BRPI1004652A2 - mÉtodo para monitorar um màdulo de comutaÇço de energia elÉtrica de uma instalaÇço subaquÁtica e unidade de distribuiÇço de energia para uma instalaÇço subaquÁtica - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA MONITORAR UM MàDULO DE COMUTAÇçO DE ENERGIA ELÉTRICA DE UMA INSTALAÇçO SUBAQUÁTICA E UNIDADE DE DISTRIBUIÇçO DE ENERGIA PARA UMA INSTALAÇçO SUBAQUÁTICA. Um método para monitorar um módulo de comutação de energia de uma instalação subaquática, sendo que o módulo de comutação de energia pode ser operado para comutar energia GA em uso, compreendendo as etapasde medir pelo menos um parâmetro operacional do módulo de comutação de energia e produzir um sinal indicativo do parâmetro medido, e, caso o sinal não seja digital, converter o sinal para um formato digital e então transmitir o sinal digital em um barramento.
Description
"MÉTODO PARA MONITORAR UM MÓDULO DE COMUTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA DE UMA INSTALAÇÃO SUBAQUÁTICA E UNIDADE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA PARA UMA INSTALAÇÃO
SUBAQUÁTICA" Antecedentes da Invenção
Área da Invenção A presente invenção diz respeito a um método para monitorar um módulo de interrupção de energia elétrica de uma instalação submarina e uma unidade de distribuição de energia para uma instalação submarina. Descrição da Arte Relacionada
Instalações submarinas, como, por exemplo, instalações de poços submarinos, como poços de produção de hidrocarbonetos, costumam ter um fornecimento de energia elétrica CA vindo da superfície através de um cabo umbilical. Na extremidade submarina, o cabo umbilical termina em uma unidade de terminação umbilical ("UTA"). A interrupção desta energia elétrica entre as diversas funções do poço (incluindo, por exemplo, um módulo eletrônico subaquático ("SEM") de um módulo de controle subaquático ("SCM") que pode ser montado, por exemplo, em uma árvore de poço) é regulada por diversos módulos de comutação de energia ("PSM") que costumam ficar alojados em um módulo de proteção e distribuição de energia ("PD&PM") que por sua vez faz parte de uma unidade de distribuição subaquática. Cada PSM é geralmente um distribuidor estático de energia CA baseado em retificador controlado por silício, conforme conhecido na arte.
Uma desvantagem destes sistemas é que os operadores de poço não podem determinar se os PSM estão funcionando corretamente ou diagnosticar uma falha de PSM.
Descrição Resumida da Invenção Um dos objetivos da presente invenção é superar este problema. Este objetivo é alcançado através do fornecimento de funções de telemetria para que diversos parâmetros operacionais - como voltagem de entrada, corrente de carga, temperatura de dispositivos e ambiente e a voltagem comutada de saída - possam ser medidos, convertidos em mensagens de telemetria digitais e transmitidos para os operadores na superfície. A partir destas mensagens pode-se determinar a saúde e a integridade dos PSM.
De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um método para monitorar um módulo de interrupção de energia elétrica de uma instalação subaquática, sendo que o módulo de interrupção de energia pode ser operado para comutar energia CA em uso, compreendendo as etapas de medição de pelo menos um parâmetro operacional do módulo de comutação de energia e produção de um sinal indicativo do parâmetro medido e, caso o sinal não seja digital, fazer a conversão do sinal para um formato digital e então transmitir o sinal digital em um barramento. A transmissão do sinal digital em um barramento pode compreender a transmissão do sinal em um barramento I2C.
O método pode compreender ainda a etapa de transmissão do sinal digital de saída para um local remoto através de TCP/IP. Neste caso, o sinal digital deve ser transmitido para o local remoto utilizando o protocolo de Ethernet.
O parâmetro operacional pode compreender a voltagem de entrada para o módulo de comutação de energia e/ou a voltagem de saída do módulo de comutação de energia. Neste caso, na etapa a) a voltagem pode ser reduzida usando uma rede de resistência. Enquanto estiver sendo feito a medição de pelo menos um parâmetro operacional do módulo de interrupção de voltagem e a produção de um sinal indicativo do parâmetro medido, a saída de voltagem da rede de resistência pode ser transmitida para um amplificador de isolamento. O parâmetro operacional pode compreender a corrente de carga de todo o módulo de comutação de energia. Neste caso, a corrente pode ser determinada utilizando um transdutòr de efeito Hall.
O parâmetro operacional pode compreender a temperatura do módulo de comutação de energia e/ou a temperatura do ambiente ao redor do módulo de comutação de energia.
O módulo de comutação de energia pode ficar alojado no interior de um módulo de distribuição e proteção de energia.
De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecida uma unidade de distribuição de energia para uma instalação subaquática com uma entrada adaptada para receber energia CA e uma saída adaptada para transmitir energia CA, sendo que a unidade compreende um módulo de interrupção de energia elétrica conectado entre a entrada e a saída, e podendo ser operado para comutar energia CA em uso, e sendo que a unidade compreende ainda um meio de medição para medir um parâmetro operacional do dito módulo de comutação de energia e produzir um sinal de saída indicativo do dito parâmetro medido, um conversor de analógico para digital para converter o sinal indicativo do parâmetro medido para um sinal digital e um barramento para transmitir o sinal digital. O barramento pode ser um barramento I2C.
