СИСТЕМА И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ И СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области электрического нагрева трубопроводных систем. Более конкретно, изобретение относится к системе обнаружения повреждений, системе электропитания, способу обнаружения повреждений, элементу программы и машиночитаемому носителю для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Образование гидратов является хорошо известной проблемой в подводных эксплуатационных системах добычи нефти и газа. Существует несколько вариантов решения этой проблемы. Традиционно используются химические реагенты. В последнее время используется более эффективный способ непосредственного электрического нагрева для нагрева трубопровода посредством пропускания высокого электрического тока через сам трубопровод. До сих пор кабель для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода укладывается параллельно и соединяется с дальним концом трубопровода, как показано, например, в патенте WO 2004/111519 A1.

Система электропитания для обеспечения питания кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода от трехфазной электрической сети была описана, например, в патенте WO 2010/031626 A1.

Кабель для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода имеет напряжение, уменьшающееся по линейному закону от входной величины на своем конце подачи питания до нулевой величины на заземленном удаленном конце. Следовательно, напряженность электрического поля в изоляции кабеля также уменьшается по линейному закону от нормальной действующей напряженности на конце подачи питания до нуля на удаленном конце.

Повреждение кабеля в удаленной области может быть инициировано механическим повреждением, например разрез, продолжающийся через внешнюю оболочку и систему изоляции, таким образом, оголяя медный проводник в морской воде. Так как проводник соединен с землей на удаленном конце, повреждение будет шунтировать его оставшуюся длину от местоположения повреждения до заземленного конца. Соответствующее изменение тока, протекающего в проводнике, будет незначительным и чрезвычайно трудным для обнаружения на противоположном конце кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода. Измерение тока будет нормально проводиться даже дальше вверх по течению, создавая маленькие изменения, еще более трудные для обнаружения. Ток, протекающий в проводнике, в подводной системе для непосредственного электрического нагрева типично больше чем 1000 А, и ток повреждения, равный 10 А, протекающий через физическое повреждение, приведет к гораздо меньшему изменению на питающей стороне (вследствие сдвигов фаз). Даже при наличии самого лучшего оборудования для измерения тока повреждения кабеля рядом с удаленным концом будут, таким образом, оставаться необнаруженными.

Электрический ток, вытекающий с поверхности медного проводника в морскую воду, будет вызывать быструю (так как переменный ток) коррозию медного проводника даже при маленьких уровнях тока или разностях напряжений. Если такое повреждение не обнаруживается, конечным результатом будет полное коррозионное разрушение медного проводника. Таким образом, морская вода, которая заполняет промежуток, вводится между двумя "обломками проводника", но электрический импеданс этого промежутка может быть недостаточно большим для того, чтобы вызывать обнаруживаемое изменение тока на питающей стороне системы DEH. Так как промежуток не сможет выдерживать напряжение источника питания, то между двумя "обломками проводника" будет образовываться электрическая дуга. Температура, связанная с таким дуговым разрядом, составляет несколько тысяч градусов Цельсия, поэтому будет происходить быстрое расплавление медного проводника, а также любого полимера, находящегося поблизости. Температура кипения морской воды на самых больших релевантных глубинах моря будет выше точек плавления полимера, поэтому "водяное охлаждение" не предотвратит описанное расплавление.

Кабель для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода обычно расположен по возможности ближе к теплоизолированному трубопроводу. Термоизоляция, таким образом, также будет расплавляться в результате повреждения, которое описано выше. После того как стальной трубопровод будет подвергаться воздействию морской воды, он будет представлять собой, в качестве альтернативы и, вероятно, с низким импедансом, обратную цепь для тока повреждения. Так как медный проводник постоянно подвергается эрозии и промежуток между обломками расширяется, трубопровод будет в некоторый момент времени принимать вид обратной цепи с самым низким импедансом. В этот момент между обломком проводника (питающая сторона) и стальным трубопроводом будет возникать новая дуга. В результате может возникнуть быстрое проплавление стальной стенки трубопровода, и содержимое трубопровода может вытекать, приводя к сильному загрязнению окружающей среды.

В патенте WO 2007/096775 A2 была предложена система обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов. Предложенная система основывается на волоконно-оптических элементах, которые содержатся в кабелях для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов. Соответственно, известная система обнаружения повреждений не подходит для существующих установок.

