井下电源供电和信号传输系统.pdf

本发明涉及一种高效的供电和遥测信号传输系统，所述传输系统包括：至少一个交流电传输电路，所述交流电通过变压器耦合到或直接传输到所述交流电传输电路中，然后，通过所述交流电传输电路为井下仪器提供所需交流电；至少一个信号传输电路，所述信号通过变压器耦合到或直接传输到所述信号传输电路中，然后，通过所述信号传输电路将下行信号传输到井下仪器，或者将上行信号传输到地面设备；测井电缆；至少一个电缆端头电路；以及直流电传输电路。所述传输系统既能满足井下仪器复杂的供电需求，又能满足井下仪器大量数据采集的需求。

1.  一种测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其中，所述传输系统包括：
至少一个交流电传输电路，所述交流电通过变压器耦合到或直接传输到所述交流电传输电路中，然后，通过所述交流电传输电路为井下仪器提供所需交流电；
至少一个信号传输电路，所述信号通过变压器耦合到或直接传输到所述信号传输电路中，然后，通过所述信号传输电路将下行信号传输到井下仪器，或者将上行信号传输到地面设备；
测井电缆，所述测井电缆用于传输地面设备与井下仪器之间的信号以及为井下仪器供电；
至少一个电缆端头电路，所述电缆端头电路连接在所述测井电缆两端，形成至少一个传输电路；以及
直流电传输电路，所述直流电传输电路以所述测井电缆的一个缆芯或几个缆芯并联作为传输所述直流电的一极、以所述电缆的另一个缆芯或另几个缆芯并联或外铠皮为传输电流的另一极向井下直流负载供电。

2.  如权利要求1所述的测并井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述电缆的缆芯或电缆外铠皮作为一个或多个所述传输电路的一部分，一个所述传输电路与另一个所述传输电路之间有共用部分。

3.  如权利要求1所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述不同频率的交流电可通过不同的模式传输，同一传输模式能够同时用于传输电能和信号。

4.  如权利要求1所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述系统可同时向井下仪器传输所述三路交流电即第1、第2和第3交流电，或同时传输所述两路交流电即第1和第2交流电和所述一路直流电；另外，传输上行和下行信号的通道也可以互换、或者合并、或者共用其中一个或者同时采用两个。

5.  如权利要求1～4中任意一项所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述电缆为七芯电缆，对所述七芯电缆的缆芯进行组合，可以形成能够传输信号和供电的多种模式，即模式1～7。

6.  如权利要求5所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于，
包括第1交流电传输电路，地面交流电源(1)通过所述变压器T1的一个初级线圈耦合到两个次级线圈上，一个次级线圈的一极与一个缆芯(4)相连，该次级线圈的另一极与另外两个并联的缆芯(2和6)相连，从而与井下部分形成电路；另一个次级线圈的一极与一个缆芯(1)相连，该次级线圈的另一极与另外两个并联的缆芯(3和5)相连；井下交流电源(1)通过所述变压器T 2的两个初级线圈耦合到一个次级线圈上，一个次级线圈的两个极分别与井下仪器相连。

7.  如权利要求5所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
还包括第2交流电传输电路，地面交流电源(2)通过变压器T3的一个初级线圈耦合到一个次级线圈上，该次级线圈的两个极分别与地面电源(1)的两个次级线圈上的中间抽头相连，该次级线圈的中间抽头与地面交流电源(3)的一极相连，所述地面交流电源(2)与变压T1的两个次级线圈的两个中间抽头相连，通过所述第2交流电传输电路为井下电缆供电；所述井下交流电源(2)通过变压器T4的一个初级线圈耦合到一个次级线圈上，通过该次级线圈的两个极向井下仪器供电，所述井下交流电源(2)与变压器T2的两个次级线圈的两个中间抽头相连，通过所述第2交流电传输电路向井下仪器供电。

8.  如权利要求5所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
还包括第3交流电传输电路，地面或井下交流电源(3)的一极与变压器T3或T4的次级或初级线圈的中间抽头相连或者与变压器T1或T2的两个次级或初级线圈的两个中间抽头相连，所述交流电源(3)的另一极与大地相连形成电路向测井电缆或井下仪器供电；
通过所述电缆的缆芯(7)和所述电缆外铠皮形成的电路也可以传输所述第3交流电。