A unidade de distribuição de energia pode compreender um meio de conversão de formato para converter o sinal digital de saída para o formato TCP/IP. Neste caso, a unidade pode compreender um meio de interface para passar o sinal convertido para uma rede TCP/IP, com o sinal sendo convertido, por exemplo, de acordo com o protocole de Ethernet.
A unidade pode compreender um meio de medição adicional para medir os respectivos parâmetros operacionais adicionais do dito módulo de comutação de energia e produzir os respectivos sinais de saída, sendo que cada sinal de saída é transmitido pelo barramento.
O parâmetro operacional pode compreender a voltagem CA de entrada para o módulo de comutação de energia e/ou a voltagem CA de saída a partir do módulo de comutação de energia. Neste caso, a unidade de distribuição de energia pode compreender uma rede de resistência conectada à conexão CA para diminuir a voltagem, sendo que a unidade compreende, por exemplo, um amplificador de isolamento conectado à rede de resistência para receber voltagem desta.
O parâmetro operacional pode compreender a corrente de carga de todo o módulo de comutação de energia. Neste caso, a unidade de distribuição de energia pode compreender um transdutor de efeito Hall para determinar a corrente de carga.
O parâmetro operacional pode compreender a temperatura do módulo de comutação de energia e/ou a temperatura ambiente da unidade. Breve Descrição das Figuras
A invenção será descrita agora com referência às figuras anexas,
sendo que:
A Fig. 1 mostra esquematicamente uma unidade de distribuição de energia de acordo com a presente invenção, sendo que somente um módulo de comutação de energia é mostrado; e
A Fig. 2 mostra esquematicamente o meio de monitoração de voltagem CA da Fig. 1.
Descrição Detalhada da Invenção A Fig. 1 mostra esquematicamente uma unidade de distribuição de energia de acordo com uma modalidade da presente invenção para uso em uma instalação de poço subaquática, sendo que a Fig. 2 mostra uma visão mais detalhada de uma parte da unidade. Esta unidade é projetada para substituir um módulo de proteção e distribuição de energia convencional, e, assim, possui várias características em comum com estes módulos, em particular uma entrada adaptada para receber um par de linhas de energia CA de alta voltagem (mostrado com a legenda "Entrada de linha CA") que pode vir, por exemplo, da superfície, como no caso de uma instalação de topside ou embarcação, e uma saída adaptada para transmitir energia CA de alta voltagem (mostrada com a legenda "saída de linha CA") em um par de linhas até os componentes da instalação subaquática, sendo que a unidade compreende um módulo de comutação de energia 1 conectado entre a entrada e a saída, e podendo ser operado para comutar energia CA em uso. Aqui, as voltagens CA podem ficar tipicamente na faixa entre cerca de 150V a cerca de 600V. Os módulos de comutação de energia 1 são conhecidos na arte, e, portanto, não serão descritos detalhadamente aqui. Quando o PSM 1 é habilitado, a CA de alta voltagem é comutada para a saída. Para tornar a descrição mais simples, a unidade mostrada possui apenas conexões para uma linha CA, e, consequentemente, somente um módulo de comutação de energia (PSM) 1 é mostrado. Entretanto, são comuns as unidades com números maiores de linhas e PSMs, e a presente invenção pode ser estendida a estas situações sem dificuldades, conforme aqueles versados na arte compreenderão.
Conforme será descrito a seguir, a presente invenção permite que
diversos parâmetros operacionais do PSM sejam medidos e transmitidos para a superfície:
Corrente de Carga A corrente de carga do PSM 1 é medida utilizando um transdutor de corrente de efeito Hall 2 (também conhecido como um dispositivo porta de fluxo de circuito fechado) conectado em série com uma das linhas de energia CA. O transdutor 2 também aparece mais detalhadamente na Fig. 2. O sinal de saída de CA do transdutor 2 é passado a um amplificador operacional de sinal 10
pequeno 3 para amplificação e então a um conversor RMS-DC 4 para conversão para DC utilizando o valor de média quadrática da corrente CA. A corrente DC de saída é então passada a um conversor de analógico para digital 5, conforme descrito adiante.
Voltagem de Entrada A fim de possibilitar a medição, a voltagem CA de entrada para o PSM 1 é reduzida por uma rede de resistência 6 e então transmitida para um amplificador de isolamento 7. Estes componentes são mostrados com mais detalhes na Fig. 2. A rede de resistência 6 compreende três resistores ligados em série 6a, 6b e 6b conectados através das linhas de energia CA de entrada. Visto que estas resistências são conhecidas com precisão, a voltagem no resistor 6b pode ser correlacionada à voltagem CA de entrada, e a voltagem no resistor 6b é transmitida para o amplificados de isolamento 7. Desta forma, a CA de alta voltagem é isolada de circuitos eletrônicos de baixa voltagem. O amplificador de isolamento 7 mostrado é um amplificador de isolamento acoplador transformador de duas portas do tipo que disponibilizado por revendedores. A saída do amplificador de isolamento 7 é transmitida para um conversor RSM-DC 8, onde é convertida para DC, e o sinal de saída DC é passado para o conversor de analógico para digital 5. Voltagem de Saída
A voltagem CA de saída do PSM 1 pode ser medida de maneira semelhante à medição da voltagem de entrada descrita acima. A voltagem é reduzida por meio de uma rede de resistência 9 e passada a um amplificador de isolamento 10. O sinal de saída amplificado é passado a um conversor RMS-DC 11 e a saída DC é passada a um conversor de analógico para digital 5.
