浅谈潜油电泵保护器设计原理

时间：2024-12-26作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：986

范景昌1  赵波2  徐金锋2

（1. 范景昌  中国昆仑工程公司，北京 100037）

（2.赵波   江苏安科瑞电器制造有限公司，江苏江阴 214405）

（2.徐金锋  江苏安科瑞电器制造有限公司，江苏江阴 214405）

摘要：设计一种符合潜油电泵特性的潜油电泵保护器，该潜油电泵保护器具有过载、断相、不平衡、过压、欠压、电压不平衡等保护功能。给出此类产品的设计原理，介绍了该产品与常规电机保护器的区别以及其硬软件设计原理。

关键词: 潜油电泵  保护器  控制器

0  引言

潜油电泵是油田中使用的一种中压的机械采油设备。随着油田开发自动化程度的提高，原潜油电泵定频控制柜暴漏出功能不完善、数据分析不方便、无波形记录、没有通讯功能等问题，而造成这些不足的主要原因是非专门针对潜油电泵的保护器不支持上述功能。

目前，研究开发潜油电泵的国内厂家较少，且规模较小，产品没有形成系列化和规模化。为增强国内潜油电泵保护器的竞争力，弥补老式保护器的不足，有必要研制一种针对性的潜油电泵保护器。

1  潜油电泵保护器和电机保护器的区别

1. 潜油电泵保护器属于电机保护器的细分应用产品。在测量、保护、通信等功能上，潜油电泵保护器与电机保护器基本通用，但潜油电泵的多种保护，如欠载、电流不平衡、过压、欠压等多采用反时限类型，而这些保护在通用电机保护器中多采用定时限类型。
2. 潜油电泵保护器需有历史数据记录、导出功能，而常规电机保护器带有故障记录即可。
3. 为方便潜油电泵维护、考核，潜油电泵保护器需带有打卡功能，以便进行打卡考核，而常规电机保护器不必带此功能。

2  潜油电泵保护器特点

1. 潜油电泵保护器可实时测量三相电流、三相电压、频率，并可同时可显示有功功率、电能等电参量；可将检测、采集到的开关量类型工艺参数、4-20mA类型工艺参数，通过通信统一发送给系统。
2. 潜油电泵保护器具有过载、断相、电流不平衡、堵转、阻塞、欠压、过压、电压不平衡等保护功能，并可实现欠载自起动。
3. 潜油电泵保护器可显示三相电流、三相电压等参数的实时、历史曲线。
4. 潜油电泵保护器可将存储的历史数据导出到U盘，导出文件支持EXCEL操作。U盘插入电脑后可直接进行数据分析，不必安装附加分析软件。此功能可用于取代电流记录仪。
5. 潜油电泵保护器支持MODBUS、PROFIBUS通信协议，通过通信网络可直接传送实时数据、发送起停命令。

3  潜油电泵保护器产品组成

潜油电泵保护器由保护器主体、人机交互模块、开关电源组成，如图1所示。保护器主体完成参数采集、保护、通讯功能；人机交互模块实现实时参数显示、参数设置、实时曲线显示、历史曲线显示、历史数据查询、故障查询等功能；开关电源将AC/DC 220V（或其它等级）电压转换为低电压供主体、人机交互模块使用。

图1  潜油电泵产品组成示意图

4  潜油电泵保护器的设计

潜油电泵保护器设计分为硬件和软件两方面.硬件设计包括电源、信号采集、开关量输入输出、通讯电路等部分；软件设计主要包括软件架构、测量算法、保护算法、控制算法等。

4.1  硬件设计

由于常用的潜油电泵工作电压从AC 200V~AC2000V，因此不宜将潜油电泵工作电源直接作为潜油电泵保护的工作电源，常规做法是用隔离变压器将潜油电泵工作电压转换为AC 110V控制电压。针对此种情况，潜油电泵保护器电源采用开关电源，这是因为开关电源的工作范围宽、效率高，适用于此种情况。

信号采集包括电压、电流等电参量采集。为保证采集可靠性，通常采用TV、TA作为电压、电流信号的隔离变换器。选用TA时，应注意TA电压等级。常规TA电压等级为0.66KV，而在潜油电泵工作电压达到AC 1000V甚至AC 2000V时，应选用3.3KV等级的TA，以保证隔离安全。

开关量输入输出以及通信电路的设计为常规设计，没有过多特殊性。

可靠性设计包括电磁兼容、安全性设计。电磁兼容设计初期要充分考虑各种可能出现的问题，做好预留措施规划。常用的抗干扰方法包括：电源部分加EMC滤波器；信号采集部分增加滤波电路；在信号处理的各芯片输入口处加端口保护电路；在芯片电源输入处加去藕电容等。

