防范通信系統(tǒng)中的瞬變的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種用于在第一位置和第二位置之間經(jīng)由通信路徑傳輸交流電力和通信信號(hào)的系統(tǒng)，所述通信路徑包括至少一個(gè)感性負(fù)載(5)和用于接通和切斷至所述至少一個(gè)負(fù)載的電力的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置(13)。該系統(tǒng)包括控制裝置(25)，所述控制裝置適于控制所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，使得響應(yīng)于切斷所述電力而將直流電施加至所述至少一個(gè)感性負(fù)載，以及響應(yīng)于所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置接通所述電力的驅(qū)動(dòng)，而在導(dǎo)致與所述直流電引起的磁化相反的所述至少一個(gè)感性負(fù)載的磁化的電力的相位期間接通所述電力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】防范通信系統(tǒng)中的瞬變

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及防范通信系統(tǒng)、例如海底流體生產(chǎn)井電力和通信系統(tǒng)中的瞬變。

【背景技術(shù)】
[0002] 在海底流體生產(chǎn)井電力和通信系統(tǒng)中，與感性負(fù)載的通電/斷電切換固有地相關(guān) 聯(lián)的電壓瞬變潛在地非常具有破壞性，因?yàn)橥ㄐ耪{(diào)制解調(diào)器直接耦合（電連接）到電力線(xiàn) 以便實(shí)現(xiàn)在電力上通信（communication on power :C0P)的系統(tǒng)。高壓瞬變可以損壞在基于 C0P的通信系統(tǒng)中使用的上部調(diào)制解調(diào)器和海底調(diào)制解調(diào)器以及上部配電變換器和海底配 電變換器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在第一位置和第二位置之間經(jīng)由通信路 徑傳輸交流電力和通信信號(hào)的系統(tǒng)，所述通信路徑包括至少一個(gè)感性負(fù)載和用于接通和切 斷至所述至少一個(gè)負(fù)載的電力的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，該系統(tǒng)包括控制裝置，所述控制裝置 適于控制所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，使得響應(yīng)于切斷所述電力而將直流電施加至所述至少一 個(gè)感性負(fù)載，以及響應(yīng)于所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置接通所述電力的驅(qū)動(dòng)，而在導(dǎo)致與所述直 流電引起的磁化相反的所述至少一個(gè)感性負(fù)載的磁化的電力的相位期間接通所述電力。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在第一位置和第二位置之間經(jīng)由通信路 徑傳輸交流電力和通信信號(hào)的方法，所述通信路徑包括至少一個(gè)感性負(fù)載和用于接通和切 斷至所述至少一個(gè)負(fù)載的電力的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，該方法包含控制所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝 置，使得響應(yīng)于切斷所述電力而將直流電施加至所述至少一個(gè)感性負(fù)載，以及響應(yīng)于所述 至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置接通所述電力的驅(qū)動(dòng)，而在導(dǎo)致與所述直流電引起的磁化相反的所述至 少一個(gè)感性負(fù)載的磁化的電力的相位期間接通所述電力。
[0005] 至少一個(gè)這樣的感性負(fù)載可以在所述第一位置。
[0006] 至少一個(gè)這樣的感性負(fù)載可以在所述第二位置。
[0007] 至少一個(gè)這樣的開(kāi)關(guān)裝置可以在所述第一位置。
[0008] 至少一個(gè)這樣的開(kāi)關(guān)裝置在所述第二位置。