В патенте WO 2006/130722 A2 раскрыты устройство и способ для определения фазы, поврежденной в результате повреждения в трехфазной незаземленной системе электропитания. Известный способ включает в себя этап, на котором сравнивают фазовый угол действующего фазора с фазовым углом фиксированного опорного фазора. Действующий фазор получается из выборки дискретизированного сигнала из множества измеренных сигналов системы электропитания. Известный способ также включает в себя этап, на котором сравнивают разность фазовых углов между действующим фазором и фиксированным опорным фазором, по меньшей мере, с одним порогом для определения поврежденной фазы. Фиксированный опорный фазор может представлять собой линейное напряжение или напряжение прямой последовательности множества измеренных сигналов системы электропитания. Действующий фазор может представлять собой ток нулевой последовательности, напряжение нулевой последовательности или комбинацию тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности из множества измеренных сигналов системы электропитания.

Более того, в патенте EP 0 079 504 A1 описаны способ и устройство для обнаружения однофазного короткого замыкания на землю в трехфазной системе электропитания и для идентификации поврежденной фазы. Однофазное короткое замыкание на землю безошибочно отличается от других повреждений, включая повреждение фаза-фаза-земля, даже в случае линий электропередачи, которые используют последовательные конденсаторы, принимая в расчет линейное напряжение, которое находится в квадратуре с напряжением относительно земли контролируемой фазы.

Кроме того, в патенте US 2004/0032265 A1 раскрыта двухсторонняя система определения расстояния до места повреждения, использующая синхронизированные во времени величины положительных или отрицательных последовательностей для трехфазной линии электропередачи.

Однако системы обнаружения повреждений, предложенные в патентах WO 2006/130722 A2, EP 0 079 504 A1 и US 2004/0032265 A1, не учитывают особые требования для подводных электрических нагревательных установок. В частности, эти системы обнаружения повреждений не относятся к подводным потребителям электроэнергии как кабели для непосредственного электрического нагрева.

Следовательно, существует потребность в системе обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, источнике питания для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, способе обнаружения повреждения для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, элементе программы для обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов и соответствующем машиночитаемом носителе, которые подходят как для существующих, так и для новых установок.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эту потребность можно удовлетворить посредством предмета изобретения согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны с помощью зависимых пунктов формулы изобретения.

Согласно первому аспекту изобретения обеспечена система обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, причем система обнаружения повреждений содержит первый амперметр для измерения первого фазного тока, второй амперметр для измерения второго фазного тока, третий амперметр для измерения третьего фазного тока, первый блок вычисления, предназначенный для вычисления тока отрицательной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока и первый блок обнаружения для обнаружения изменения тока отрицательной последовательности.

Таким образом, можно обнаружить дефект даже на дальнем конце кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода. Способ можно даже использовать для уже существующих кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, при этом все измерительное оборудование можно установить на поверхности. Это позволяет также снизить затраты, так как подводные операции станут необязательными.

Согласно первому варианту осуществления системы обнаружения повреждений, система обнаружения повреждений дополнительно содержит второй блок вычисления для вычисления тока положительной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока и третий блок вычисления для деления тока отрицательной последовательности на ток положительной последовательности с целью получения относительного тока отрицательной последовательности, где первый блок обнаружения выполнен с возможностью обнаружения изменения относительного тока отрицательной последовательности.

Ток положительной последовательности может испытывать только маленькие изменения в случае повреждений кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода и может, по существу, зависеть от рабочего напряжения кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода. Используя относительный ток отрицательной последовательности в качестве управления, можно определить одно пороговое значение для обнаружения повреждений кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода с различными рабочими напряжениями. При работе кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода с различными рабочими напряжениями, можно обеспечить безопасную транспортировку текучих сред через связанный с ним подводный трубопровод, когда текучие среды имеют различные составы и/или изменяется температура окружающей среды подводного трубопровода.

