelingspunktet, der forbrukerne er kjennetegnet ved at de i alminnelighet ikke tar skade av at kraftforsyningen brytes uforventet. Blant forbrukerne som forsynes med kraft fra kraftforsyningen for ikke-kritiske laster er UPS-systemet. Utgangen fra UPS-systemet forsyner kraft til et tredje fordelingspunkt, for kritiske laster. En del utstyr som forbruker elektrisk kraft, typisk magnetlagre og kontrollsystemer, vil kunne ta eller forårsake skade ved et uforventet, brått strømbrudd. Slike forbrukere kalles "kritiske laster", og må forsynes med kraft fra et UPS-system. Alle slike "kritiske" forbrukere i anordningen er koblet til fordelingspunktet som mates av UPS-systemet.

Som kan sees i figur 4 kan UPS-systemet ifølge foreliggende oppfinnelse være utstyrt med en ytterligere kraftinngang INB. INB kan anvendes for å omgå og avlaste kraftinngangsomformingssystemet (PWRC), kraftutgangsomformingssystemet (PWRI) og kjølesystemet. INB og brytervelgeren (SEL) vil imidlertid også kunne utelates fra systemet. UPS-utgangen (OUT) vil da være koblet direkte til kraftutgangsomformingssystemet (PWRI).

Som også kan sees i figur 4 kan UPS-systemet ifølge foreliggende oppfinnelse være utstyrt med nok en ytterligere kraftinngang INC. Kraft som forsynes til denne inngangen anvendes for å lade energilageret ES ytterligere. Formålet med en ekstra kraftinngang er at den vil kunne forsynes med kraft fra en uavhengig kilde. Selv om den tilgjengelige kraften er alt for liten til å drive hjelpekraftsystemet i undervannsstasjonen, kan den være tilstrekkelig til å holde i gang enkelte delsystemer.

Figur 5 viser i et blokkdiagram deler av undervannsstasjonen med et UPS-system utstyrt med en slik ekstra kraftinngang. Som et eksempel, og ikke en begrensning, viser figuren at kraftinngangen mottar sin kraft fra en vedsidenliggende undervannsstasjon. En transformator kan legges til for å unngå direkte elektrisk kontakt mellom stasjonene og/eller for å tilpasse spenningsnivåene. Transformatoren vil kunne være en del av UPS-systemet selv om figuren viser den utenfor UPS-systemet. Figur 6 viser et scenario med 2 havbunnsinstallasjoner SBI1, SBI2. Begge har sin egen overflateforsyning TS1, TS2, som kan være uavhengige med hensyn til hovedkraftforsyning og forsyne kraft gjennom kontrollkablene U1, U2. Naboforbindelseskabelen NC kan anvendes for å forsyne en mindre kraft fra SBI1 til UPS-systemet i SBI2 i tilfelle TS1 mister sin hovedkraftforsyning. I tillegg til å være koblet til den vedsidenliggende havbunns-installasjonen kan forbindelsen også gå til en offshore plattform, et andre landbasert mottaksanlegg, en undervannsbåt, et flytende overflatefartøy, en ROV eller en hvilken som helst annen passende kraftkilde.

Et annet trekk er kjølesystemet COOL angitt i figurene 3 og 4. Enhver kraftomformingsprosess fører til varmetap. En undervannsstasjon omfatter en rekke forskjellige elektriske eller elektroniske kraftomformingsenheter. Varmen fra tapene i disse kraftomformingsenhetene må fjernes fra systemet til et varmesluk HS for å unngå en overdreven temperaturøkning som til slutt vil føre til svikt eller ødeleggelse av systemet. Forholdene for et undervanns kjølesystem er spesielle av i hvert fall tre grunner: (1) kjølesystemet er - som en del av en undervannsinstallasjon - ikke lett tilgjengelig for vedlikehold og reparasjon (2) et sikkert varmesluk HS i form av sjøvann ved en forholdsvis lav temperatur er tilgjengelig (3) nedkjøring for reparasjon og vedlikehold på en undervannsstasjon er kostbart.

