(57)【要約】【課題】  水上プラットフォーム上に載置された発電設備にて発電された電力を変電機器および水中ケーブルを介して地上に設置された変電設備に送電するよう構成した発変電設備において、変電機器の冷却効率を向上させ、変電機器のコンパクト化して全体としてコンパクトな発変電設備を提供する。【解決手段】  水上プラットフォーム６上に発電設備１を搭載し、発電設備１の出力電力を水中ケーブル４にて水中に設置したガス絶縁変圧器３１に送り、昇圧された電力を水中ケーブル４にて地上の変電設備５に送電する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上プラットフォーム上に載置された発電設備にて発電された電力を変電機器および水中ケーブルを介して地上に設置された変電設備に送電するよう構成した発変電設備において、前記変電機器は、ガス絶縁静止誘導電器を備え、前記ガス絶縁静止誘導電器を水面下に配設したことを特徴とする発変電設備。
【請求項２】
ガス絶縁静止誘導電器として、ガス絶縁変圧器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発変電設備。
【請求項３】
ガス絶縁静止誘導電器として、ガス絶縁変圧器を備えるとともに、前記ガス絶縁変圧器を保護するガス絶縁開閉装置を水面下に配設したことを特徴とする請求項２に記載の発変電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、変圧器や開閉器等の変電機器を水中に浸漬して構成した発変電設備に係り、例えば、水上プラットフォーム上に設置された発電設備で発電した電力を水中に設置された変電機器を介して地上に設置された変電設備に送電を行う発変電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、海上の油田やガス田などでは、発電設備や変電設備を装備した海上プラットフォームを掘削現場に隣接して設置し、ここで発電した電力を長距離送電に有利な高電圧に変換して、陸上まで海底ケーブルを使い送電している。
【０００３】
また、現在クリーンエネルギーを得る手段として風力発電が注目され、海上風力発電も検討されており、上記と同様の送変電形態をとることが考えられる。
【０００４】
海上の発電設備と陸上の変電設備を接続し送電を行う従来の発変電設備を図３に示す。
【０００５】
図３においては、発電設備１と油入変圧器３０が海上プラットフォーム６上に設置されている。発電設備１で作られた電力は、ケーブルや絶縁母線などの接続導体２を通り、海上プラットフォーム６の変電設備３０に送られる。電力は変電設備３０で長距離送電に有利な高電圧に昇圧され、海底ケーブル４を通って地上９の変電設備５に送られる。
【０００６】
油や天然ガスを燃料とした発電設備や、その電力を高電圧に昇圧するための変圧器は、質量および容積とも大きいため、それら設備を載せる海上プラットフォームは巨大な構造物になる。
【０００７】
さらに、これらの設備は、雨、風、波に晒される過酷な条件下で使用されるため、プラットフォーム６の構造強度上の安全係数も大きくとる必要がある。
【０００８】
したがって、プラットフォーム６のような付帯設備も含めた発変電設備の建設コストを考慮すると、出来るだけプラットフォーム６上に載せる設備の重量は軽減することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−１５０８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したような発変電設備においては、以下に述べるような課題がある。
【００１１】
即ち、図３に示した変電設備３０においては、変圧器等の静止誘導電器は一般に油入り機器が用いられており、例えば、油入変圧器のタンク内絶縁油３０１の温度変化による熱膨張を吸収するため、本体タンク３２上部にコンサベータ３０２が取付けられている。
【００１２】
コンサベータ３０２は配管３６を介してタンク３２と繋がっており、変圧器本体３３からの発熱により熱膨張した絶縁油３０１はコンサベータ３０２の中に流れ込み、コンサベータ３０２内でゴムバックを介して外気と接触する。これは、絶縁油３０１が直接大気と接触すると、空気中の水分を吸収して絶縁油３０１の絶縁耐力が低下するためである。
【００１３】
このため、コンサベータ３０２内に取り込む外気はシリカゲルなどの乾燥剤を通して水分を除去して導入される。
【００１４】