Согласно второму варианту осуществления системы обнаружения повреждений, система обнаружения повреждений дополнительно содержит четвертый блок вычисления для вычисления матрицы Z_S импеданса последовательности. Матрицу Z_S импеданса последовательности можно получить из тока отрицательной последовательности и тока положительной последовательности. Матрицу Z_S импеданса последовательности можно затем использовать для оценки местоположения повреждения кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода.

Согласно другому варианту осуществления системы обнаружения повреждений, система обнаружения повреждений дополнительно содержит второй блок обнаружения, выполненный с возможностью приема сигнала, показывающего неисправность блока симметрирования.

Нагрузки, аналогичные кабелям для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, можно симметрировать с помощью блока симметрирования при подсоединении их в трехфазной сети. Блок симметрирования можно расположить выше уровня поверхности моря и, соответственно, можно легко контролировать. Если обнаружена неисправность блока симметрирования, то можно передать сигнал в систему обнаружения повреждений. Поэтому блок обнаружения повреждения может не допустить, чтобы изменение тока отрицательной последовательности вследствие неисправности блока симметрирования ошибочно приписывалась бы системе для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода. Система обнаружения повреждений со вторым блоком обнаружения, выполненным с возможностью приема сигнала, показывающего неисправность блока симметрирования, может быть более надежной.

Согласно еще одному дополнительному варианту осуществления системы обнаружения повреждений, система обнаружения повреждений дополнительно содержит третий блок обнаружения, выполненный с возможностью приема сигнала, показывающего неисправность блока уравновешивания.

Электрические нагрузки могут содержать резистивные импедансы, а также реактивные импедансы. Такую нагрузку можно уравновешивать с помощью блока уравновешивания для уменьшения поперечных сечений кабелей в сети электропитания. Неисправность блока уравновешивания может также влиять на ток отрицательной последовательности. За счет добавления третьего блока обнаружения, выполненного с возможностью приема сигнала, показывающего неисправность блока уравновешивания, можно, таким образом, повысить надежность системы обнаружения повреждений.

Согласно второму аспекту изобретения обеспечен источник питания для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, причем источник питания содержит блок симметрирования для симметрирования нагрузки и систему обнаружения повреждений, которая была описана выше.

Источник питания согласно изобретению позволяет обеспечить легкое и надежное средство для подачи питания на кабель для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода с помощью трехфазной электрической сети. В частности, блок симметрирования позволяет уменьшить нагрузку, которую испытывает электрическая сеть.

Блок симметрирования может содержать первое конденсаторное средство и индукторное средство, каждое из которых адаптировано к импедансу кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода. Кабель для непосредственного электрического нагрева можно подсоединить к первой фазе и третьей фазе электрической сети, первое конденсаторное средство между первой фазой и второй фазой электрической сети и индукторное средство между второй фазой и третьей фазой электрической сети.

Согласно первому варианту осуществления источника питания, источник питания дополнительно содержит блок уравновешивания для уравновешивания нагрузки.

Блок уравновешивания может содержать второе конденсаторное средство для компенсации реактивной составляющей нагрузки и, таким образом, может внести свой вклад в повышение эффективности передачи электроэнергии.

Согласно второму варианту осуществления источника питания, источник питания дополнительно содержит устройство для локального обнаружения повреждения. Устройство для локального обнаружения повреждения позволяет обнаружить неисправность блока симметрирования и/или блока уравновешивания. В частности, устройство для локального обнаружения повреждения может обеспечивать систему обнаружения повреждений сигналами, показывающими неисправность блока симметрирования и/или блока уравновешивания. Как было описано выше, такие сигналы позволяют предотвратить ошибочное обнаружение повреждений кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода.

Согласно третьему аспекту изобретения выполнен способ обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, причем способ обнаружения повреждений содержит этапы, на которых измеряют первый фазный ток, измеряют второй фазный ток, измеряют третий фазный ток, вычисляют ток отрицательной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока и обнаруживают изменение тока отрицательной последовательности.

Этот способ обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов можно применить к уже установленным кабелям для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов. Все этапы способа можно выполнить выше уровня моря. И можно отказаться от использования устройств для подводных измерений или обнаружения повреждений.

Согласно первому варианту осуществления способа обнаружения повреждений, способ обнаружения повреждений дополнительно содержит этапы, на которых вычисляют ток положительной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока, делят ток отрицательной последовательности на ток положительной последовательности для получения относительного тока отрицательной последовательности и обнаруживают изменение тока отрицательной последовательности путем обнаружения изменения относительного тока отрицательной последовательности.