9.  如权利要求5所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
在所述直流电传输电路中，6根缆芯(1～6)和外铠皮形成传输电路，即6根电缆上叠加一个直流电源，所述传输电路满足地面的直流电压加上地面缆芯上传输的最大交流电之和不超过电缆绝缘限制。

10.  如权利要求5所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
在所述各种传输模式中，模式1和模式6的电阻值最小，所以M1和M6最适合传输井下电能；模式3对信号驱动方式要求较高，电阻较小，所以M3也能够用作供电传输；模式7传输频带最宽，最适合传输信号；模式5频带较宽，也适合传输信号。

11.  如权利要求5所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述系统向井下仪器传输一种频率或多种频率的交流电或直流电、只传输交流电或者只传输直流电。

12.  如权利要求5所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述传输系统向井下仪器传输主交流电和辅助交流电，能够同时向井下传输直流电和低频交流电；所述传输系统在井下和地面之间进行高数据量的通信，并能够传输模拟信号。

13.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述主交流电和辅助交流电的频率从几赫兹到上千赫兹，并且使用不同频率的主交流电和辅助交流电。

14.  如权利要求13所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述主交流电和辅助交流电使用频率一般为50赫兹或60赫兹的民用交流电。

15.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
模式3传输所述一路交流电，即缆芯(1、3-5)和(4、2-6)形成两个并联的交流电传输通道，在M3模式下，各缆芯上分配的电流比为I₁∶I₃∶I₅∶I₄∶I₂∶I₆＝2∶-1∶-1∶-2∶1∶1，所述交流电作为井下仪器的主交流电。

16.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
模式6可传输所述另一路交流电，即缆芯(1-3-5)和(2-4-6)形成交流电传输通道，在M6模式下，各缆芯上分配的电流比为I₁∶I₃∶I₅∶I₄∶I₂∶I₆＝1∶1∶1∶-1∶-1∶-1，所述另一路交流电作为辅助交流电。

17.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
模式1传输所述直流电或所述低频电极交流电，即缆芯1、2、3、4、5、6并联作为所述直流电的正极，缆芯10作为所述直流电的负极，所述传输系统通过6根缆芯和外铠皮向井下直流负载供电，当缆芯1、2、3、4、5、6并联与大地形成电路时，所述传输系统向井下仪器传输测井的低频电极电流，即所述第3交流电。

18.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
模式5和模式7用作传输信号的通道，所述信号经过变压器将信号耦合到测井电缆，再经过另一个变压器将信号从测井电缆耦合到接收装置。

19.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述主交流电通过所述变压器输入和输出到传输电路；所述辅助交流电通过所述变压器输入和输出到所述传输电路，也可以不通过所述变压器直接传输；所述直流电直接接入到传输电路；上行和下行信号通过所述信号变压器输入和输出到所述传输电路，也可以不通过所述变压器直接传输。

20.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述缆芯(7)用于传输自然电位SP或其他测井的模拟信号。

21.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述主交流电和辅助交流电的传输通道能够互换；上行和下行信号的传输通道也能够互换、或者合并、或者共用其中一个或者同时采用两个。

22.  如权利要求12所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
所述交流电传输通道也能够用于传输所述直流电，并且能够扩展使用模式，即用模式2和/或模式4为井下仪器供电和/或上传井下仪器采集的信号或/和下传地面命令。

23.  如权利要求18所述的测井井下仪器电源供电和遥测信号传输系统，其特征在于：
当传输遥测信号时，所述信号变压器用于输入或输出调制信号和传输下行和/或上行数据；使用信号变压器T5、T6和信号变压器T7、T8的一对同时传输、或者两对同时分别传输上行和/或下行数据。