このように、油入変圧器は水分に弱く、コンサベータ３０２を使用している構造上、水中で使用することができないため、海上変電所においても質量の重い油入変圧器を海上プラットフォーム６上に設置するしかなかった。
【００１５】
また、特開平３−１５０８１３号公報には、変圧器タンクを地下孔内に設置し、変圧器の過負荷運転時において、変圧器タンクの一部が水中に浸漬するようにして、タンクからの放熱量を増やし、過負荷運転時の冷却効率を向上させた変圧器が記載されている。
【００１６】
当該発明に記載の地中配電用変圧器においては、冷却空気が地下室内に淀んでしまい、変圧器の冷却効率が悪いことから、機器が大型化してしまうという問題があり、過負荷運転時における負荷を分担させるために、大容量の変圧器を必要としていたが、変圧器が設置された地下孔内に水を注入することで冷却効率を向上させ、変圧器をコンパクト化することを可能とするものである。
【００１７】
しかしながら、特許文献１に記載の変圧器は、陸上設置を基本とするものであることから、水深が数十メートルというような海底に設置しようとすると、耐圧の問題から変圧器全体を圧力容器の中に収納する必要があり、全体として設備が大型化してしまうという課題があった。
【００１８】
本発明は、上述した課題を解決するため、水上プラットフォーム上に設置される発変電設備のうち、変電設備の一部を海底や湖底に設置可能な構成として、全体としてコンパクトな発変電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明においては、水上プラットフォーム上に載置された発電設備と水中に設置された変電機器と地上に設置された変電設備とを水中ケーブルにて接続して構成した発変電設備において、水中に設置される変電機器としてガス絶縁静止誘導電器を備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明のように水中に設置する変電機器として、ガス絶縁静止誘導電器を適用したことにより、静止誘導電器本体を収容するタンクは高圧力の絶縁性ガスを封入した構造となっているため、例えば、油入変圧器等で使用しているコンサベータが不要となり、静止誘導電器本体を水圧のかかる水中に据付けることができる。
【００２１】
したがって、これまで水上プラットフォーム上に設置して使用していた変電機器を、ガス絶縁静止誘導電器に替えて、これを水中に据付けることにより、水上プラットフォームは発電設備のみのスペースおよび重量に耐えられるように設計すれば良い。また、静止誘導電器本体を収容するタンクを水面下に据付けたことにより、タンク外表面に接する物質が空気ではなく、熱伝達率の大きい水に変わるため、静止誘導電器本体から発生する熱をタンク表面からより効果的にタンク外へ放出できる。
【００２２】
ここで、固体表面とそれに触れる流体間の熱移動について次式を用いて簡単に説明する。
【００２３】
ｑ＝ｈ×（Tw−Tｆ）
ここに、ｑは固体単位表面積中を単位時間内に通過する熱量（W/m2）、ｈは流体の熱伝達率（W/m2・K）、Twは固体表面の絶対温度、Tｆは流体の絶対温度を示す。
【００２４】
空気の熱伝達率は数から数十（W/m2・K）程度であるのに対し、流れている水の熱伝達率は数百（W/m2・K）程度であり、水中でのタンクからの放熱量は空気中に比べてはるかに多くなる。
【００２５】
本発明による発変電設備によれば、発電設備とともに水上プラットフォーム上に設置していた静止誘導電器が水面下に据付けられたことにより、静止誘導電器を設置していた水上プラットフォームのスペースが不要となるため、設備の建設コストが低減できる。
【００２６】
また、静止誘導電器本体タンクを水面下に設置したことにより、タンクからの放熱量が陸上設置の場合に比べて大幅に増加するため、冷却器台数を削減できる。
【００２７】
さらに、静止誘導電器本体から発生する損失が少ない場合には、その発熱量は静止誘導電器を収容したタンク表面からすべて放熱するため、静止誘導電器に付属の冷却装置が不要となる。冷却装置が削減あるいは不要になれば、静止誘導電器の保守点検作業が簡略化され保守点検時間の短縮も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１に係る発変電設備の概略構成図。
【図２】本発明の実施形態２に係る発変電設備の概略構成図。
【図３】従来の発変電設備の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。ここでは、海上に設置される発変電設備について説明するが、河川や湖などの水中に設置される場合も同様に適用できる。