Такой вариант осуществления позволяет выбрать только одно пороговое значение для обнаружения повреждения даже в том случае, если кабель для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода подвергается различным рабочим напряжениям.

Согласно дополнительному варианту осуществления способа обнаружения повреждений, способ обнаружения повреждений дополнительно содержит этапы, на которых вычисляют матрицу Z_S импеданса последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока, вычисляют изменение напряжений последовательностей на основании матрицы импеданса последовательности и вычисляют изменение импеданса нагрузки на основании изменения напряжений последовательностей.

Определение изменения импеданса нагрузки может помочь в оценке местоположения повреждения кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода. Соответственно, можно быстрее отремонтировать кабель для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода.

Согласно четвертому аспекту изобретения выполнен элемент программы обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов.

Упомянутый программный элемент можно легко адаптировать к новым типам источников питания для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов. Кроме того, программный элемент можно исполнить на процессоре для обработки данных существующего источника питания для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, таким образом, обеспечивая легкий путь для повышения надежности кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов.

Программный элемент можно осуществить в виде кода команды, считываемого компьютером на любом подходящем языке программирования, таком как, например, JAVA, C++, и можно хранить на машиночитаемом носителе (съемном диске, энергозависимой или энергонезависимой памяти, встроенной памяти/встроенном процессоре и т.д.). Код команды выполнен с возможностью программирования компьютера или другого программируемого устройства для выполнения заданных функций. Программный элемент можно получить из сети, такой как Интернет, из которой его можно загрузить.

Способ обнаружения повреждений можно реализовать посредством компьютерной программы, соответственно, программного обеспечения. Однако изобретение можно также реализовать посредством одной или более специфических электронных схем, соответственно, аппаратных средств. Кроме того, способ обнаружения повреждений можно также реализовать в гибридном виде, то есть в виде комбинаций программных модулей и аппаратных модулей.

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения выполнен машиночитаемый носитель, на котором хранится компьютерная программа для обработки физического объекта, причем компьютерная программа при ее исполнении в процессоре обработки данных выполнена с возможностью управления и/или выполнения способа обнаружения повреждений, как описано выше.

Машиночитаемый носитель может представлять собой носитель, считываемый компьютером, или процессор. Машиночитаемый носитель может представлять собой, например, но не ограничиваться этим, электрическую, магнитную, оптическую, инфракрасную или полупроводниковую систему, устройство или среду передачи. Машиночитаемый носитель может включать в себя, по меньшей мере, один из следующих носителей: носитель, распространяемый с помощью компьютера, носитель для хранения программы, носитель записи, машиночитаемую память, память с произвольным доступом, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, машиночитаемый дистрибутив программного обеспечения, машиночитаемый сигнал, машиночитаемый телекоммуникационный сигнал, машиночитаемый печатный материал и машиночитаемый сжатый пакет программного обеспечения.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения были описаны со ссылкой на различные предметы изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа способа, тогда как другие варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа устройства. Однако специалистам в данной области техники из вышеизложенного и нижеследующего описания будет ясно, что, за исключением отмеченных случаев, в дополнение к комбинации отличительных признаков, принадлежащих одному типу предмета изобретения, любая комбинация между отличительными признаками, относящимися к различным предметам изобретения, в частности между отличительными признаками пункта формулы изобретения типа способа и отличительными признаками пунктов формулы изобретения типа устройства, также рассматривается как раскрытая с помощью данного документа.

Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения очевидны из примеров варианта осуществления, которые будут описаны далее и объяснены со ссылкой на примеры варианта осуществления. Далее приводится подробное описание изобретения со ссылкой на примеры варианта осуществления, но которым изобретение не ограничивается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показан общий вид системы для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода.

На фиг. 2 показан схематичный вид источника питания согласно изобретению.

На фиг. 3 показаны зависимости изменения действующего напряжения, действующего тока и импеданса в подводной короткозамкнутой схеме.

На фиг. 4 показаны изменения напряжения отрицательной последовательности и отрицательного тока вследствие короткого замыкания в подводных условиях.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Иллюстрация на чертежах представлена в схематичном виде.

