防范通信系统中的瞬变技术方案

本发明专利技术为防范通信系统中的瞬变，公开了一种用于在第一位置和第二位置之间通过通信路径传输交流功率和通信信号的系统，所述通信路径包括至少一个电感负载（5）和用于接通和切断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置（13）。控制装置（14）适于控制所述至少一个开关装置，使得如果在功率的特定相位期间接通所述功率，则在功率的反相位期间切断所述功率并且如果在功率的特定相位期间切断所述功率，则在功率的反相位期间接通所述功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及防范通信系统(例如海底流体生产井电力和通信系统)中的瞬变。
技术介绍
在海底流体生产井电力和通信系统中，固有地与电感负载的通电/断电切换相关联的电压瞬变潜在地非常有破坏性，因为通信调制解调器直接耦合(电连接)到输电线以便实现电力上通信(communication on power COP)的系统。高压瞬变可以损坏在基于COP的通信系统中使用的水上舷侧(topside)调制解调器和海底调制解调器以及水上舷侧配电变压器和海底配电变压器。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于在第一位置和第二位置之间通过通信路径传输交流功率和通信信号的系统，所述通信路径包括至少一个电感负载和用于接通和切断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置。该系统包括控制装置，所述控制装置适于控制所述至少一个开关装置，使得如果在功率的特定相位期间接通所述功率，则在所述功率的反相位期间切断所述功率，并且如果在功率的特定相位期间切断所述功率，则在所述功率的反相位期间接通所述功率。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于在第一位置和第二位置之间通过通信路径传输交流功率和通信信号的方法，所述通信路径包括至少一个电感负载和用于接通和切断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置，该方法包括控制所述至少一个开关装置，使得如果在功率的特定相位期间接通所述功率，则在功率的反相位期间切断所述功率，并且如果在功率的特定相位期间切断所述功率，则在功率的反相位期间接通所述功率。优选地，所述控制装置还适于控制所述至少一个开关装置，使得响应于切断所述功率，将直流电施加于所述至少一个电感负载，以及响应于所述至少一个开关装置接通所述功率的激励，在导致与所述直流电引起的磁化相反的所述至少一个电感负载的磁化的功率的相位期间接通所述功率。至少一个这样的电感负载可以在所述第一位置。至少一个这样的电感负载可以在所述第二位置。至少一个这样的开关装置可以在所述第一位置。至少一个这样的开关装置在所述第二位置。所述至少一个电感负载典型地包括变压器的绕组。根据本专利技术的系统典型地包括用于海底井的电力和通信系统并且根据本专利技术的方法典型地在这样的系统中执行。在这些情形下，典型地所述第一位置是水上舷侧位置并且所述第二位置包括海底电子设备模块。附图说明图1是用于海底流体生产井的典型的电力和通信系统的示意 图2是根据本专利技术的这样的系统的实施例的示意 图3来自于用于说明瞬变问题的示波器描迹； 图4是根据本专利技术的系统的第二实施例的示意图；以及 图5是根据本专利技术的系统的第三实施例的部分的示意图。具体实施例方式图1示出了用于海底流体(例如烃)生产井的典型的基于COP的控制系统，其中经由通电/断电开关3、断路器4、水上舷侧变压器5、通信阻塞滤波器6、断路器7以及在水上舷侧和海底井之间的脐带电缆8，将来自干线供电I (例如在水面平台上)的水上舷侧交流(AC)干线功率供给相应的流体生产井处的海底电子设备模块SEM1、SEM2—SEMN中的变压器2。在控制电子设备9的控制下，通过调制解调器10和数据信号滤波器11，在断路器7之后，将控制通信叠加到AC功率上。当操作通电/断电开关3或断路器4或5时，在系统的点12处发生高压瞬变，所述高压瞬变是无功功率在系统内快速释放的结果。存储在电感元件(变压器和电感器)中的剩余(remanant)磁能通过系统快速地释放并且发生具有潜在灾难性后果的高瞬变浪涌电流。图2 (其中与图1中的那些项一致的项具有如图1中的相同的附图标记)示出了本专利技术的实施例，通过将简单的闭合/断开开关3替换为相位控制的通电/断电开关13来改变系统中的功率切换，开关3的动作现在经由控制开关13以及调制解调器10和滤波器11的控制电子设备14。