[發明專利]海底電力線纜中的故障檢測

無效

• 申請號: 201380007427.8
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN104067135A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: D.拉丹
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;H02H7/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧永杰;胡莉莉

技術領域

本發明涉及海底電力線纜中的故障檢測。

背景技術

最近，已經存在對離岸烴生產的日益增加的興趣。烴井（hydrocarbon well）可以位于距海岸地點許多英里并且在向下抵達數千米的水深中。海底管道可以被用于將烴從離岸井輸送到生產船或岸上地點，或者可以被用于在被離岸區段分離的不同岸上地點之間輸送烴。

在深水中，水溫相對低，其可以例如是在大約-1和+4℃之間。當從海底井中產生烴時，它們可能包括一小部分的水，并且它們另外將在到達海床時顯著冷卻。這可以引起水合物的形成，其一般是加壓的烴氣體與水的組合。該組合可以在低溫下形成水合物，其為固體材料。水合物可以限制管道內的流動，或者甚至可能完全堵塞管道。

在本領域中將化學品用于防止水合物形成的方法是已知的。更加有效的另一種方法是增大管道的溫度，例如通過使用直接電加熱（DEH）。這樣的DEH系統例如從WO 2004/111519中是已知的，其使用被附連到鋼管道的兩側的海底單相線纜。50/60 Hz AC電流經過線纜和管道，并且管道由于其電阻而被加熱。

電源一般位于岸上位置處或在生產船上，并且這樣的電源的示例被描述在WO 2010/031626中。要被加熱的管道區段是電力供給布置上的單相負載。

在到高壓海底線纜的介質中、特別是用在DEH系統中的海底線纜中檢測和發現故障位置一般是困難的。單相海底線纜可以被用于將電力供給到經加熱的管道區段并且可以連接到陽極，參見例如圖1。由于海底直接電加熱是基于阻抗的負載，因此在遠程位置處線纜上的電壓接近零。

目前為止所使用的在先方法一般而言對于遙遠位置處海底故障檢測具有有限準確性。

由于海底直接電加熱是基于阻抗的負載，因此在遠程位置處線纜上的電壓接近零。這使得使用故障檢測和定位的常規方法變得十分困難。可以使用的方法包括：

1.）反時間-電流曲線；電流對不同的負載不同；這使得針對每個負載都使用一條曲線是不切實際的，因為在現有DEH系統上可以定義例如18個負載。此外，該方法對于遙遠的故障可能是不準確的，因為這樣一來，在無故障（正常）操作中測量的電流相對低（難以從故障電流區分開來）。

2.）基于阻抗的保護，其中比較所測量的阻抗Z=電壓/電流以找到阻抗中的降低并因而找到與負載阻抗相稱（proportional）的故障位置。由于故障位置可以位于遠離電源處，因此可能僅檢測到非常小的阻抗改變。測量儀器和計算中的誤差以及諸如線纜加熱膨脹之類的對阻抗值的外部影響可以使得該方法使用起來不切實際，特別是對于海底線纜長度的最后10%或20%。

3.）基于光纖的檢測方法，諸如在WO 2007/096775和WO 2010/108976中描述的那些，其涉及使用光纖繼電器以用于DEH海底線纜保護，這基于線纜絕緣內部所構建的光纖。然而，光纖必須在生產海底線纜時被安裝，并且該系統因而不適于現有安裝。其還是復雜且昂貴的。如果在線纜內部光纖受損或燒毀，則檢測系統不再能夠使用并且需要安裝新的線纜。這可能造成問題，因為海底線纜是最昂貴的儀器之一。

此外，盡管光纖檢測方法在故障檢測中可以是非常迅速的，但是它們一般并不非常適于找到故障位置，因為現有檢測方法全部都基于檢測線纜溫度中的改變，假設線纜溫度的增大將引起線纜的燒毀。這種假設看起來并不恰當，因為線纜溫度在線纜和管道被埋在地下的位置處和其未被掩埋但是利用周圍海水來冷卻的位置處可以是不同的。

發明內容

因此，存在消除以上提到的缺陷中的至少一些并且提供海底電力線纜中改進的故障檢測的需要。

這種需要通過獨立權利要求的特征來滿足。從屬權利要求描述本發明的實施例。實施例提供了一種檢測海底電力線纜中或在包括海底電力線纜的直接電加熱（DEH）系統中的故障的方法，其中測量點沿海底電力線纜而分布，該方法包括以下步驟：在每個測量點處測量海底電力線纜中的電流；比較在不同測量點處測量的電流；以及基于所述比較來檢測海底電力線纜中或DEH系統中故障的存在和位置。

通過利用不同的測量點，從遠程位置確定故障位置可以成為可能，使得便于海底電力線纜或DEH系統的維修并使其更加高效。此外，甚至在經由來自DEH系統中的海底電力線纜的電力而被加熱的管道區段或海底電力線纜的遠端處，檢測故障也可以成為可能。

在實施例中，在測量點處測量電流包括測量電流的相位角，并且比較所測量的電流的步驟包括比較所測量的相位角。