На фиг. 1 показан общий вид системы для непосредственного электрического нагревания подводного трубопровода 100. Кабель 101 для непосредственного электрического нагрева содержит участок 102 трубопровода, продолжающийся вдоль подводного трубопровода 100 и электрически соединенный с подводным трубопроводом 100 в точке 103 соединения. Другой конец участка 102 трубопровода, в частности, как единое целое соединен с одним концом первого участка 104 райзера подводного кабеля 101 для непосредственного электрического нагрева. Подводный кабель 101 для непосредственного электрического нагрева дополнительно содержит второй участок 105 райзера, который электрически подсоединен своим одним концом к подводному трубопроводу 100 в точке 106 соединения. Другие концы первого участка 104 райзера и второго участка 105 райзера подсоединены к источнику 107 питания. Источник 107 питания обеспечивает подводный кабель 101 для непосредственного электрического нагрева электроэнергией, подаваемой от основной электрической сети 108. Из-за большого расстояния между точкой 103 соединения и точкой 106 соединения трудно обнаружить дефект 109 изоляции участка 102 трубопровода рядом с точкой 103 соединения традиционными средствами. Однако это не только не предотвращает нагревание оставшегося участка подводного трубопровода 100, но может также серьезно повредить подводный трубопровод 100.

Подводный кабель 101 для непосредственного электрического нагрева и часть подводного трубопровода 100, через которую протекает ток, представлены на фигуре 2 в виде однофазной нагрузки 210 для непосредственного электрического нагрева. Эта однофазная нагрузка для непосредственного электрического нагрева подсоединена через двухпроводное соединение 215 к источнику 207 питания, который напрямую подсоединен к основной электрической сети 208 через трехпроводное соединение 216. Источник 207 питания содержит блок 211 уравновешивания, блок 212 симметрирования, систему 213 обнаружения повреждений и трехфазный трансформатор 214.

Источник 207 питания выполнен по схеме заземления типа IT (изолированная нейтраль - заземленная нейтраль). Соответственно, ни одна из трех внутренних фаз 217, 218, 219 источника 207 питания не подсоединена к земле. Соответственно, одно повреждение изоляции в системе питания вряд ли приведет к возникновению опасных высоких токов.

Трехфазный трансформатор 214 содержит сторону 220 высокого напряжения и сторону 221 низкого напряжения, где первый переключатель 222 ответвлений соединен со стороной 220 высокого напряжения трехфазного трансформатора 214 и второй переключатель 223 ответвлений соединен со стороной 221 низкого напряжения трехфазного трансформатора 214. Напряжение, прикладываемое к нагрузке для непосредственного электрического нагрева, можно выбрать в диапазоне от минимальной до максимальной нагрузки посредством управления первым переключателем 222 ответвлений и вторым переключателем 223 ответвлений. Путем изменения уровня напряжения можно повысить или понизить уровень тепловой мощности. Первым переключателем 222 ответвлений и вторым переключателем 223 ответвлений можно управлять при полностью запитанной нагрузке для непосредственного электрического нагрева.

Первая внутренняя фаза 217, вторая внутренняя фаза 218 и третья внутренняя фаза 219 на стороне 221 низкого напряжения трехфазного трансформатора 214 подсоединены к блоку 212 симметрирования. Блок 212 симметрирования содержит первое конденсаторное средство 224 и индукторное средство 225 для симметричного распределения однофазной нагрузки 210 для непосредственного электрического нагрева среди трех фаз. Первое конденсаторное средство 224 подсоединено к первой внутренней фазе 217 и второй внутренней фазе 218. Индукторное средство 225 выполнено между второй внутренней фазой 218 и третьей внутренней фазой 219.

Емкостные и индуктивные значения первого конденсаторного средства 224 и индуктивного средства 225 можно изменять под нагрузкой, то есть при включенной системе питания. Первое конденсаторное средство 224 и индуктивное средство 225 можно, таким образом, адаптировать к импедансу нагрузки 210 для непосредственного электрического нагрева для уменьшения тока отрицательной последовательности. Соответственно, коэффициент мощности в трансформаторе может принимать значения, очень близкие к единице, и ток отрицательной последовательности принимает значения, близкие к нулю.