井下电源供电和信号传输系统
技术领域
本发明涉及井下电源供电和信号传输系统。在测井作业过程中，一方面，地面设备通过所述传输系统给井下仪器安全地提供所需的工作电源；另一方面，所述传输系统能够在地面设备与井下仪器之间传输遥测信号。
背景技术
测井一般指应用多种井下仪器来测量井周地层物理特性的一个过程。目前，主要的测井方法有电阻率、声波和放射性。在常规测井中，先通过电缆把井下仪器下放到井眼中，然后开始测井作业。如图1所示，在测井作业过程中，首先将井下仪器下放到井眼中；其次，地面设备通过所述系统给井下仪器提供测井作业所需的电源并给井下仪器发送命令；然后，井下仪器在上提或下放的过程中采集各种地层数据；最后，这些数据被电缆遥测系统传输到地面，地面设备再记录、显示、分析和处理这些数据。
常用的测井电缆有七芯电缆和单芯电缆。测井电缆不但可以传输信号和电能，而且由于它的机械性能非常好，所以还能承受测井过程中产生的巨大张力。目前，使用最广泛的测井电缆是七芯电缆。图2A为常用七芯电缆的构造截面：其中，A为铜导体，B为绝缘材料，C为填充材料，D为内铠皮，E为外铠皮，缆芯的电阻值与缆芯所用材料和长度有关，7个缆芯相互之间是绝缘的，而设计两层外铠皮目的是为了增加电缆的机械强度。七芯电缆由七根缆芯(编号1至7)组成，缆芯7位居中央，缆芯1到6对称地围绕在7的周围。每根缆芯上都有一定的电阻，电阻的大小与电缆长度成正比。通常，电缆的电阻大约为每千米33欧姆。在传输电能和信号过程中，电缆的电阻会造成电能的损耗和信号的损失。七芯电缆的长度可达数千米。由于每根缆芯都有其固有的电感，缆芯之间会有“串音”。因此，在传输信号过程中，信号会发生畸变。图2B为常规七芯电缆的传输模式示意图。根据平衡/正交原理，把七芯电缆的7根缆芯以不同方式组合可以形成7种传输模式：模式1(M1)、模式2(M2)、模式3(M3)、模式4(M4)、模式5(M5)、模式6(M6)和模式7(M7)。
模式1指把外围的六根电缆并联后与电缆外铠皮形成传输电路。这种模式的优点是缆芯电阻最小但分布的电容最大。但是，它的缺点是可供传输的信号带宽最小。模式2指将缆芯2、3(相对强度为1)连接作为电极的一极，缆芯5、6(相对强度为1)连接作为电极的另一极。M2的优点之一是缆芯之间的绝缘性能好，优点之二是可以减少供电缆芯对其它缆芯的“串音”干扰。模式3是把缆芯2、6(相对强度为1)并联起来与缆芯4(相对强度为2)形成传输电路；同时，缆芯3、5(相对强度为1)并联起来与缆芯1(相对强度为2)形成电路。M3对信号的驱动方式要求比较高，但是，如果传输电路设计的合理，M3却可以极大地提高缆芯的使用效率和信号的传输量。模式4是一种非平衡信号驱动模式，它由缆芯2、6、3、5和缆芯1、4组成。具体来说就是把缆芯2、6、3、5作为负极(相对强度都为1)，把缆芯1、4作为正极(相对强度都为2)。模式5由缆芯2、5和缆芯3、6组成，即缆芯2、5为正极而缆芯3、6为负极(相对强度为1∶1∶1∶1)。M5的优点是可供传输的信号频带较宽。模式6是把缆芯1、3、5和缆芯2、4、6分别并联作为电极的两极(相对强度都为1)。M6的优点也是缆芯电阻较小，而且传输信号数据的速率高、可供传输的信号频带较宽。模式7是把中央缆芯7与外层铠皮形成电路。由于缆芯7与铠皮之间的电容最小，因此M7可供传输的信号量大且速率高。需要注意的是，当用外铠皮作为电极传输交流电时，很容易造成人身伤害和设备损坏。
使用7种传输模式传输电能和信号可以减少相互间的干扰，但是传输效率却有差别。模式1和6的缆芯电阻最小，它们最适合传输电能。因为模式7可供传输的信号量大而且速率高，所以M7常被用于传输数据。模式5的频率响应比模式2、3、4好但比模式6差。但是模式5容易实现，所以M5也常用于传输数据。模式3对信号驱动方式要求比较高，但是，若合理地设计传输电路，M3也可以很有效地传输电能和信号。
