[发明专利]用于提高矿物绝缘电缆的可靠性的系统和控制方法

说明书

背景技术

本文中的实施例总体上涉及矿物绝缘电缆，并且更具体地涉及一种用于扩展中压矿物绝缘电缆在高温环境下的操作寿命和范围的方法。

由于一个或两个成因，当在从大约200℃到大约700℃的温度范围内操作时，超过2000英尺长的矿物绝缘电缆趋于发生故障(除了制造或安装缺陷之外)。氧化镁是当今所使用的矿物绝缘电缆中最流行的电缆绝缘物质。文献很好地记载着氧化镁绝缘电缆的阻抗随着不断增加的温度而下降。通过欧姆定律，针对给定的操作电压，通过绝缘物质来自电缆导体的泄漏电流将与阻抗下降成比例地增加；这一随时间的推移增加的泄漏电流可导致电缆故障。为了实现在高温环境中的可靠操作，应用典型地基于大约为矿物绝缘电缆的额定电介质的2到3倍的安全系数来限制操作电压。这一降额电压限制应用长度或者需要更高代价的更厚绝缘电缆；其中的任一者影响应用的经济可行性，尤其是在石油工业井下加热器应用中。

另一种典型的矿物绝缘电缆故障是当电缆暴露于超过电缆绝缘材料的额定电介质的过压情况下时的瞬时电压击穿故障。过压可以是由于外部原因，诸如从加热器电源到电缆的切换操作或照明脉冲传播。过压情况还可以是通过由变速驱动的PWM电压脉冲造成的反射电压波产生的，这与长馈送电缆的电机应用所共有。即使利用典型的驱动输出滤波器，反射电压波仍可达到为正常操作电压的好几倍的振幅，尤其是利用长度超过2000英尺的线缆，典型地在作为井下加热器的矿物绝缘电缆的石油工业应用中。

因此，需要一种用于提高高温环境下的矿物绝缘电缆的可靠性和使用范围。

发明内容

本公开的一些实施例包括一种用于提高矿物绝缘电缆在除电机应用之外的应用(诸如石油和天然气工业井下加热应用)的可靠性和使用范围的系统和方法。所述系统和方法可以包括：电压源；具有经优化的操作频率的脉宽调制(PWM)变速驱动，所述操作频率通过控制过程被优化；操作性地连接至所述变速驱动的输出端的正弦波滤波器，所述正弦波滤波器具有针对所述变速驱动的载波频率而被优化的设计；操作性地连接至所述正弦波滤波器的矿物绝缘电加热器电缆；以及外部控制器，所述外部控制器被配置成用于从所述正弦波滤波器接收电压和电流反馈并从所述加热器电缆接收温度反馈并且用于创建所述变速驱动进行操作所处的电压设定点。所述系统和方法可以被配置成用于：(i)减轻在大约1000伏与大约10000伏之间的中压范围以及在从大约200℃到大约700℃的操作环境范围内进行操作的超过2000英尺长的矿物绝缘电缆的故障机制；(ii)通过以与可靠操作的本技术所需的降额操作电压水平相对的接近实际额定电介质的电压来使能操作从而扩展用作井下加热器的矿物绝缘电缆的应用范围，从而最大化石油和天然气工业就地石油恢复项目的经济可行性；以及(iii)防止由所述驱动或电源的PWM电压脉冲导致的反射波电压尖峰对当被应用为矿物绝缘电加热器电缆的电源的矿物绝缘电加热器电缆的绝缘材料造成损害或故障。

附图说明

以下参考附图作出了对本发明的一些实施例的详细描述，其中，相同的标号表示附图的对应部分。

附图是本发明的一个实施例的流程图。

具体实施方式

在本发明的以下详细描述中，描述了本发明的多个细节、示例和实施例。然而，对本领域技术人员将清楚且明显的是，本发明不限于所阐释的实施例并且本发明可适用于若干应用中的任一应用。

本公开的方法可以用于提高在中压范围内进行操作的、在高温环境中使用的长矿物绝缘电缆的可靠性和操作范围，并且可以包括以下元素。可能的构成元素的列表旨在仅是示例性的，并且不旨在此列表用于将本申请的设备限制于这些元件。与本公开相关的本领域普通技术人员可以理解，在不改变设备的必要功能或操作的情况下具有在本公开内可以被替代的等效元件。

1.电源变压器

2.变速驱动

3.正弦波滤波器

4.电缆

5.外部控制器

可以以下示例性方式对用于提高本公开的矿物绝缘电缆的可靠性和操作范围的控制方法的各元素进行相关。不旨在限制各元素之间的关系的范围或本质，并且以下示例仅作为说明性示例被呈现。