[0009] 所述至少一個(gè)感性負(fù)載典型地包含變換器的繞組。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)典型地包含用于海底井的電力和通信系統(tǒng)，并且根據(jù)本發(fā)明的 方法典型地在這樣的系統(tǒng)中執(zhí)行。在這些情形下，典型地所述第一位置是上部位置并且所 述第二位置包含海底電子設(shè)備模塊。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是用于海底流體生產(chǎn)井的典型的電力和通信系統(tǒng)的示意圖；
[0012] 圖2是另一個(gè)這樣的電力和通信系統(tǒng)的示意圖；
[0013] 圖3是來(lái)自于用于說(shuō)明瞬變問(wèn)題的示波器跡線(xiàn)；
[0014] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖；以及 [0015] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實(shí)施例的部分的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 圖1示出了用于海底流體（例如烴）生產(chǎn)井的典型的基于C0P的控制系統(tǒng)，其中 經(jīng)由通電/斷電開(kāi)關(guān)3、斷路器4、上部變換器5、通信阻塞濾波器6、斷路器7以及在上部和 海底井之間的臍帶線(xiàn)纜8,將來(lái)自干線(xiàn)供電1 (例如在水面平臺(tái)上）的上部交流（AC)干線(xiàn)電 力供給相應(yīng)的流體生產(chǎn)井處的海底電子設(shè)備模塊SEMI、SEM2-SEMN中的變換器2。在控制 電子設(shè)備9的控制下，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器10和數(shù)據(jù)信號(hào)濾波器11，在斷路器7之后，將控制通 信疊加到AC電力上。當(dāng)操作通電/斷電開(kāi)關(guān)3或斷路器4或5時(shí)，在系統(tǒng)的點(diǎn)12處發(fā)生 高壓瞬變，所述高壓瞬變是無(wú)功功率在系統(tǒng)內(nèi)快速釋放的結(jié)果。存儲(chǔ)在感性元件（變換器 和電感器）中的剩余磁能通過(guò)系統(tǒng)快速地釋放并且發(fā)生具有潛在災(zāi)難性后果的高瞬變浪 涌電流。
[0017] 在圖2中（其中與圖1中的那些事項(xiàng)一致的事項(xiàng)具有如圖1中的相同的附圖標(biāo) 記），通過(guò)將簡(jiǎn)單的通/斷開(kāi)關(guān)3替換為相位控制的通電/斷電開(kāi)關(guān)13來(lái)改變系統(tǒng)中的電 力切換，開(kāi)關(guān)3的動(dòng)作現(xiàn)在經(jīng)由控制該開(kāi)關(guān)13以及調(diào)制解調(diào)器10和濾波器11的控制電子 設(shè)備14。更具體地說(shuō)，開(kāi)關(guān)13典型地通過(guò)晶閘管或雙向三端晶閘管在電壓波形的受控的 相位角切換電力。通電和斷電的切換是被相位控制的，以確保在與被斷電時(shí)的相位相反的 供電的相位上為下游負(fù)載加電。例如，如果在例如電力的正電力半周期為系統(tǒng)通電，則總 是在負(fù)電力半周期對(duì)其斷電，因此確保相等數(shù)量的正電力半周期和負(fù)電力半周期傳遞到負(fù) 載，從而給下游磁部件留下剩余磁場(chǎng)，在下一次為系統(tǒng)通電（利用適當(dāng)?shù)南辔煌降碾娏?控制）時(shí)，所述剩余磁場(chǎng)應(yīng)當(dāng)抑制（而不是增強(qiáng)）浪涌電流瞬時(shí)電涌生成。
[0018] 這個(gè)過(guò)程的原因是切斷至變換器的供電典型地導(dǎo)致存儲(chǔ)在芯中的剩余磁通量。如 果在增強(qiáng)這個(gè)通量的AC供電周期極性的一部分接通電力，則該變換器可能變得飽和，導(dǎo)致 大的輸入電流，并且因?yàn)椴辉儆行就康淖兓约耙虼藳](méi)有反電動(dòng)勢(shì)（EMF)，所以它僅被繞 組的電阻限制。這個(gè)高電流典型地導(dǎo)致供電電壓的嚴(yán)重畸變或驟降,其中供電電壓的快速 變化生成其頻率可侵占 C0P系統(tǒng)的通信頻帶并使通信惡化的諧波。這個(gè)連同可由高浪涌電 流引起的潛在損壞可以是災(zāi)難性的。
[0019] 圖3是來(lái)自于在通電/斷電測(cè)試期間在SEM變換器上記錄的實(shí)際的示波器跡線(xiàn)， 圖3演示了這個(gè)現(xiàn)象并且示出了施加于變換器的初級(jí)繞組的電壓（跡線(xiàn)15)、初級(jí)繞組中 的電流（跡線(xiàn)16)、C0P系統(tǒng)通信輸出（跡線(xiàn)17)以及跡線(xiàn)17的補(bǔ)充（跡線(xiàn)18)。接通電 力的跡線(xiàn)15中的相位點(diǎn)19在負(fù)周期的開(kāi)始處?？梢钥吹?，在初級(jí)繞組中存在大電流（跡 線(xiàn)16)和已經(jīng)生成在C0P通信信道中導(dǎo)致噪聲脈沖串（跡線(xiàn)17和18)的諧波的供電電壓 的驟降（跡線(xiàn)15)。