在测井传输过程中，七芯电缆既要传输数据又要同时向井下仪器供电。如果合理地使应一种传输模式或几种模式的组合，就可以使供电电路之间、信号传输电路之间、供电电路与信号传输电路之间的干扰降到最小。
随着测井技术的发展，井下仪器的数量和复杂程度都不断增加和提高。相应地，井下仪器对电能的需求也随之增加；井下仪器采集的信号和数据量大幅增加；对数据传输速率的要求也大幅提高。井下仪器所需电源一般包括主电源、辅助电源、电极电源和直流电源。地面设备和井下仪器之间传输的数据一般分为上行数据(也可称为信号)、下行数据、自然电位(SP)信号和其它测井的模拟信号。
目前，国内测井领域在电缆缆芯分配方案、传输电路设计上还比较落后；另外，供应井下仪器电源的传输种类单一、电能使用效率和数据传输速率也比较低。比如，国内某公司采用模式1和4给井下仪器供电，采用模式2、3、5和6上传井下仪器采集的信号或下传命令。但是，这种方式难以满足井下仪器对大功率、多频率电源的需求，也不能满足上传大量井下信号的要求。如国内生产的某一测井系统，数据传输率为300KBPS。
国外某公司分别于2003年(专利号US7,154,412B)、2002年(专利号US 6,914,538 B2)和1999年(专利号US6,469,636 B1)获得了三个关于高能电源测井方法(High-Power Well Logging Method AndApparatus)的专利。图3A～图3C为该公司比较先进的两种电源供电和遥测信号传输的具体方式。图3A是该公司某一系统的供电和信号传输方式。该方式可以同时向井下供应两种交流电，即采用模式M2或M5供电，采用模式M6或M7传输遥测信号。图3B和图3C是该公司另一种测井系统的供电和信号传输方式。这一方式可以同时向井下供应一路交流电和一路直流电；另外，该方式共用一个通道传输井下电能、上传和下传遥测信号，即采用模式5。这一测井系统最大上行数据传输率达到了800KBPS。但是，从效率的角度讲，这些系统的供电和信号传输方式都有待改进。
综上所述，如何安全地给井下仪器提供所需的电源同时把井下的大量信号快速、可靠地传输到地面设备，已成为世界测井界面临的难题之一。本发明的电源供电和信号传输系统就是为解决这一难题而提出的。
发明内容
本发明的井下仪器电源供电和遥测信号传输系统包括：至少一个交流电传输电路，所述交流电通过电源变压器耦合到或直接传输到交流电传输电路中，然后，通过所述交流电传输电路给井下仪器提供交流电源；至少一个信号传输电路，所述信号通过变压器耦合到或直接传输到该信号传输电路中，然后，通过该信号传输电路将下行信号传输到井下仪器，或者将上行信号传输到地面设备；测井电缆，所述测井电缆用于地面设备和井下仪器之间的信号传输和为井下仪器供电；至少一个电缆端头电路，所述电缆端头电路连接在测井电缆两端，形成至少一个传输电路；和直流电传输电路，当向井下直流负载供电时，以所述电缆的一个缆芯或几个缆芯并联作直流电的一极、所述电缆的另一个缆芯或另几个缆芯并联或外铠皮作为电流的另一极。
七芯电缆的缆芯以不同方式组合形成了7种传输模式(模式1、模式2、模式3、模式4、模式5、模式6和模式7)，所述系统可以用一种或几种模式传输电能和遥测信号。在本发明中，任何一种传输模式都可以传输上行信号和/或下行信号和/或供电电源。在各种传输模式中，模式1和模式6两种模式的电阻值最小，因此，M1和M6最适合给井下负载传输电能。模式3对信号的驱动方式要求比较高，但由于M3的电阻较小，所以M3也可以传输电能。模式7可供传输的信号量最大，而且传输数据快，因此M7最适合传输信号。模式5的频带较宽，它也可以传输信号。
本发明的井下仪器电源供电和遥测信号传输系统能够以较高的速率、可靠地传输井下仪器和地面设备之间的数据，并且能更加安全、有效地提供井下仪器所需的交流电和直流电。
附图说明
图1示出本发明的测井作业示意图。
图2(A)示出常规七芯电缆的构造截面图；图2(B)示出常规七芯电缆的传输模式示意图。