Блок 211 уравновешивания содержит второе конденсаторное средство 226, подсоединенное к первой внутренней фазе 217 и третьей внутренней фазе 218 с одной стороны и к нагрузке 210 для непосредственного электрического нагрева с другой стороны. Блок 211 уравновешивания компенсирует реактивную составляющую нагрузки 210 для непосредственного электрического нагрева. Емкостное значение второго конденсаторного средства 226 можно изменять под нагрузкой.

Система 213 обнаружения повреждений включает в себя первый амперметр 227, второй амперметр 228 и третий амперметр 229. Первый блок 230 вычисления предназначен для вычисления тока отрицательной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока, измеренных с помощью упомянутого первого амперметра 227, второго амперметра 228 и третьего амперметра 229. Блок 231 обнаружения повреждения обнаруживает изменения тока отрицательной последовательности, показывающего повреждение кабеля для непосредственного подводного трубопровода. Кроме того, система 213 обнаружения повреждений содержит второй блок 232 вычисления и третий блок 233 вычисления для вычисления тока положительной последовательности и относительного тока отрицательной последовательности, соответственно. Четвертый блок 234 вычисления позволяет вычислить матрицу Z_S импеданса последовательности, которая служит для определения местоположения повреждения кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода. В итоге, система 213 обнаружения повреждений включает в себя второй блок 235 обнаружения и третий блок 236 обнаружения для учета сигнала ошибки, обеспечиваемого устройствами 237, 238, 239 для обнаружения локального повреждения блока 211 уравновешивания и блока 212 симметрирования.

На фиг. 3 показаны расчетные временные характеристики действующего напряжения V_S подводного кабеля, действующего тока A_S подводного кабеля и импеданса Z_S подводного кабеля. В интервале времени от t₁ до t₂ дефект 109 изоляции возникает рядом с точкой 103 соединения. Расстояние от точки 106 соединения до дефекта 109 изоляции составляет приблизительно 97 процентов от расстояния между точкой 109 соединения и точкой 106 соединения.

Действующее напряжение подводного кабеля падает от приблизительно 9850 В до приблизительно 9750 В в момент времени t₁ и растет от 9750 В до приблизительно 9850 В снова в момент времени t₂. Соответственно, действующий ток подводного кабеля увеличивается от приблизительно 1540 А до приблизительно 1560 А в момент времени t₁ и падает снова до 1540 А в момент времени t₂. Такое изменение порядка 1 процента (по напряжению) или 1,3 процента (по току) очень трудно обнаружить с помощью традиционного измерительного оборудования. Даже импеданс подводного кабеля падает только от 6,4 Ом до приблизительно 6,2 Ом, таким образом, только на приблизительно 3,0 процента в интервале времени от t₁ до t₂.

На фиг. 4 показано соответствующее поведение тока I_N отрицательной последовательности и напряжения V_N отрицательной последовательности для одного и того же интервала времени. Даже в случае если блок симметрирования источника питания можно адаптировать к различным однофазным нагрузкам для непосредственного электрического нагрева, низкий действующий ток отрицательной последовательности от 5-10 А и низкое действующее напряжение отрицательной последовательности можно представить даже в случае, если отсутствует дефект изоляции. Однако от t₁ до t₂ действующее напряжение отрицательной последовательности составляет приблизительно 65 В, что приблизительно в три раза выше, чем действующее напряжение отрицательной последовательности, равное 22 В, без дефекта изоляции. В том же самом интервале действующий ток отрицательной последовательности увеличивается приблизительно от 9 А до 25 А. Такие изменения тока и напряжения можно легко обнаружить.

Следует отметить, что термин "содержащий" не исключает другие элементы или этапы и использование грамматической формы единственного числа не исключает множественного числа. Кроме того, можно объединить элементы, описанные в связи с различными вариантами осуществления. Следует также отметить, что ссылочные позиции в формуле изобретения не следует рассматривать, как ограничивающие объем формулы изобретения.

Подводя итог для вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения, можно констатировать, что заявленные система обнаружения повреждений, источник питания, способ обнаружения повреждений и элемент программы для подводного кабеля для непосредственного электрического нагрева подводного трубопровода имеют существенные преимущества по сравнению с известными системами.

