CN102116813B - 电力切换模块的监测 - Google Patents

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Abstract

一种监测水下装备的电力切换模块的方法，该电力切换模块可操作成切换使用的AC电力，包括下列步骤：测量电力切换模块的至少一个操作参数；以及产生指示测量的参数的信号，如果信号不是数字的，则将该信号转换成数字格式，并且在总线上输出数字信号。

Description

电力切换模块的监测
技术领域
本发明涉及监测水下装备的电力切换模块(electrical powerswitching module)的方法和用于水下装备的电力分配单元。
背景技术
水下设施、例如诸如羟类生产井等海底油井装备(subsea wellinstallation)通常经由脐带电缆从水面被提供AC电力。在海底侧，脐带端接于脐带端接单元(“UTA”)。在各种油井功能(包括例如海底控制模块(“SCM”)的海底电子模块(“SEM”)，它例如可安装在井树上)之间的这种电力切换由通常容纳在电力分配和保护模块(“PD&PM”)中的多个电力切换模块(“PSM”)来调节，PD&PM又是海底分配单元的一部分。各PSM通常是基于可控硅整流器的AC电力静态开关，这是本领域已知的。
这类系统的一个缺点在于，油井操作人员无法确定PSM是否正确运行，或者无法诊断PSM故障。
发明内容
本发明的一个目的是克服这个问题。这个目的通过下列步骤来实现：提供遥测功能，使得例如输入电压、负载电流、装置和环境温度以及输出切换的电压等的各种操作参数可被测量、转换成数字遥测消息并且转发给水面的操作人员。从这些消息，可确定PSM的健康和完整性。
根据本发明的第一方面，提供一种监测水下装备的电力切换模块的方法，该电力切换模块可操作成切换使用的AC电力，包括下列步骤：测量电力切换模块的至少一个操作参数；以及产生指示测量参数的信号，如果信号不是数字的，则将该信号转换成数字格式，并且在总线上输出数字信号。在总线上输出数字信号可包括在I2C总线上输出信号。
该方法还可包括使用TCP/IP将输出数字信号传送到远程位置的步骤。在这种情况下，数字信号可使用以太网协议传送到远程位置。
操作参数可包括对电力切换模块的输入电压和/或来自电力切换模块的输出电压。在这种情况下，在步骤a)，电压可使用电阻网络来缩小。在测量电力切换模块的至少一个操作参数并且产生指示测量参数的信号时，可把从电阻网络所输出的电压馈送到隔离放大器。
操作参数可包括电力切换模块上的负载电流。在这种情况下，电流可使用霍耳效应换能器(Hall Effect transducer)来确定。
操作参数可包括电力切换模块的温度和/或电力切换模块周围的环境温度。
电力切换模块可容置在电力分配和保护模块中。
根据本发明的第二方面，提供一种具有适合接收AC电力的输入端以及适合输出AC电力的输出端的水下装备的电力分配单元，该单元包括连接在输入端与输出端之间并且可操作成切换使用的AC电力的电力切换模块，其中该单元还包括用于测量所述电力切换模块的操作参数并且产生指示所述测量参数的输出信号的测量部件、用于将指示测量参数的信号转换成数字信号的模数转换器以及用于输出数字信号的总线。总线可以是I2C总线。
电力分配单元可包括用于将输出数字信号转换成TCP/IP格式的格式转换部件。在这种情况下，该单元可包括用于将转换的信号传递到TCP/IP网络的接口部件，例如该信号按照以太网协议来转换。
该单元可包括用于测量所述电力切换模块的附加的相应操作参数并且产生相应输出信号的附加测量部件，并且其中各所述输出信号由总线输出。
操作参数可包括对电力切换模块的输入AC电压和/或来自功率切换模块的输出AC电压。在这种情况下，电力分配单元可包括连接到AC连接以缩小电压的电阻网络，该单元包括例如连接到电阻网络以接收来自其中的电压的隔离放大器。
操作参数可包括电力切换模块上的负载电流。在这种情况下，电力分配单元可包括确定负载电流的霍耳效应换能器。
操作参数可包括电力切换模块的温度和/或单元的环境温度。
附图说明
现在参照以下附图来描述本发明，附图包括：
图1示意示出根据本发明的电力分配单元，其中仅示出一个电力切换模块；以及
图2示意示出图1的AC电压监测部件。
具体实施方式
图1示意示出根据本发明的一个实施例、与海底油井装备配合使用的电力分配单元，而图2示出该单元的一部分的更详细视图。这个单元设计成替换常规电力分配和保护模块，并且因此共享与这种模块共同的各种特征，具体来说是：输入端，适合例如从水面、如甲板上装备或船上接收一对高电压AC电力线(示为“AC线输入”)；以及输出端，适用于在一对线路上向水下装备的部件输出高电压AC电力(示为“AC线路输出”)，该单元包括连接在输入端与输出端之间并且可操作成切换使用的AC电力的电力切换模块1。在这里，AC电压通常可在大约150V至大约600V的范围。电力切换模块1本身是本领域众所周知的，并且因而在此不作详细描述。当启用PSM 1时，将高电压AC切换到输出。为了简洁起见，所示单元仅具有用于一条AC线路的连接，并且因此仅示出一个电力切换模块(PSM)1。但是，具有更多数量的线路和PSM的单元是常见的，并且本发明可通过简单方式扩展到这些情况，这是本领域的技术人员会理解的。
现在进行描述，本发明使PSM的各种操作参数能够被测量和传送到水面。
负载电流
PSM 1上的负载电流使用与AC电力线之一串联的霍耳效应电流换能器2(又称作闭环磁通量闸门装置)来测量。图2中稍微更详细地示出换能器2。把来自换能器2的AC输出信号传递给小信号运算放大器3供放大，并且然后传递到RMS-DC转换器4，供使用AC电流的均方根值转换成DC。然后，将输出DC电流传递给模数转换器5，稍后进行描述。
输入电压
要实现测量，对PSM 1的输入AC电压由电阻网络6缩小，并且然后馈送给隔离放大器7。图2中更详细地示出这些部件。电阻网络6包括跨接输入AC电力线而连接的三个串联电阻器6a、6b和6b。由于这些电阻是准确已知的，所以电阻器6b两端的电压可与输入AC电压相关，并且电阻器6b两端的电压被馈送给隔离放大器7。这样，高电压AC与任何低电压电子电路隔离。所示的隔离放大器7是二端口变压器耦合器隔离放大器，其类型是现货销售的。把来自隔离放大器7的输出馈送给RMS-DC转换器8，其中将它转换成DC，并且DC输出信号被传递到模数转换器5。
输出电压
来自PSM 1的输出AC电压可按照与上述输入电压相似的方式来测量。电压使用电阻网络9来缩小，并且传递给隔离放大器10。将放大输出信号传递给RMS-DC转换器11，并且将DC输出传递给模数转换器5。
PSM温度
PSM本身的温度使用温度传感器12来测量，温度传感器12安装到PSM 1的散热器，并且因而感测其温度。具体来说，它安装到PSM 1的可控硅整流器的散热器(未明确示出)。来自传感器12的输出信号直接馈送到模数转换器5。
环境温度
单元外壳中的环境温度、即PSM周围空气的温度由温度传感器13来测量。来自传感器13的输出信号直接馈送到模数转换器5。
如上所述，指示各操作参数的各种信号分别馈送给模数转换器5，并且转换成数字信号。它们经由I2C总线线路15传递给单板计算机14。单板计算机14安装在电力切换控制模块卡(未示出)(已知电力分配和保护模块中的一种标准部件)上。应当注意，如果使用附加PSM，则各由公共电力切换控制模块卡来控制。计算机14例如使用以太网协议将数字信号转换成兼容TCP/IP的格式，并且然后经由以太网接口16将其发送给标准油井装备通信系统。这使操作参数能够使用现有油井通信网络被发送到例如水面等远程位置、被监测和记录。
在本发明的范围之内的各种备选和修改方案将是本领域的技术人员清楚知道的。例如，如果装备的操作人员喜欢的话，则可采用除了明确描述之外的其它传输协议。可测量除了所列之外的其它操作参数。

