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：設計一種符合潛油電泵特性的潛油電泵保護器，該潛油電泵保護器具有過(guò)載、斷相、不平衡、過(guò)壓、欠壓、電壓不平衡等保護功能。給出此類(lèi)產(chǎn)品的設計原理，介紹了該產(chǎn)品與常規電機保護器的區別以及其硬軟件設計原理。

關(guān)鍵詞: 潛油電泵  保護器  控制器

0  引言

潛油電泵是油田中使用的一種中壓的機械采油設備。隨著(zhù)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、數據分析不方便、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)針對潛油電泵的保護器不支持上述功能。

目前，研究開(kāi)發(fā)潛油電泵的廠(chǎng)家較少，且規模較小，產(chǎn)品沒(méi)有形成系列化和規?；?。為增強潛油電泵保護器的競爭力，彌補老式保護器的不足，有必要研制一種針對性的潛油電泵保護器。

1  潛油電泵保護器和電機保護器的區別

2  潛油電泵保護器特點(diǎn)

3  潛油電泵保護器產(chǎn)品組成

潛油電泵保護器由保護器主體、人機交互模塊、開(kāi)關(guān)電源組成，如圖1所示。保護器主體完成參數采集、保護、通訊功能；人機交互模塊實(shí)現實(shí)時(shí)參數顯示、參數設置、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示、歷史曲線(xiàn)顯示、歷史數據查詢(xún)、故障查詢(xún)等功能；開(kāi)關(guān)電源將AC/DC 220V（或其它等級）電壓轉換為低電壓供主體、人機交互模塊使用。

圖1  潛油電泵產(chǎn)品組成示意圖

4  潛油電泵保護器的設計

潛油電泵保護器設計分為硬件和軟件兩方面.硬件設計包括電源、信號采集、開(kāi)關(guān)量輸入輸出、通訊電路等部分；軟件設計主要包括軟件架構、測量算法、保護算法、控制算法等。

4.1  硬件設計

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的工作電源，常規做法是用隔離變壓器將潛油電泵工作電壓轉換為AC 110V控制電壓。針對此種情況，潛油電泵保護器電源采用開(kāi)關(guān)電源，這是因為開(kāi)關(guān)電源的工作范圍寬、效率高，適用于此種情況。

信號采集包括電壓、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、電流信號的隔離變換器。選用TA時(shí)，應注意TA電壓等級。常規TA電壓等級為0.66KV，而在潛油電泵工作電壓達到AC 1000V甚至AC 2000V時(shí)，應選用3.3KV等級的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計為常規設計，沒(méi)有過(guò)多特殊性。

可靠性設計包括電磁兼容、安全性設計。電磁兼容設計初期要充分考慮各種可能出現的問(wèn)題，做好預留措施規劃。常用的抗干擾方法包括：電源部分加EMC濾波器；信號采集部分增加濾波電路；在信號處理的各芯片輸入口處加端口保護電路；在芯片電源輸入處加去藕電容等。

4.2  軟件設計

常用的采樣算法有直流采樣和交流采樣。交流采樣可測量非正弦波信號，因此在電參量測量中廣泛采用。常用測量算法有基于正弦信號的算法和基于非正弦的算法?；谡倚盘柕乃惴òò胫軆热〈笾邓惴?、半周積分算法、一階導數算法、二階導數算法、采樣值積算法、三采樣值算法等；基于非正弦信號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倚盘柕乃惴m然算法簡(jiǎn)單、消耗資源少，但是當有諧波或波形變換后測量不準確；而基于非正弦信號的算法雖然算法較復雜，但可保證測量值的正確性。

  由于在保護算法中設計反時(shí)限曲線(xiàn)算法有一定難度，因此有些產(chǎn)品標注為反時(shí)限，但實(shí)際卻是定時(shí)限分割，如：（1.2-1.5）倍、60s保護，（1.5-2）倍、40s保護，2倍以上、10s保護。這違背了反時(shí)限曲線(xiàn)的基本原則，如果信號在臨界點(diǎn)上下跳動(dòng)，那么動(dòng)作時(shí)間將不準確。真正的反時(shí)限具有一條連續的反時(shí)限曲線(xiàn)，真正做到大倍數大動(dòng)作快，小倍數小動(dòng)作慢。

軟件設計時(shí)，除需要選取合理的算法外，還要注意軟件設計的規范化。軟件設計的基本原則是信息隱蔽與模塊獨立性，好的軟件要求高內聚（內聚是模塊強度的度量）、低耦合。

軟件測試是軟件設計中*的一個(gè)重要環(huán)節，其目的是檢驗軟件是否滿(mǎn)足規定。開(kāi)發(fā)過(guò)程中藥遵循早測試、早改正原則，單元測試通過(guò)后再進(jìn)行集成測試、確認測試和驗收測試。

5  結論語(yǔ)

    潛油電泵是由常規電動(dòng)機保護器產(chǎn)品衍生出的新一類(lèi)電機保護器，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，同時(shí)帶有電流、電壓、功率、頻率、電能、剩余電流等測量功能，更符合客戶(hù)要求。

文章來(lái)源于：《電工技術(shù)》2013年12期。

參考文獻

[1]  賈新銳，王卓，師劍鵬.潛油電泵節能裝置的研制[J].內蒙古石油化工，2012，（1）：83-85.

[2]  趙軍偉，盧小云，張冬.潛油電泵智能控制柜的設計[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，（7）：1645-1647.

[3]  王魯楊，王禾興.工業(yè)用電設備[M].北京：電力出版社，2006

[4]  何煥山.工廠(chǎng)電氣控制設備[M].北京：高等教育出版社，2004