图3(A)～图3(C)示出国外某公司的两种电源供电和遥测信号传输的具体方式。
图4示出本发明第1实施方式的高电能传输量、高信号传输速率的七芯电缆传输系统的示意图。
图5示出了在图4所示的实施方案上剪除了交流电2传输通道后的派生实施方案。
图6示出了在图4所示的实施方案上剪除信号2传输通道后的派生实施方案。
图7示出了在图4所示的实施方案上剪除信号1传输通道后的派生实施方案。
图8示出了在图4所示的实施方案上对井下端的电路作微小修改后的派生实施方案。
具体实施方式
实施方式一
图4为本发明的一个具体实施方案。该方案可以同时向井下仪器传输二路交流电、一路直流电或一路低频电极交流电。另外，该方案还可以同时提供二路通信通道。
该方案的传输系统分为地面和井下两部分。地面部分包括地面交流电源1、变压器T1、一个初级线圈和两个次级线圈、与每一个次级线圈相连的并联的两个线圈、相连的缆芯和对应的电路；还包括地面交流电源2、变压器T2、一个初级线圈和一个次级线圈、相连的缆芯和对应的电路；还有地面交流电源3、相连的缆芯和对应的电路；还包括地面直流电源、相连的缆芯或外铠皮和对应的电路；还有地面信号源1、信号变压器T5、相连的缆芯和对应的电路；还有地面信号源2、信号变压器T7、一个初级线圈和一个次级线圈、两个串联的电容、相连的缆芯和对应的电路；以及地面自然电位(SP)信号。
井下部分与地面部分是对称的。井下部分包括井下交流电1、变压器T2、两个初级线圈和一个次级线圈、与每一初级线圈相连的并联的两个线圈、相连的缆芯和对应的电路；还包括井下交流电2、变压器T4、一个初级线圈和一个次级线圈、相连的缆芯和对应的电路；还有井下交流电3、相连的缆芯和对应的电路；还包括井下直流、相连的缆芯或外铠皮和对应的电路；还有井下信号源1、信号变压器T6、相连的缆芯和对应的电路；还有井下信号源2、信号变压器T8、一个初级线圈和一个次级线圈、两个串联的电容、相连的缆芯和对应的电路；以及井下自然电位(SP)信号或其它测井的模拟信号(所述的初级线圈和次级线圈是相对于所述系统向井下供电和传输信号而言。如果所述系统是上传井下信号，那么所述的初级线圈和次级线圈的叫法应该相应改变。但是初级线圈和次级线圈的叫法不应对本发明的保护和内容造成任何影响。)。
地面部分与井下部分通过七芯电缆连接起来。在该方案中，电源供电传输模式可以是M1和/或M3和/或M6，遥测信号传输模式可采用M5和/或M7。
该方案的传输模式具体为：
第一，用模式3传输交流电1，即缆芯(1、3-5)和(4、2-6)形成两个并联的交流电传输通道。在M3模式下，相应缆芯上分配的电流比为I₁∶I₃∶I₅∶I₄∶I₂∶I₆＝2∶-1∶-1∶-2∶1∶1。交流电1可作为井下仪器的主交流电。其次，用模式6传输交流电2，即缆芯(1-3-5)和(2-4-6)形成交流电传输通道。在M6模式下，相应缆芯上分配的电流比为I₁∶I₃∶I₅∶I₄∶I₂∶I₆＝1∶1∶1∶-1∶-1∶-1。交流电2可作为井下仪器的辅助交流电。第三，用模式1传输直流电或低频电极交流电，即把T3变压器的中间抽头(表示缆芯1、2、3、4、5、6的并联)作为直流电的正极、把缆芯10作为直流电的负极。通过6根并联的缆芯和外铠皮向井下直流负载供电。另外，当并联的缆芯1、2、3、4、5、6与大地形成电路时，所述电路可以向侧向类井下测井仪器传输低频电极电流(交流电3)。第四，把模式5(缆芯2-6、3-5)和模式7(缆芯7-10)作为信号传输通道。T5和T6、T7和T8是两对信号变压器。当所述系统传输下行信号时，T5和T7把下行命令从地面变压器耦合到电缆；此时，T6和T8为信号的接收端，它们把下行信号从电缆耦合到井下仪器。相反的，当所述系统传输上行数据时，T6、T8把井下上行信号耦合到电缆；而此时，T5、T7用作接收端并把上行信号从电缆耦合到地面接收装置。在这一具体的实施方案中，上行数据传输率能够超过1MBPS，下行数据传输率能够超过100KBPS。