【００３０】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図１を参照して説明する。図１は、変電機器である静止誘導電器としてガス絶縁変圧器を適用した場合の概略構成図である。
【００３１】
図１において、発電設備１は、海上に設けられたプラットフォーム６上に設置されている。発電設備１で作られた電力は、絶縁母線やケーブル等の接続導体２を介して海底８に据付けられたガス絶縁変圧器３１に送られる。ガス絶縁変圧器に送られた電力はガス絶縁変圧器３１にて長距離送電に有利な高電圧に昇圧され、海底ケーブル４を通って陸９上に設置された変電設備５に送電される。
【００３２】
このように、ガス絶縁変圧器３１を海底８に据付けたことにより、変電機器設置用の海上プラットフォームが不要となる。
【００３３】
ここで、ガス絶縁変圧器３１の構成について説明すると、高圧力の絶縁性ガス３４を充填したタンク３２の中に変圧器本体３３を収納しているので、タンク３２を新たに水圧に耐える様に構成することなく、変圧器本体３３を水圧のかかる海底に据付けることができる。
【００３４】
さらに、絶縁および冷却媒体である絶縁性ガス３４を冷却するガス冷却器やタンク３２内の絶縁性ガス３４を強制的に循環させるガス送風機等を含む冷却装置３５は、変圧器タンク３２と配管３６を通して繋がっており、変圧器本体３３から発生する負荷損と無負荷損による熱は絶縁性ガス３４を介して変圧器タンク３２外へ放出される。
【００３５】
また、変圧器本体３３から発生する熱は、変圧器タンク３２の熱伝導により変圧器タンク３２外表面からも放出される。この変圧器タンク３２を水中に置いたことにより、タンク外３２表面からの熱放出量は空気中よりも大幅に増加するため、ガス冷却器やガス送風機など、冷却装置の台数が削減できる。
【００３６】
さらに、変圧器本体３３から発生する損失が少ない場合には、その発熱量は変圧器タンク３２表面からすべて放熱されるため、変圧器付属の冷却装置が不要となる。
【００３７】
本実施形態においては、ガス絶縁変圧器を海底に設置した場合について説明したが、川底や湖底に設置ずる場合でも、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【００３８】
更に、変圧器の絶縁冷却媒体にガスを用いているので、油を用いている場合と異なり、仮にタンクから冷却媒体が漏れ出したとしても、水面が油で汚染されることはない。
【００３９】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について、図２を参照して説明する。なお、本実施形態は、実施形態１の一部の構成を変更したものなので、実施形態１と同一もしくは類似の部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００４０】
海底８に設置されたガス絶縁変圧器３１と地上９に設置された変電所５との間の海底８に、ガス遮断器、ガス断路器、接地開閉器、ガス絶縁母線などを高圧力の絶縁性ガスと共にタンク内に収納したガス絶縁開閉装置３７を設置する。ガス絶縁開閉装置３７もガス絶縁変圧器３１と同様に、タンク内に高圧力の絶縁性ガスを封入しているため、水圧のかかる海底に据付けることができる。
【００４１】
このように構成した発変電設備においては、海上にプラットフォームのようなガス絶縁開閉装置据付用の付帯設備を設置する必要がない。さらに、ガス絶縁開閉装置を設置したことにより海上発電設備で地絡事故が起きたときに系統側から流れ込む事故電流を遮断でき、変電設備と発電設備を保護することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…発電設備、２…接続導体、３０…油入変圧器、３０１…絶縁油、
３０２…コンサベータ、３１…ガス絶縁変圧器、３２…タンク、３３…変圧器本体、
３４…絶縁性ガス、３５…冷却装置、３６…配管、３７…ガス絶縁開閉装置、
４…海底ケーブル、５…変電設備、６…プラットフォーム、７…海、８…海底、
９…地上
【図１】
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【図２】
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【図３】
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