Disse forholdene må tas hensyn til ved utformingen av kjølesystemet. For det første må en unngå alt som krever reparasjon og/eller vedlikehold under installasjonens forventede levetid. I tradisjonelle land- eller plattform-baserte kraftomformingssystemer anvendes gjerne en aktiv luftkjøling som innebærer bruk av vifter. Vifter er imidlertid utsatt for slitasje, og krever således utskiftning og/eller vedlikehold. Kjølesystemet for å kjøle hovedsaklig kraftomformerne i UPS-systemet, vil være bygget inn i et vanntett, trykkbestandig hus, og huset selv vil bli anvendt som varmedissipasjonslegeme, neddykket i sjøvannet som det er. For å oppnå en teknisk løsning med minimal slitasje på komponenter i kjølesystemet, er et passivt kjølesystem basert på varmerørteknologi og/eller kokekjølingsteknologi foretrukket. Varmen blir typisk fjernet fra de elektroniske komponentene (f.eks. IGBTer) i UPS-systemets kraftomformere PWRC, PWRI og overført til sjøvannet rundt. Et aktivt kjølesystem vil også kunne anvendes dersom komponentene har lang nok gjennomsnittlig tid mellom svikt (MTBF - Mean Time Between Failures).

Undervannsstasjonen er ikke lett tilgjengelig for vedlikehold og reparasjon, men man kan ikke unngå at deler kan bli skadd eller må skiftes ut av en annen grunn. For å gjøre dette mulig, for eksempel ved hjelp av en ROV, bør enkelte moduler være konstruert for å kunne byttes ut på stedet. Den mest åpenbare løsningen er å legge alle elementene vist i figur 4 i ett trykkbestandig hus med undervanns løsbare koblinger (wet matable connections) for å koble sammen de forskjellige innganger og utganger. Imidlertid er også andre løsninger mulige. Typisk er energilageret ES i UPS-systemet en kandidat for utskiftning i løpet av undervannsstasjonens levetid, og kan derfor være innrettet for å kunne tas ut uavhengig av de andre elementene i UPS-systemet. Når komponenter likevel er konstruert for utskiftning under vann, kan bestemte kombinasjoner av moduler være anordnet inne i en felles beholder. For eksempel kan kraftinngangs-omformeren PWRC og/eller kraftutgangsomformeren PWRI være plassert i separate beholdere, men også i samme beholder som energilageret ES.

Foreliggende oppfinnelse omfatter også en utførelse av UPS-systemet som vist i figur 7. Ved å anvende to eller flere UPS-systemer som hvert forsyner et hjelpekraft-fordelingspunkt, gjøres disse fordelingspunktene vekselsidig redundante. Moduler som forsynes med kraft fra minst to fordelingspunkter vil kunne fungere videre selv om ett fordelingspunkt svikter. Videre kan ladingen av de to eller flere UPS-systemene også gjøres ved å dele fordelingspunktene for ikke-kritiske laster i minst to separate fordelingspunkter, som hvert forsynes med kraft av en egen transformator som mates fra hovedkraft-fordelingspunktet.

Claims (4)

1. Et kraftforsyningssystem for undervannsanvendelser som omfatter en hjelpekraft-forsyningsanordning og minst en avbruddsfri strømforsyning (UPS-system) hvor hjelpekraft-forsyningsanordningen omfatter en strømforsyning for hovedkraften, et hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster matet fra strøm-forsyningen for hovedkraften og er delt opp i minst to parallelle, vekselsidig redundante hjelpekraft-fordelingspunkter for ikke-kritiske laster, hvor hvert punkt mates av en individuell transformator, som igjen mates av strømforsyningen til hovedkraften, og hvor hvert hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster mater hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster gjennom minst ett UPS-system, og et hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster, og hvor UPS-systemet omfatter et energilager (ES), en første kraftinngang (IN), en kraftutgang (OUT), et kraftinngangsomformingssystem (PWRC), et kraftutgangsomformingssystem (PWRI), og minst ett kontrollsystem (CTRL), idet kraftforsyningssystemet er karakterisert ved at UPS-systemet er utstyrt med minst en reservert kommunikasjonskanal (CC) for eksplisitt å styre driften av UPS-systemet fra utsiden.

2. Kraftforsyningssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at driften av UPS-systemet omfatter minst en av en oppstartsfunksjon, og en nedkjøringsfunksjon.

3. Kraftforsyningssystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte kommunikasjonskanal (CC) er en fiberoptisk kommunikasjonskanal.

4. Kraftforsyningssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte energilager (ES) er minst ett av et mekanisk lager, et kjemisk lager, og et elektrisk lager.