Изобретение относится к обнаружению повреждений кабелей. Сущность: система обнаружения повреждений содержит первый амперметр для измерения первого фазного тока, второй амперметр для измерения второго фазного тока, третий амперметр для измерения третьего фазного тока, первый блок вычисления для вычисления тока отрицательной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока и первый блок обнаружения для обнаружения изменения тока отрицательной последовательности. Кроме того, описан соответствующий способ и машиночитаемый носитель. Технический результат: возможность обнаружения повреждения кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система (213) обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, причем система (213) обнаружения повреждений содержит:
первый амперметр (227) для измерения первого фазного тока,
второй амперметр (228) для измерения второго фазного тока,
третий амперметр (229) для измерения третьего фазного тока,
первый блок (230) вычисления для вычисления тока отрицательной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока, и
первый блок (231) обнаружения для обнаружения изменения тока отрицательной последовательности.

2. Система обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 1, причем система обнаружения повреждений дополнительно содержит:
второй блок (232) вычисления для вычисления тока положительной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока, и
третий блок (233) вычисления для деления тока отрицательной последовательности на ток положительной последовательности для получения относительного тока отрицательной последовательности,
где первый блок (231) обнаружения выполнен с возможностью обнаружения изменения относительного тока отрицательной последовательности.

3. Система (213) обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 1 или 2, дополнительно содержащая:
четвертый блок (234) вычисления для вычисления матрицы Z_s импеданса последовательности.

4. Система (213) обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 1 или 2, причем система обнаружения повреждений дополнительно содержит:
второй блок (213) обнаружения, выполненный с возможностью приема сигнала, показывающего неисправность блока симметрирования.

5. Система (213) обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 1 или 2, причем система обнаружения повреждений дополнительно содержит:
третий блок (236) обнаружения, выполненный с возможностью приема сигнала, показывающего неисправность блока (211) уравновешивания.

6. Система (213) обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 4, причем система обнаружения повреждений дополнительно содержит:
третий блок (236) обнаружения, выполненный с возможностью приема сигнала, показывающего неисправность блока (211) уравновешивания.

7. Источник питания для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, причем источник питания содержит:
блок (212) симметрирования для симметрирования нагрузки,
систему обнаружения повреждений по любому одному из предыдущих пп. 1-6.

8. Источник питания для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 7, причем источник питания дополнительно содержит:
блок (211) уравновешивания для уравновешивания нагрузки.

9. Источник питания для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 7 или 8, причем источник питания дополнительно содержит:
устройство (237, 238, 239) для обнаружения локального повреждения, предназначенное для обнаружения неисправности блока симметрирования и/или блока уравновешивания.

10. Источник питания для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 7 или 8, причем источник питания дополнительно содержит:
трехфазный трансформатор (214).

11. Способ обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов, причем способ обнаружения повреждений содержит этапы, на которых:
измеряют первый фазный ток,
измеряют второй фазный ток,
измеряют третий фазный ток,
вычисляют ток отрицательной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока,
обнаруживают изменение тока отрицательной последовательности.

12. Способ для обнаружения повреждений для кабелей для непосредственного электрического нагрева подводных трубопроводов по п. 11, причем способ обнаружения повреждений дополнительно содержит этапы, на которых:
вычисляют ток положительной последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока,
делят ток отрицательной последовательности на ток положительной последовательности для получения относительного тока отрицательной последовательности, и
обнаруживают изменение тока отрицательной последовательности посредством обнаружения изменения относительного тока отрицательной последовательности.

13. Способ для обнаружения повреждений по п. 11 или 12, причем способ обнаружения повреждений дополнительно содержит этапы, на которых:
вычисляют матрицу Z_s импеданса последовательности из первого фазного тока, второго фазного тока и третьего фазного тока,
вычисляют изменение напряжений последовательности на основании матрицы импеданса последовательностей, и
вычисляют изменение импеданса нагрузки на основании изменения напряжений последовательностей.

14. Машиночитаемый носитель, на котором хранится компьютерная программа, которая при ее исполнении процессором обработки данных обеспечивает выполнение способа по любому из пп. 11-13.