4.2  软件设计

常用的采样算法有直流采样和交流采样。交流采样可测量非正弦波信号，因此在电参量测量中广泛采用。常用测量算法有基于正弦信号的算法和基于非正弦的算法。基于正弦信号的算法包括半周内取大**值算法、半周**积分算法、一阶导数算法、二阶导数算法、采样值积算法、三采样值算法等；基于非正弦信号的算法包括傅里叶算法、一阶差分后半波傅里叶算法、真有效值算法等。各种算法都有其优缺点。基于正弦信号的算法虽然算法简单、消耗资源少，但是当有谐波或波形变换后测量不准确；而基于非正弦信号的算法虽然算法较复杂，但可保证测量值的正确性。

  由于在保护算法中设计反时限曲线算法有一定难度，因此有些产品标注为反时限，但实际却是定时限分割，如：（1.2-1.5）倍、60s保护，（1.5-2）倍、40s保护，2倍以上、10s保护。这违背了反时限曲线的基本原则，如果信号在临界点上下跳动，那么动作时间将不准确。真正的反时限具有一条连续的反时限曲线，真正做到大倍数大动作快，小倍数小动作慢。

软件设计时，除需要选取合理的算法外，还要注意软件设计的规范化。软件设计的基本原则是信息隐蔽与模块立性，好的软件要求高内聚（内聚是模块强度的度量）、低耦合。

软件测试是软件设计中不可缺少的一个重要环节，其目的是检验软件是否满足规定。开发过程中药遵循早测试、早改正原则，单元测试通过后再进行集成测试、确认测试和验收测试。

5  结论语

    潜油电泵是由常规电动机保护器产品衍生出的新一类电机保护器，适用于潜油泵，新增欠载、过压、欠压、电流不平衡、电压不平衡等反时限保护，同时带有电流、电压、功率、频率、电能、剩余电流等测量功能，符合客户要求。

 

文章来源于：《电工技术》2013年12期。

 

参考文献

[1]  贾新锐，王卓，师剑鹏.潜油电泵节能装置的研制[J].内蒙古石油化工，2012，（1）：83-85.

[2]  赵军伟，卢小云，张冬.潜油电泵智能控制柜的设计[J].科学技术与工程，2012，（7）：1645-1647.

[3]  王鲁杨，王禾兴.工业用电设备[M].北京：中国电力出版社，2006

[4]  何焕山.工厂电气控制设备[M].北京：高等教育出版社，2004

技术咨询：
杨馨，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电，Email: 安科瑞@手机：  QQ:安科瑞





安科瑞电气股份有限公司专注于10KV馈线保护装置,电流互感器,温湿度控制器,有源电力滤波器,混合动态滤波补偿装置,有源滤波器厂家,低压馈线保护器等, 欢迎致电 18702111791

• 词条

  词条说明

• 浅析住宅小区电动车充电桩的电气设计与平台管理系统

  摘要：根据目前对于新能源汽车发展规划及政策，以及国内外充电设施的主要类型和技术参数。论述地下车库电动汽车充电桩的供配电系统的设计及设计过程中需要注意的一些问题。关键词：充电桩；地下车库；供配电设计；负荷计算0引言       新能源汽车的产业发展与推广应用，已是大势所趋。新能源汽已经成为未来汽车发展的必然方向。我国目前发展的新能源汽车主要以插电式混合动力汽车

• 金牛宾馆电力监控系统的设计与应用

  杨馨安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定  安科瑞电气是一家为环保评估、环保检测、环保设备分表计量、环保设备用电监测等项目服务的企业。摘要：介绍金牛宾馆电力监控系统，采用智能电力仪表采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-2000型电力监控系统实现变电所配电回路用电的实时监控和电能管理。关键词：民用建筑; 金牛宾馆

• Acrel-2000Z电力监控系统在重庆五桂堂历史文化商业街区的应用

  摘要：Acrel-2000Z电力监控系统适用于35kV及以下电压等级的各类变电站，可以帮助用户掌握配电系统的实时运行状态，获取预警、告警等各类事件，实现重点区域的无人值守，提高安全监管水平。针对重庆五桂堂历史文化商业街区项目的要求，系统将完成对开闭所、配电房内主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护，以及与上级系统通信等综合性的自动化功能。其中保护、测量等功能通过中、低压智能型保护测控

• 关于江苏华西售电公司运维系统的研究与应用

  杨馨安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201908；摘要：随着电力行业信息化的发展，电力运维涉及的信息系统越来越多，为了保证电力系统运行的安全性与稳定性，必须建立一套智能的、高效的、适应时代变化发展的运维管理系统。AcrelCloud-1000变电所运维云平台运用互联网和大数据技术，为电力运维公司和售配电公司提供变电所运维云平台。该平台采用B/S架构可在不同电脑端进行数据监控，同时也可在手机