temperatura do PSM A temperatura do próprio PSM é medida por meio de um sensor de temperatura 12 que é montado no dissipador de calor do PSM 1, podendo assim captar a temperatura deste. Mais especificamente, o sensor é montado no dissipador de calor do retificador controlado por silício do PSM 1 (não mostrado "explicitamente). O sinal de saída do sensor 12 é transmitido diretamente para o conversor de analógico para digital 5.
Temperatura Ambiente
A temperatura ambiente no interior do alojamento da unidade, isto é, a temperatura do ar em torno do PSM, é medida por meio de um sensor de temperatura 13. O sinal de saída do sensor 13 é transmitido diretamente para o conversor de analógico para digital 5.
Conforme descrito acima, os diversos sinais indicativos de cada parâmetro operacional são transmitidos para um conversor de analógico para digital e convertidos em sinais digitais. Estes são passados para um computador de placa única 14 através das linhas de barramento I2C 5. O computador de placa única 14 é montado em uma placa de módulo de controle de comutação de energia (não mostrada), um componente padrão de módulos de proteção e distribuição de energia conhecidos. Deve-se notar que se forem usados PSMs adicionais, cada um será controlado por uma placa comum de módulo de controle de comutação de energia. O computador 14 converte os sinais digitais para um formato compatível com TCP/IP usando, por exemplo, o protocolo Ethernet, e então os transmite, através da interface de Ethernet 16, para o sistema de comunicação padrão de instalação de poço. Isto permite que os parâmetros operacionais sejam enviados a um local remoto, como uma interface, monitorados e registrados através da rede de comunicação existente no poço.
Diversas alternativas e modificações dentro do escopo da
*
invenção ficarão aparentes para aqueles versados na arte. Por exemplo, outros protocolos de transmissão que não os descritos explicitamente aqui podem ser empregados caso o operador da instalação prefira. Podem ser medidor outros parâmetros operacionais além dos que foram listados.
Claims (10)
1. MÉTODO PARA MONITORAR UM MÓDULO DE COMUTAÇÃO ' DE ENERGIA ELÉTRICA DE UMA INSTALAÇÃO SUBAQUÁTICA, sendo que o módulo de comutação de energia pode ser operado para comutar energia CA em uso, compreendendo as etapas de: a) medir pelo menos um parâmetro operacional do módulo de comutação de energia e produzir um sinal indicativo do parâmetro medido; b) caso o sinal não seja digital, converter o sinal para um formato digital; e c) transmitir o sinal em um barramento.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, sendo que a * 2 etapa c) compreende a transmissão do sinal em um barramento I C.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda a etapa de: d) transmitir o sinal digital de saída para um local remoto por meio de TCP/IP.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, sendo que o parâmetro operacional compreende a voltagem de entrada para o módulo de comutação de energia e/ou a voltagem de saída do módulo de comutação de energia.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, sendo que o parâmetro operacional compreende pelo menos um dos seguintes: a temperatura do módulo de comutação de energia, a temperatura ambiente da unidade, a corrente de carga de todo o módulo de comutação de energia.
6. UNIDADE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA PARA UMA INSTALAÇÃO SUBAQUÁTICA com uma entrada adaptada para receber energia CA e uma saída adaptada para transmitir energia CA, sendo que a unidade compreende um módulo de comutação de energia conectado entre a entrada e saída, podendo ser operado para comutar energia CA em uso, e sendo que a unidade compreende ainda: um meio de medição para medir um parâmetro operacional do dito módulo de comutação de energia e produzir um sinal de saída indicativo do dito parâmetro medido; um conversor de analógico para digital para converter o sinal indicativo do parâmetro medido para um sinal digital; e um barramento para transmitir o sinal digital. .
7. UNIDADE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 6, sendo que o barramento é um barramento I2C.
8. UNIDADE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 6 compreendendo um meio para conversão de formato para converter o sinal digital de saída para um formato TCP/IP.
9. UNIDADE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 6 compreendendo meio de medição adicional para medir os respectivos parâmetros operacionais adicionais do dito módulo de comutação de energia e produzir os respectivos sinais de saída, sendo que cada um dós ditos sinais de saída é transmitido pelo barramento.
10. UNIDADE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 6, sendo que o parâmetro operacional compreende pelo menos um dentre os seguintes: a temperatura do módulo de comutação de energia, a temperatura ambiente da unidade, a corrente de carga de todo o módulo de comutação de energia, a voltagem CA de entrada para o módulo de comutação de energia e/ou a voltagem CA de saída a partir do módulo de comutação de energia.
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