Claims (9)

1.一种监测水下装备的电力切换模块的方法，所述电力切换模块可操作成切换使用的AC电力，所述方法包括下列步骤：
a)测量所述电力切换模块的至少一个操作参数，并且产生指示测量的参数的信号；其中所述操作参数包括到所述电力切换模块的输入电压及/或来自所述电力切换模块的输出电压，其中使用电阻网络将所述输入电压及/或所述输出电压缩小，且其中从所述电阻网络的输出电压被馈送到隔离放大器；
b)如果所述指示测量的参数的信号不是数字的，则将所述指示测量的参数的信号转换成数字信号；以及
c)在总线上输出所述数字信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤c)包括在I2C总线上输出所述数字信号。
3.如权利要求1所述的方法，还包括下列步骤：
d)使用TCP/IP将输出的数字信号传送到远程位置。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所操作参数包括下列至少一个：所述电力切换模块的温度，所述电力切换模块周围的环境温度，所述电力切换模块上的负载电流。
5.一种用于水下装备的电力分配单元，其具有适合接收AC电力的输入端和适合输出AC电力的输出端，所述电力分配单元包括连接在所述输入端与所述输出端之间并且可操作成切换使用的AC电力的电力切换模块，其中所述电力分配单元还包括：
测量部件，用于测量所述电力切换模块的至少一个操作参数，并且产生指示测量的参数的输出信号，其中所述操作参数包括到所述电力切换模块的输入AC电压及/或来自所述电力切换模块的输出AC电压；
模数转换器，用于将指示所述测量的参数的信号转换成数字信号；
用于输出所述数字信号的总线；
电阻网络，所述电阻网络连接到所述测量部件以缩小所述所述输入电压及/或所述输出电压；以及
隔离放大器，所述隔离放大器连接到所述电阻网络以接收来自所述电阻网络的输出电压。
6.如权利要求5所述的电力分配单元，其中，所述总线是I2C总线。
7.如权利要求5所述的电力分配单元，包括用于将所述输出数字信号转换成TCP/IP格式的格式转换部件。
8.如权利要求5所述的电力分配单元，包括用于测量所述电力切换模块的附加的相应操作参数并且产生相应输出信号的附加测量部件，并且其中各所述输出信号由所述总线输出。
9.如权利要求5所述的电力分配单元，其中，所操作参数包括下列至少一个：所述电力切换模块的温度，所述电力分配单元的环境温度，和/或所述电力切换模块上的负载电流。
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