更具体地说，开关13典型地通过晶闸管或双向三端晶闸管在电压波形的受控的相位角切换功率。通电和断电的切换是被相位控制的，以确保在与被断电时的相位相反的供电的相位上为下游负载加电。例如，如果在例如功率的正功率半周期为系统通电，则总是在负功率半周期为它断电，因此确保相等数量的正功率半周期和负功率半周期传递到负载，从而给下游磁分量留下剩余磁场，在下一次为系统通电(利用适当的相位同步的功率控制)时，所述剩余磁场应当抑制(而不是增强)浪涌电流瞬时电涌生成。这个过程的原因是切断到变压器的供电典型地导致存储在芯中的剩余磁通量。如果在增强这个通量的AC供电周期极性的一部分处接通功率，则该变压器可能变得饱和，导致大的输入电流，并且因为不再有芯通量的变化以及因此没有反电动势(EMF)，所以它仅被绕组的电阻限制。这个高电流典型地导致供电电压的严重畸变或崩溃，其中供电电压的快速变化生成其频率可侵占COP系统的通信频带并使通信恶化的谐波。这个连同可由高浪涌电流弓I起的潜在损坏可以是灾难性的。图3来自于在通电/断电测试期间在SEM变压器上记录的实际的示波器描迹，图3演示了这个现象并且示出了施加于变压器的初级绕组的电压(扫迹15)、初级绕组中的电流(扫迹16)、C0P系统通信输出(扫迹17)以及扫迹17的补充(扫迹18)。接通功率的扫迹15中的相位点19在负周期的开始处。可以看到，在初级绕组中存在大电流(扫迹16)和已经生成在COP通信信道中导致噪声脉冲串(扫迹17和18)的谐波的供电电压的崩溃(扫迹15)。一种避免瞬变问题的备选的、简单的方式是具有给变压器的更大的芯，使得它将不会变得饱和，但是在质量和体积最小化是必需的海底设备中这不是一个选择方案。本专利技术的、确保通电和断电被相位控制以确保在与被断电时的相位相反的供电的相位上为下游负载加电的上述方法允许保留具有小质量和体积的变压器，而没有引起损坏和COP通信恶化的瞬变的风险。然而，上述的瞬变问题的解决方案可以被扩充，因为如果断路器打开，或者出于任何其他原因无意地切断了功率，则断电将不被相位控制，并且因此将不知道重新接通时要求的反相位。这可以通过增加变压器的预磁化来处理。这个技术涉及临时将小DC电压施加于每个变压器的初级绕组以将它的芯剩磁设置在已知方向。这提供了使这个剩余磁通“相反”所需要的恢复AC功率的相位的认识，因此避免了在将要驱动芯通量进入饱和并引起瞬变问题的相位处的功率的施加。图4 (其中与图2中的那些项一致的项具有如图2中的相同的附图标记)示出了将这个特征应用于水上舷侧变压器5。如果断路器4打开，相位控制的开关13和变压器5之间的开关20在短时间期间操作并将DC供电电路21 (典型地仅提供9伏左右)连接到变压器5的初级绕组，从而取决于施加的DC供电的极性而将它的芯剩磁设置在已知方向。在这之后，当断路器4被重置时，通电/断电相位控制的开关13被设置为施加反转由DC供电电路20设置的剩磁所要求的第一 AC供电相位，从而确保变压器5的芯不会变得饱和并且因此防止在没有预磁化技术的情况下出现的高浪涌电流、供电电压崩溃和COP通信恶化的问题。如图4所示的，利用经由脐带电缆8从水上舷侧施加于所有的SEM变压器的DC供电预磁化，将相同的技术应用于装入SEM I至N中的海底变压器2。因此断路器7 (或断路器4)的打开使开关22操作，立即将DC供电电路23连接到SEM I至N的变压器2，后面是在被重新连接到变压器时设置通电/断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在第一位置和第二位置之间通过通信路径传输交流功率和通信信号的系统，所述通信路径包括至少一个电感负载和用于接通和切断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置，所述系统包括控制装置，所述控制装置适于控制所述至少一个开关装置，使得如果在所述功率的特定相位期间接通所述功率，则在所述功率的反相位期间切断所述功率并且如果在所述功率的特定相位期间切断所述功率，则在所述功率的反相位期间接通所述功率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S普基亚努，H斯马特，G摩利，JR戴维斯，SLC辛普森，
申请(专利权)人：韦特柯格雷控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：