[0020] 一種避免瞬變問(wèn)題的備選的、簡(jiǎn)單的方式是具有給變換器的更大的芯，使得它將 不會(huì)變得飽和，但是在質(zhì)量和體積最小化是必需的海底設(shè)備中這不是一個(gè)選擇方案。本發(fā) 明的、確保通電和斷電被相位控制以確保在與被斷電時(shí)的相位相反的供電的相位上為下游 負(fù)載加電的上述方法允許保留具有小質(zhì)量和體積的變換器，而沒(méi)有引起損壞和C0P通信惡 化的瞬變的風(fēng)險(xiǎn)。
[0021] 然而，上述的瞬變問(wèn)題的解決方案可以被擴(kuò)充（根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例），因?yàn)?如果斷路器打開(kāi)，或者出于任何其它原因無(wú)意地切斷了電力，則斷電將不被相位控制，并且 因此將不知道重新接通時(shí)要求的反相位。這可以通過(guò)增加變換器的預(yù)磁化來(lái)解決。這個(gè)技 術(shù)涉及臨時(shí)將小DC電壓施加于每個(gè)變換器的初級(jí)繞組以將它的芯剩磁設(shè)置在已知方向。 這提供了"反抗"這個(gè)剩余磁通所需要的恢復(fù)AC電力的相位的認(rèn)識(shí)，因此避免了在將要驅(qū) 使芯通量進(jìn)入飽和并引起瞬變問(wèn)題的相位處的電力的施加。
[0022] 圖4(其中與圖2中的那些事項(xiàng)一致的事項(xiàng)具有如圖2中的相同的附圖標(biāo)記）示 出了將這個(gè)特征應(yīng)用于上部變換器5。如果斷路器4打開(kāi)，相位控制的開(kāi)關(guān)13和變換器5 之間的開(kāi)關(guān)20在短時(shí)間期間操作并將DC供電電路21 (典型地僅提供9伏左右）連接到變 換器5的初級(jí)繞組，從而取決于施加的DC供電的極性而將它的芯剩磁設(shè)置在已知方向。在 這之后，當(dāng)斷路器4被重置時(shí)，通電/斷電相位控制的開(kāi)關(guān)13被設(shè)置為施加反轉(zhuǎn)由DC供電 電路20設(shè)置的剩磁所要求的第一 AC供電相位，從而確保變換器5的芯不會(huì)變得飽和并且 因此防止在沒(méi)有預(yù)磁化技術(shù)的情況下出現(xiàn)的高浪涌電流、供電電壓驟降和C0P通信惡化的 問(wèn)題。
[0023] 如圖4所示的，利用經(jīng)由臍帶線(xiàn)纜8從上部施加于所有的SEM變換器的DC供電預(yù) 磁化，將相同的技術(shù)應(yīng)用于裝入SEMI至N中的海底變換器2。因此斷路器7 (或斷路器4) 的打開(kāi)使開(kāi)關(guān)22操作，立即將DC供電電路23連接到SEMI至N的變換器2,后面是在被重 新連接到變換器時(shí)設(shè)置通電/斷電相位控制的開(kāi)關(guān)24以便施加 AC供電的正確相位，即以 便反轉(zhuǎn)斷電時(shí)由DC供電先前預(yù)設(shè)置的變換器芯中的剩余磁通。
[0024] 以上是在通過(guò)開(kāi)關(guān)3和斷路器4和7而被作用的并且連接到控制開(kāi)關(guān)13、20、22 和24的上部控制電子設(shè)備25的控制下實(shí)現(xiàn)的。
[0025] 圖5示出了通過(guò)在海底的每個(gè)SEM內(nèi)結(jié)合所需的電路、通電相位調(diào)整和控制來(lái)預(yù) 磁化SEM中的變換器的備選的布置。在這種情況下，相應(yīng)地在每個(gè)SEM中，當(dāng)切斷通過(guò)臍帶 8的輸入電力時(shí)，SEM中的控制電子設(shè)備26將不得不使它的供電維持幾秒鐘，并且還包含電 路來(lái)檢測(cè)電力的切斷，據(jù)此DC供電電路27 (典型地接收來(lái)自控制電子設(shè)備供電的電力）立 即通過(guò)開(kāi)關(guān)28連接到變換器2。在通過(guò)臍帶8的電力恢復(fù)時(shí)，通電/斷電相位控制的開(kāi)關(guān) 29 (典型地雙向三端晶閘管或晶閘管）在控制電子設(shè)備26允許它在AC供電的正確相位上 接通之前將不會(huì)恢復(fù)到變換器的電力。
[0026] 使用本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)
[0027] 關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于，本發(fā)明允許在具有C0P通信的海底電力系統(tǒng)中使用具有接近飽和 的通量密度并且因此小體積和質(zhì)量的變換器，而沒(méi)有在切斷或接通供電時(shí)系統(tǒng)組件例如調(diào) 制解調(diào)器的損壞和通信惡化的問(wèn)題。
