Design av strømforsyningsanlegg til et elektrisk oppvarmingssystem for undervanns rørledninger

Abstract

For å forhindre pluggdannelser (hydrater/voks) i transportrør subsea for olje/gass, som kan medføre produksjonsstans har SINTEF/NTNU Elkraftteknikk utviklet et system for elektrisk oppvarming av undervanns rørledninger. Dette systemet forkortes DEH.Oppvarming av røret skjer ved å kjøre en stor strøm gjennom røret, hvor varme utvikles på grunn av rørets resistans. Av sikkerhetsmessige årsaker er røret jordet i begge endene. Dette fører til strømdeling mellom røret og sjøvann, hvilket reduserer effektiviteten til systemet betraktelig. Ineffektiviteten sammen med røroppvarmingens lave effektfaktor gjør at det vil gå en stor strøm i stigerkabelen ned til havbunnen. For å begrense strømmen benyttes det fasekompensering med kondensatorer og et symmetreringsanlegg etter Steinmetz krets.For å kunne analysere forsyningssystemet topside, er det valgt å utarbeide en forenklet krets. Kretsen er verifisert av et laboratorieforsøk og datasimuleringer i Matlab og Pscad. Resultatene viser at det aktive tapet i flere av komponentene i kretsen kan neglisjeres, noe som fører til at formlene for Steinmetz symmetreringskrets gir god nøyaktighet. Disse formlene sier at verdiene for komponentene i symmetreringkretsen er proposjonal med resistansen den ser. Det er utført analyser av virkningen av lastens effektfaktor som viser at den er bestemmende for den maksimale og minimale resulterende resistansen av lasten og fasekompenseringen, hvilket er den resistansen symmetreringskretsen ser. Analysene viser også at effektfaktoren er dimensjonerende for andre komponenter.