在该方案中，T1和T2、T3和T4是两对电源变压器。进一步说，变压器T1和T3在地面，变压器T2和T4在井下。地面交流电1通过T1耦合到电缆，再通过T2把井下交流电1从电缆耦合到井下仪器；同理，地面交流电2通过T2耦合到电缆，再通过T4把井下交流电2从电缆耦合到井下仪器。交流电3的传输通道由地面变压器T3的中间抽头、相连的缆芯、井下变压器T4的中间抽头和大地形成。
地面交流电2和3也可以不通变压器耦合而直接传输到井下电缆、井下交流电2和3也可以不通变压器耦合而直接传输到井下负载。通过电缆缆芯7和电缆外铠皮也可以传输地面交流电3或直流电。
用缆芯7传输自然电位(SP)或其他测井的模拟信号。
在该方案中，传输主交流电和辅助交流电的通道可以互换。另外，传输上行和下行信号的通道也可以互换、或者合并、或者共用其中一个或者同时用两个。传输主交流电的通道也可以用来传输直流电。根据实际需求该方案可以扩展使用，如用模式2和/或模式4为井下仪器供电和/或上传井下仪器采集的信号和/或下传地面命令。
在该方案中，传输的主交流电频率为几赫兹到上千赫兹，一般选民用频率(50赫兹或60赫兹)的交流电。同样，辅助交流电也可以从几赫兹到上千赫兹，也一般选民用频率(50赫兹或60赫兹)的交流电。在实际应用中，不选用相同频率的主交流电和辅助交流电。
其他实施方式
简单修改图4所示的具体实施方案就可以得到多种不同的派生方案。这些派生的方案都属于本发明的内容。例如，在图4所示的实施方案上，剪除交流电2的传输通道得到图5所示的方案；在图4所示的实施方案上，剪除信号2的传输通道得到图6所示的方案；在图4所示的实施方案上，剪除信号1的传输通道得到图7所示的方案。
简单非实质性地修改图4所示的实施方案也可以得到多种不同的派生方案。这些派生的方案也都属于本发明的内容。例如，微小修改图4所示实施方案的井下端的电路得到图8所示的方案。
综上所述，本发明的显著特点之一是所述系统可以同时传输三路交流电或者同时传输两路交流电和一路直流电。所述的上行和下行遥测信号可以共同传输也可以分开，即所述系统可同时提供二路通信通道，但是被传输的信号可以共用一个通道也可不共用。在本发明中，电源供应和信号传输也可以通过其它模式的灵活组合来实现。
本发明显著特点之二是所述传输系统的电路设计。在上述实施方案中，地面交流电源1通过变压器T1的一个初级线圈耦合到两个次级线圈上；一个次级线圈的一极与缆芯4连接，该次级线圈的另一极与并联的缆芯2和6连接，然后与井下相应部分形成传输电路。这种设计方法是本发明的独创。同理，另一个次级线圈的一极与缆芯1相连，该次级线圈的另一极与并联的缆芯3和5连接。
地面交流电源2通过变压器T 3的初级线圈耦合到次级线圈上；该次级线圈的两个极分别与地面电源1的两个次级线圈的中间抽头相连；然后，这个次级线圈的中间抽头与地面交流电源3的一极相连。这种设计也是本发明的独创。
地面交流电源3的一极与变压器T 3的次级线圈的中间抽头直接相连或者与变压器T1的两个次级线圈的两个中间抽头直接相连，电源的另一极与大地相连形成电路向电路供电。所述交流电3也可以通过电缆缆芯7和外铠皮形成的电路传输。
当向井下直流负载传输直流电时，以所述电缆的一个缆芯或几个缆芯并联作为传输直流电的一极，所述电缆的另一个缆芯或另几个缆芯并联或外铠皮作为传输电流的另一极。例如，电流可通过6根缆芯和外铠皮形成电路。实际电压情况是，6根电缆上叠加一个直流电源。但是要考虑电缆的绝缘电压情况，即保证地面的直流电压加上地面缆芯上传输的最大交流电之和不超过电缆绝缘限制。
当所述系统传输电能时，可以选择交流电源3或者直流电也是本发明的独特之处。
在传输遥测信号时，信号变压器T5输入或输出调制信号，信号变压器T6输出或输入调制信号。T5和T6可传输下行和/或上行数据。信号变压器T7输入或出调制信号，信号变压器T8输出或输入调制信号，T7和T8也可传输上行和/或下行数据。分两个通信通道或单独使用一个通道同时传输两种信号也是本发明的显著特征。