【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)，用于在第一位置和第二位置之間經(jīng)由通信路徑傳輸交流電力和通信信 號(hào)，所述通信路徑包括至少一個(gè)感性負(fù)載和用于接通和切斷至所述至少一個(gè)負(fù)載的電力的 至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，所述系統(tǒng)包括控制裝置，所述控制裝置適于控制所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝 置，使得響應(yīng)于切斷所述電力而將直流電施加至所述至少一個(gè)感性負(fù)載，以及響應(yīng)于所述 至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置接通所述電力的驅(qū)動(dòng)，而在導(dǎo)致與所述直流電引起的磁化相反的所述至 少一個(gè)感性負(fù)載的磁化的電力的相位期間接通所述電力。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)這樣的感性負(fù)載在所述第一位置。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)這樣的感性負(fù)載在所述第二位置。
4. 如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)這樣的開(kāi)關(guān)裝置在所述第一位 置。
5. 如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)這樣的開(kāi)關(guān)裝置在所述第二位 置。
6. 如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)感性負(fù)載包括變換器的繞 組。
7. 如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括用于海底井的電力和通信系統(tǒng)。
8. 如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第一位置是上部位置并且所述第二 位置包括海底電子設(shè)備模塊。
9. 一種方法，用于在第一位置和第二位置之間經(jīng)由通信路徑傳輸交流電力和通信信 號(hào)，所述通信路徑包括至少一個(gè)感性負(fù)載和用于接通和切斷至所述至少一個(gè)負(fù)載的電力的 至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，所述方法包含控制所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，使得響應(yīng)于切斷所述電力 而將直流電施加至所述至少一個(gè)感性負(fù)載，以及響應(yīng)于所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置接通所述電 力的驅(qū)動(dòng)，而在導(dǎo)致與所述直流電引起的磁化相反的所述至少一個(gè)感性負(fù)載的磁化的電力 的相位期間接通所述電力。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中至少一個(gè)這樣的感性負(fù)載在所述第一位置。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的方法，其中至少一個(gè)這樣的感性負(fù)載在所述第二位置。
12. 如權(quán)利要求9至11中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中至少一個(gè)這樣的開(kāi)關(guān)裝置在所 述第一位置。
13. 如權(quán)利要求9至12中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中至少一個(gè)這樣的開(kāi)關(guān)裝置在所 述第二位置。
14. 如權(quán)利要求9至13中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述至少一個(gè)感性負(fù)載包括變 換器的繞組。
15. 如權(quán)利要求9至14中的任何一項(xiàng)所述的方法，所述方法在用于海底井的電力和通 信系統(tǒng)中執(zhí)行。
16. 如前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一位置是上部位置并且所述 第二位置包括海底電子設(shè)備模塊。
【文檔編號(hào)】H04B3/54GK104106196SQ201280063164
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】S·普基亞努, G·莫利, H·斯馬特, S·L·C·辛普森, J·R·戴維斯 申請(qǐng)人:韋特柯格雷控制系統(tǒng)有限公司