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范景昌1 趙波2 徐金鋒2
(1. 范景昌 昆侖工程公司,北京 100037)
(2.趙波 江蘇安科瑞電器制造有限公司,江蘇江陰 214405)
(2.徐金鋒 江蘇安科瑞電器制造有限公司,江蘇江陰 214405)
摘要:設(shè)計(jì)一種符合潛油電泵特性的潛油電泵保護(hù)器,該潛油電泵保護(hù)器具有過(guò)載、斷相、不平衡、過(guò)壓、欠壓、電壓不平衡等保護(hù)功能。給出此類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理,介紹了該產(chǎn)品與常規(guī)電機(jī)保護(hù)器的區(qū)別以及其硬軟件設(shè)計(jì)原理。
關(guān)鍵詞: 潛油電泵 保護(hù)器 控制器
0 引言
潛油電泵是油田中使用的一種中壓的機(jī)械采油設(shè)備。隨著油田開(kāi)發(fā)自動(dòng)化程度的提高,原潛油電泵定頻控制柜暴漏出功能不完善、數(shù)據(jù)分析不方便、無(wú)波形記錄、沒(méi)有通訊功能等問(wèn)題,而造成這些不足的主要原因是非專(zhuān)門(mén)針對(duì)潛油電泵的保護(hù)器不支持上述功能。
目前,研究開(kāi)發(fā)潛油電泵的廠家較少,且規(guī)模較小,產(chǎn)品沒(méi)有形成系列化和規(guī)?;?。為增強(qiáng)潛油電泵保護(hù)器的競(jìng)爭(zhēng)力,彌補(bǔ)老式保護(hù)器的不足,有必要研制一種針對(duì)性的潛油電泵保護(hù)器。
1 潛油電泵保護(hù)器和電機(jī)保護(hù)器的區(qū)別
2 潛油電泵保護(hù)器特點(diǎn)
3 潛油電泵保護(hù)器產(chǎn)品組成
潛油電泵保護(hù)器由保護(hù)器主體、人機(jī)交互模塊、開(kāi)關(guān)電源組成,如圖1所示。保護(hù)器主體完成參數(shù)采集、保護(hù)、通訊功能;人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)參數(shù)顯示、參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)曲線顯示、歷史曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、故障查詢等功能;開(kāi)關(guān)電源將AC/DC 220V(或其它等級(jí))電壓轉(zhuǎn)換為低電壓供主體、人機(jī)交互模塊使用。
圖1 潛油電泵產(chǎn)品組成示意圖
4 潛油電泵保護(hù)器的設(shè)計(jì)
潛油電泵保護(hù)器設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩方面.硬件設(shè)計(jì)包括電源、信號(hào)采集、開(kāi)關(guān)量輸入輸出、通訊電路等部分;軟件設(shè)計(jì)主要包括軟件架構(gòu)、測(cè)量算法、保護(hù)算法、控制算法等。
4.1 硬件設(shè)計(jì)
由于常用的潛油電泵工作電壓從AC 200V~AC2000V,因此不宜將潛油電泵工作電源直接作為潛油電泵保護(hù)的工作電源,常規(guī)做法是用隔離變壓器將潛油電泵工作電壓轉(zhuǎn)換為AC 110V控制電壓。針對(duì)此種情況,潛油電泵保護(hù)器電源采用開(kāi)關(guān)電源,這是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源的工作范圍寬、效率高,適用于此種情況。
信號(hào)采集包括電壓、電流等電參量采集。為保證采集可靠性,通常采用TV、TA作為電壓、電流信號(hào)的隔離變換器。選用TA時(shí),應(yīng)注意TA電壓等級(jí)。常規(guī)TA電壓等級(jí)為0.66KV,而在潛油電泵工作電壓達(dá)到AC 1000V甚至AC 2000V時(shí),應(yīng)選用3.3KV等級(jí)的TA,以保證隔離安全。
開(kāi)關(guān)量輸入輸出以及通信電路的設(shè)計(jì)為常規(guī)設(shè)計(jì),沒(méi)有過(guò)多特殊性。
可靠性設(shè)計(jì)包括電磁兼容、安全性設(shè)計(jì)。電磁兼容設(shè)計(jì)初期要充分考慮各種可能出現(xiàn)的問(wèn)題,做好預(yù)留措施規(guī)劃。常用的抗干擾方法包括:電源部分加EMC濾波器;信號(hào)采集部分增加濾波電路;在信號(hào)處理的各芯片輸入口處加端口保護(hù)電路;在芯片電源輸入處加去藕電容等。
4.2 軟件設(shè)計(jì)
常用的采樣算法有直流采樣和交流采樣。交流采樣可測(cè)量非正弦波信號(hào),因此在電參量測(cè)量中廣泛采用。常用測(cè)量算法有基于正弦信號(hào)的算法和基于非正弦的算法。基于正弦信號(hào)的算法包括半周內(nèi)取大值算法、半周積分算法、一階導(dǎo)數(shù)算法、二階導(dǎo)數(shù)算法、采樣值積算法、三采樣值算法等;基于非正弦信號(hào)的算法包括傅里葉算法、一階差分后半波傅里葉算法、真有效值算法等。各種算法都有其缺點(diǎn)?;谡倚盘?hào)的算法雖然算法簡(jiǎn)單、消耗資源少,但是當(dāng)有諧波或波形變換后測(cè)量不準(zhǔn)確;而基于非正弦信號(hào)的算法雖然算法較復(fù)雜,但可保證測(cè)量值的正確性。
由于在保護(hù)算法中設(shè)計(jì)反時(shí)限曲線算法有一定難度,因此有些產(chǎn)品標(biāo)注為反時(shí)限,但實(shí)際卻是定時(shí)限分割,如:(1.2-1.5)倍、60s保護(hù),(1.5-2)倍、40s保護(hù),2倍以上、10s保護(hù)。這違背了反時(shí)限曲線的基本原則,如果信號(hào)在臨界點(diǎn)上下跳動(dòng),那么動(dòng)作時(shí)間將不準(zhǔn)確。真正的反時(shí)限具有一條連續(xù)的反時(shí)限曲線,真正做到大倍數(shù)大動(dòng)作快,小倍數(shù)小動(dòng)作慢。
軟件設(shè)計(jì)時(shí),除需要選取合理的算法外,還要注意軟件設(shè)計(jì)的規(guī)范化。軟件設(shè)計(jì)的基本原則是信息隱蔽與模塊獨(dú)立性,好的軟件要求高內(nèi)聚(內(nèi)聚是模塊強(qiáng)度的度量)、低耦合。
軟件測(cè)試是軟件設(shè)計(jì)中*的一個(gè)重要環(huán)節(jié),其目的是檢驗(yàn)軟件是否滿足規(guī)定。開(kāi)發(fā)過(guò)程中藥遵循早測(cè)試、早改正原則,單元測(cè)試通過(guò)后再進(jìn)行集成測(cè)試、確認(rèn)測(cè)試和驗(yàn)收測(cè)試。
5 結(jié)論語(yǔ)
潛油電泵是由常規(guī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品衍生出的新一類(lèi)電機(jī)保護(hù)器,更適用于潛油泵,新增欠載、過(guò)壓、欠壓、電流不平衡、電壓不平衡等反時(shí)限保護(hù),同時(shí)帶有電流、電壓、功率、頻率、電能、剩余電流等測(cè)量功能,更符合客戶要求。
文章來(lái)源于:《電工技術(shù)》2013年12期。
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