[發明專利]用于提高礦物絕緣電纜的可靠性的系統和控制方法

在審

• 申請號: 201580047989.4
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN106797118A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 小李·約瑟夫·布儒瓦
• 申請（專利權）人: 小李·約瑟夫·布儒瓦
• 主分類號: H02H9/00
• 分類號: H02H9/00;H02H9/04;H02H7/22
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 李玲

背景技術

本文中的實施例總體上涉及礦物絕緣電纜，并且更具體地涉及一種用于擴展中壓礦物絕緣電纜在高溫環境下的操作壽命和范圍的方法。

由于一個或兩個成因，當在從大約200℃到大約700℃的溫度范圍內操作時，超過2000英尺長的礦物絕緣電纜趨于發生故障(除了制造或安裝缺陷之外)。氧化鎂是當今所使用的礦物絕緣電纜中最流行的電纜絕緣物質。文獻很好地記載著氧化鎂絕緣電纜的阻抗隨著不斷增加的溫度而下降。通過歐姆定律，針對給定的操作電壓，通過絕緣物質來自電纜導體的泄漏電流將與阻抗下降成比例地增加；這一隨時間的推移增加的泄漏電流可導致電纜故障。為了實現在高溫環境中的可靠操作，應用典型地基于大約為礦物絕緣電纜的額定電介質的2到3倍的安全系數來限制操作電壓。這一降額電壓限制應用長度或者需要更高代價的更厚絕緣電纜；其中的任一者影響應用的經濟可行性，尤其是在石油工業井下加熱器應用中。

另一種典型的礦物絕緣電纜故障是當電纜暴露于超過電纜絕緣材料的額定電介質的過壓情況下時的瞬時電壓擊穿故障。過壓可以是由于外部原因，諸如從加熱器電源到電纜的切換操作或照明脈沖傳播。過壓情況還可以是通過由變速驅動的PWM電壓脈沖造成的反射電壓波產生的，這與長饋送電纜的電機應用所共有。即使利用典型的驅動輸出濾波器，反射電壓波仍可達到為正常操作電壓的好幾倍的振幅，尤其是利用長度超過2000英尺的線纜，典型地在作為井下加熱器的礦物絕緣電纜的石油工業應用中。

因此，需要一種用于提高高溫環境下的礦物絕緣電纜的可靠性和使用范圍。

發明內容

本公開的一些實施例包括一種用于提高礦物絕緣電纜在除電機應用之外的應用(諸如石油和天然氣工業井下加熱應用)的可靠性和使用范圍的系統和方法。所述系統和方法可以包括：電壓源；具有經優化的操作頻率的脈寬調制(PWM)變速驅動，所述操作頻率通過控制過程被優化；操作性地連接至所述變速驅動的輸出端的正弦波濾波器，所述正弦波濾波器具有針對所述變速驅動的載波頻率而被優化的設計；操作性地連接至所述正弦波濾波器的礦物絕緣電加熱器電纜；以及外部控制器，所述外部控制器被配置成用于從所述正弦波濾波器接收電壓和電流反饋并從所述加熱器電纜接收溫度反饋并且用于創建所述變速驅動進行操作所處的電壓設定點。所述系統和方法可以被配置成用于：(i)減輕在大約1000伏與大約10000伏之間的中壓范圍以及在從大約200℃到大約700℃的操作環境范圍內進行操作的超過2000英尺長的礦物絕緣電纜的故障機制；(ii)通過以與可靠操作的本技術所需的降額操作電壓水平相對的接近實際額定電介質的電壓來使能操作從而擴展用作井下加熱器的礦物絕緣電纜的應用范圍，從而最大化石油和天然氣工業就地石油恢復項目的經濟可行性；以及(iii)防止由所述驅動或電源的PWM電壓脈沖導致的反射波電壓尖峰對當被應用為礦物絕緣電加熱器電纜的電源的礦物絕緣電加熱器電纜的絕緣材料造成損害或故障。

附圖說明

以下參考附圖作出了對本發明的一些實施例的詳細描述，其中，相同的標號表示附圖的對應部分。

附圖是本發明的一個實施例的流程圖。

具體實施方式

在本發明的以下詳細描述中，描述了本發明的多個細節、示例和實施例。然而，對本領域技術人員將清楚且明顯的是，本發明不限于所闡釋的實施例并且本發明可適用于若干應用中的任一應用。

本公開的方法可以用于提高在中壓范圍內進行操作的、在高溫環境中使用的長礦物絕緣電纜的可靠性和操作范圍，并且可以包括以下元素。可能的構成元素的列表旨在僅是示例性的，并且不旨在此列表用于將本申請的設備限制于這些元件。與本公開相關的本領域普通技術人員可以理解，在不改變設備的必要功能或操作的情況下具有在本公開內可以被替代的等效元件。

1.電源變壓器

2.變速驅動

3.正弦波濾波器

4.電纜

5.外部控制器

可以以下示例性方式對用于提高本公開的礦物絕緣電纜的可靠性和操作范圍的控制方法的各元素進行相關。不旨在限制各元素之間的關系的范圍或本質，并且以下示例僅作為說明性示例被呈現。